ಮಣ್ಣಿನ ಕ್ಯಾಪಿಲಾರಿಟಿ ಮತ್ತು ಪಾರಗಮ್ಯತೆ

ಕ್ಯಾಪಿಲಾರಿಟಿ

ಕ್ಯಾಪಿಲಾರಿಟಿಯ ಪ್ರತ್ಯಕ್ಷತೆ

ಸಣ್ಣ ಗಾಜಿನ ನಳಿಕೆಯನ್ನು ಹರಿವಿಲ್ಲದ ನಿಶ್ಚಲ ನೀರು ಹೊಂದಿರುವ ಪಾತ್ರೆಯಲ್ಲಿ ಮುಳುಗಿಸಿದರೆ, ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿನ ನೀರು ಪಾತ್ರೆಯಲ್ಲಿನ N ಮಟ್ಟಕ್ಕಿಂತ ಮೇಲಿನ hk ಎತ್ತರಕ್ಕೆ ಏರುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿನ ನೀರಿನ ಮೇಲ್ಮೈ m ಎಂಬ ಮೆನಿಸ್ಕಸ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 1_a_). ನಳಿಕೆ ಎಷ್ಟು ಕಿರಿದಿರುತ್ತದೆಯೋ, ನೀರಿನ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಎತ್ತರ hk ಅಷ್ಟೇ ಹೆಚ್ಚು.

ನೀರಿನ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯನ್ನು ಮೆನಿಸ್ಕಸ್‌ನ ಎತ್ತುವ ಶಕ್ತಿ _m_ಗೆ ಸೇರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ನೀರಿನ ಅಣುಗಳು ಹಾಗೂ ಗಾಜಿನ ಅಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರಅಣುಕ ಆಕರ್ಷಣಾ ಬಲಗಳು ಮತ್ತು ಕಿರಿದಾದ ನಾಳದ ಗೋಡೆಗಳು ಹಾಗೂ ನೀರಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ನಡುವಿನ ಮೇಲ್ಮೈ ಒತ್ತಡಗಳು ವಿವರಿಸುತ್ತವೆ.

ಗಾಜಿನ ನಳಿ ಗೋಡೆಯ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಮೇಲ್ಮೈಯ ಸಂಪರ್ಕದಲ್ಲಿ, ಮೆನಿಸ್ಕಸ್ m ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಸ್ಪರ್ಶರೇಖೆಯ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಬಲ R ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ; ಇದನ್ನು ಉದ್ದಕ್ಕೆ ತಲಾ ತೂಕದ ಘಟಕವಾಗಿ, p/cm ನಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. R ಬಲವನ್ನು ಗೋಡೆಯ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಸಮಾಂತರವಾದ J ಘಟಕಕ್ಕೆ ಮತ್ತು ಗೋಡೆಯಿಗೆ ಲಂಬವಾದ P ಘಟಕಕ್ಕೆ ವಿಭಜಿಸಿದಾಗ, ನಾವು ಮೆನಿಸ್ಕಸ್‌ನ ಉತ್ತೇಜಕ ಬಲವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ (ಚಿತ್ರ 1_a_):  J = R cosα.

ಬಲ R ಗೋಡೆಯ ಮೇಲ್ಮೈಯೊಂದಿಗೆ ರಚಿಸುವ α ಕೋನವನ್ನು ಕ್ಯಾಪಿಲಾರಿಟಿ ಕೋನ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಮೌಲ್ಯವು 0 ರಿಂದ 90Oರ ವರೆಗೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಇರುವ ನೀರು ಮತ್ತು ಅದರ ಗೋಡೆಗಳು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸ್ವಚ್ಛವಾಗಿದ್ದರೆ, α=0 ಆಗಿರುತ್ತದೆ, ಮೆನಿಸ್ಕಸ್‌ನ ಮೇಲ್ಮೈ ಅರ್ಧವೃತ್ತಾಕಾರವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಏರಿಸುವ ಬಲ J = R ಗರಿಷ್ಠವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 1_b_). ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಕೊಬ್ಬುಗಳು ಅಥವಾ ಸಸ್ಯಜ ಆಮ್ಲಗಳು ಇದ್ದರೆ ಅಥವಾ ಗೋಡೆಗಳು ಎಣ್ಣೆಯುಕ್ತವಾಗಿದ್ದರೆ, α = 90°, ಮೆನಿಸ್ಕಸ್ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುವುದಿಲ್ಲ, ಹಾಗೆಯೇ ನೀರಿನ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯೂ ನಡೆಯುವುದಿಲ್ಲ.

ಚಿತ್ರ. 1. ನೀರಿನ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆ ಮತ್ತು ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಬಲಗಳ ಕ್ರಿಯೆ

ಉತ್ತೇಜಕ ಬಲ J = R cos α ಅನ್ನು ಸಮತೋಲನದ ಶರತ್ತಿನಿಂದ ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ; ಅದರ ಪ್ರಕಾರ ಮೆನಿಸ್ಕಸ್‌ನ ಸಂಪೂರ್ಣ ಪರಿಧಿಯಲ್ಲಿನ ಒಟ್ಟು ಉತ್ತೇಜಕ ಬಲ J, ಅಂದರೆ ಅರ್ಧವ್ಯಾಸ r ಇರುವ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನಳಿಯಲ್ಲಿ, h__ₖ ಎತ್ತರದ ನೀರಿನ ಕಂಬವನ್ನು ಹಿಡಿದಿಡುತ್ತದೆ:

R cos α · 2π_r_ = π_r_² h__ₖ γ__w

ಅಲ್ಲಿ γ__w ನೀರಿನ ಘನತಾಭಾರವಾಗಿದೆ.

ಹಿಂದಿನ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ನಾವು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಎತ್ತುವ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಬಲವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ:

R cos α = (r · h__ₖ · γ__w) / 2

ಅಥವಾ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಎತ್ತರ:

h__ₖ = (2_R_) / (r · γ__w) · cos α  [cm].

ಬಿಸಿ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರು, ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಕಾರಣದಿಂದ, ಚಳಿಯಾದ ನೀರಿಗಿಂತ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನಳಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಎತ್ತರಕ್ಕೆ ಏರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಒಂದೇ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಎತ್ತರ h__ₖ ಗೆ ಬಿಸಿ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರಿನ R cos α ಬಲವು ಚಳಿಯಾದ ನೀರಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ. ವಿವಿಧ ನೀರಿನ ತಾಪಮಾನಗಳು t ಗಾಗಿ, ಎಲ್ಲ ಒಂದೇ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ನಡೆಸಿದ ಪರೀಕ್ಷೆಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಉದ್ಧೀಪಕ ಬಲ R cos α ನ ಕೆಳಗಿನ ಮೌಲ್ಯಗಳು ದೊರೆತಿವೆ:

ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನಾಳೆಯಲ್ಲಿನ ನೀರು ಎಳೆಯುವ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ R cos α ಎಂಬ ಬಲವು ಅದನ್ನು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಎತ್ತುತ್ತದೆ, ಅದೇ ವೇಳೆ ಗುರುತ್ವಬಲವು ಅದನ್ನು ಕೆಳಗೆ ಎಳೆಯುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನಾಳೆಯ ಗೋಡೆಗಳು ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಬಲ R ಯ ಪ್ರಭಾವದಲ್ಲಿ ಒತ್ತಡಕ್ಕೆ ಒಳಗಾಗಿವೆ.

ಮಣ್ಣಿನಲ್ಲಿ ಕೆಪಿಲರಿಟಿ

ಕ್ಯಾಪಿಲಾರಿಟಿ ಮಣ್ಣಲ್ಲಿಯೂ ಇದೆ; ಅಲ್ಲಿ ಕಾಪಿಲರಿ ನಳಿಕೆಗಳು ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತವೆ, ಅವು ಪರಸ್ಪರ ಎಲ್ಲ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಸಂಪರ್ಕದಲ್ಲಿವೆ. ಮಣ್ಣು ಎಷ್ಟು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಕಣಗಳದ್ದಾಗಿರುತ್ತದೋ ಅಷ್ಟೇ ರಂಧ್ರಗಳು ಚಿಕ್ಕದಾಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಏರುವ ಕಾಪಿಲರಿ ಎತ್ತರ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಎತ್ತರವು ಮಣ್ಣಿನ ರಚನೆಯ ಮೇಲೆಯೂ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿದೆ. ಆದರೆ ಮಣ್ಣಿನ ರಂಧ್ರಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ಗಾತ್ರಗಳಾಗಿರಬಹುದು; ಅಂಥ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಕಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಎತ್ತರವೂ ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಮೇಲೇಳುವಾಗ ಕಾಪಿಲರಿ ನೀರು “ಹೆಚ್ಚು ವಿಸ್ತಾರವಾದ ಸ್ಥಳ”ಕ್ಕೆ, ಅಂದರೆ ತಲುಪಿದ ಎತ್ತರದಲ್ಲಿ ಕಿರಿದಾದ ರಂಧ್ರದ ವ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಹೊಂದುವ ಎತ್ತುವ ಶಕ್ತಿಗಿಂತ ದೊಡ್ಡ ರಂಧ್ರಕ್ಕೆ ತಲುಪಿದರೆ, ಮುಂದಿನ ಕಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆ ಆ ದೊಡ್ಡ ರಂಧ್ರದ ಗಾತ್ರದ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಅತಿ ದೊಡ್ಡ ರಂಧ್ರಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುವ ಸಕ್ರಿಯ ಕಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಎತ್ತರ h__ₖₐ ಇರುತ್ತದೆ. ಅದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಭೂಗತ ಜಲಮಟ್ಟ ಇಳಿಯುವಾಗ ಕಾಪಿಲರಿ ನೀರು ಮೇಲಿನಿಂದ ಕೆಳಕ್ಕೆ ಇಳಿಯುತ್ತ “ಕಿರಿದಾದ ಸ್ಥಳ”ವನ್ನು ಎದುರಿಸಿದರೆ, ಅದು ಆ ಆಳದಲ್ಲೇ ಉಳಿದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮುಂದೆ ಇಳಿಯುವುದಿಲ್ಲ. ಆ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಅತಿ ಚಿಕ್ಕ ರಂಧ್ರಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುವ ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಕಾಪಿಲರಿ ಎತ್ತರ h__ₖₚ ಇರುತ್ತದೆ.

ಮಣ್ಣಿನ ರಂಧ್ರತೆ ಮತ್ತು ರಚನೆಯ ಪ್ರಕಾರ ಮುಚ್ಚಿದ ಹಾಗೂ ತೆರೆದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರು ಅನ್ನು ವಿಭಜಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಮುಚ್ಚಿದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರು ಭೂಗರ್ಭ ಜಲಮಟ್ಟದ ಜೊತೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಏರುವಾಗ ಅದರ ಮುಂದೆ ಇರುವ ಗಾಳಿಯನ್ನು ಮಣ್ಣಿನ ಮೇಲಿನ ವಲಯಕ್ಕೆ ತಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಮೇಲಿನ ವಲಯದಲ್ಲಿ ಗಾಳಿಯ ಪ್ರಮಾಣ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ; ಅದರಿಂದ ಆ ವಲಯದ ರಂಧ್ರಗಳಲ್ಲಿನ ಗಾಳಿಯ ಒತ್ತಡವೂ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ನಿರ್ಮಾಣವಾಗುವ ಗಾಳಿಯ ಒತ್ತಡ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಗೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಎತ್ತರ ಕಡಿಮೆ ಆಗುತ್ತದೆ. ಈ ಸ್ಥಿತಿ ಮಣ್ಣಿನ ಕೆಳಗಿನ ಪದರಗಳಲ್ಲಿ, ಭೂಗರ್ಭ ನೀರಿನ ಮಟ್ಟದ ತಕ್ಷಣ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ, ರಂಧ್ರಗಳು ಸಣ್ಣವಾಗಿರುವಾಗ ಮತ್ತು ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ವೇಳೆ ನೀರು ಎಲ್ಲ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬಿಸುವಾಗ ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ.

ತೆರೆದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರು ಕೂಡ ಭೂಗರ್ಭ ಜಲಮಟ್ಟದೊಂದಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಅದು ಗಾಳಿಯಿಂದ ತುಂಬಿದ ರಂಧ್ರಗಳ ಪಕ್ಕದಲ್ಲಿದೆ. ಈ ಸ್ಥಿತಿ ಮಣ್ಣಿನ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ರಂಧ್ರಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ಗಾತ್ರಗಳಾಗಿರುವುದರಿಂದ ನೀರು ಸಣ್ಣ ರಂಧ್ರಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ತುಂಬುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಪಕ್ಕದ ದೊಡ್ಡ ರಂಧ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಗಾಳಿ ಇರುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ನೀರು ಸಣ್ಣ ರಂಧ್ರಗಳಿಂದ ಪಕ್ಕದ ದೊಡ್ಡ ರಂಧ್ರಗಳಿಗೆ ಗಾಳಿಯನ್ನು ಹೊರದೂಡುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿಯಲ್ಲಿನ ನೀರಿನ স্তಂಭದ ಮೇಲಿರುವ ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಗಾಳಿಯ ಒತ್ತಡ ಉಂಟಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಮತ್ತು ತೆರೆದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರು ಮುಚ್ಚಿದದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಎತ್ತರಕ್ಕೆ ಏರುತ್ತದೆ.

ಮುಚ್ಚಿದ ಅಥವಾ ತೆರೆಯಿರುವ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರು ಇರುವ ವಲಯವನ್ನು ಮಣ್ಣಿನಲ್ಲಿನ ನೀರಿನ ಪ್ರಮಾಣ w ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಮುಚ್ಚಿದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರಿನ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಎಲ್ಲಾ ರಂಧ್ರಗಳು ನೀರಿನಿಂದ ತುಂಬಿರುತ್ತವೆ, ಅಂದರೆ ಮಣ್ಣಿನಲ್ಲಿನ ನೀರಿನ ಪ್ರಮಾಣ w = wZ, ಮತ್ತು ಆ ಮೂಲಕ ಸಂತೃಪ್ತಿ ಮಟ್ಟ S__ᵣ = 1,0.

ತೆರೆದ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸಣ್ಣ ರಂಧ್ರಗಳು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ನೀರಿನಿಂದ ತುಂಬಿರುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ದೊಡ್ಡ ರಂಧ್ರಗಳು ಭಾಗಶಃ ನೀರಿನಿಂದ ತುಂಬಿರುತ್ತವೆ; ಅಂದರೆ ಘನ ಕಣಗಳನ್ನು ಆವರಿಸುವ ನೀರಿನ ಚರ್ಮ ಮತ್ತು ಘನ ಕಣಗಳ ಸಂಪರ್ಕ ಬಿಂದುಗಳಲ್ಲಿ (ಆಕೃತಿ 2) ಕೋನೀಯ ನೀರು, ಹಾಗೂ ಭಾಗಶಃ ಗಾಳಿಯಿಂದ ತುಂಬಿರುತ್ತವೆ; ಆದ್ದರಿಂದ ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ w < wZ, ಅಂದರೆ S__ᵣ < 1,0.

ಮಣ್ಣಿನ ಪ್ರಕಾರಗಳಿಗಾಗಿ ಕ್ಯಾಪಿಲ್ಲರಿ ಏರಿಕೆಯ ಎತ್ತರ h__ₖ ಅನ್ನು ಪ್ರಯೋಗಶಾಲಾ ಪರೀಕ್ಷೆಯಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಿವಿಧ ಮಣ್ಣುಗಳಿಗಾಗಿ ಸರಾಸರಿ h__ₖ ಎತ್ತರಗಳು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಮಿತಿಗಳಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ:

ಚಿತ್ರ 2. ನೀರಿನ ಚಲನಚಿತ್ರ ಮತ್ತು ಕೋನೀಯ ಮೇಲ್ಮೈ ನೀರು

ಮಣ್ಣಿನಲ್ಲಿ, ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಶಕ್ತಿ R ಘನ ಕಣಗಳ ಮೇಲೆ ಒತ್ತಡದ ಮೂಲಕ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಿ, ಅವುಗಳ ನಡುವೆ所谓 ಪ್ರತ್ಯಕ್ಷ ಸಂಯೋಜನೆ ಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಘನ ಕಣಗಳ ನಡುವೆ ಕೆಲವು ಬಂಧಕತೆಯಂತೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಈ ಪ್ರತ್ಯಕ್ಷ ಸಂಯೋಜನೆ ಮಣ್ಣಿನ ರಂಧ್ರಗಳಲ್ಲಿ ನೀರಿನ ಕ್ಯಾಪಿಲರಿ ಏರಿಕೆ ಇರುವವರೆಗೆ ಮಾತ್ರ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ಮಣ್ಣನ್ನು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಮುಳುಗಿಸಿದಾಗ, ರಂಧ್ರಗಳು ನೀರಿನಿಂದ ತುಂಬುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತ್ಯಕ್ಷ ಸಂಯೋಜನೆ ಅಸ್ತಿತ್ವವನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

ಅಭಾಸ್ಯ ಸಮ್ಮಿಲನದ ಮೂಲಕ, ಒಣ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಸಡಿಲವಾಗಿರುವ ಸಣ್ಣ ಮರಳು ತೇವ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಬಂಧನಶೀಲತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯುವ ಘಟನೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದ ಅದನ್ನು ರೂಪಿಸಬಹುದು; ಇದು ಒಣ ಮರಳಿನಿಂದ ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ.

ಸಮುದ್ರತೀರಗಳಲ್ಲಿ ಅಲೆಗಳಿಂದ ತೇವಗೊಂಡ ಮರಳು (ಅದು ಕಲುಷಿತ ಮಣ್ಣು ಅಥವಾ ಧೂಳಾಗಿರದಿದ್ದರೆ) ಅಷ್ಟು ಉತ್ತಮ ಹೊರುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಹೊಂದಿದೆ ಎಂಬುದು ತಿಳಿದ ವಿಷಯ; ಅದರ ಮೇಲೆ ಸೈಕಲ್ ಅಥವಾ ಕಾರನ್ನು ಚಲಾಯಿಸಬಹುದು. ಆದರೆ ಸ್ವಲ್ಪ ದೂರದಲ್ಲೇ, ಅಲೆಗಳು ತಲುಪದ ಸ್ಥಳದಲ್ಲಿ, ಅದೇ ಮರಳು ಒಣ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಇರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಚಕ್ರಗಳು ಅದರಲ್ಲಿ ಮುಳುಗುತ್ತವೆ, ಹೀಗಾಗಿ ಯಾವುದೇ ಸಂಚಾರ ಅಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ.

ಪಾರಗಮ್ಯತೆ

ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವ ಸಮೂಹದ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಹರಿವು

ಸಂಪರ್ಕಿತ ಪಾತ್ರೆಗಳು A, B, C, D, ಮತ್ತು E (ಚಿತ್ರ 3) ಅನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸೋಣ; ಅವುಗಳಲ್ಲಿ a ರಿಂದ b ವರೆಗೆ ಇರುವ L ಉದ್ದದ ಒಂದು ಭಾಗವು, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಮರಳು, ಹಾದುಹೋಗುವ ದ್ರವ್ಯದಿಂದ ತುಂಬಿದೆ. ಸಂಪರ್ಕಿತ ಪಾತ್ರೆಗಳ ಒಂದು ತುದಿಯಲ್ಲಿ ನೀರನ್ನು N₁ ಮಟ್ಟದವರೆಗೆ ಸುರಿಸಿದರೆ, ಸಂಪರ್ಕಿತ ಪಾತ್ರೆಗಳಲ್ಲಿನ ನೀರಿನ ಮಟ್ಟಗಳು ವಿಭಿನ್ನವಾಗುತ್ತವೆ, ಅಂದರೆ ನೀರು ಸಾಗಿದ ದಾರಿಯ ಉದ್ದದೊಂದಿಗೆ ಅದು ಕುಸಿಯುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 3. ಪರಗಮ್ಯ ಸಮೂಹದ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಹರಿವು

ಫಿಲ್ಟರ್‌ನ ಮುಂದೆ ನೀರಿನ ಕಾಲಮ್‌ನ ಎತ್ತರ h₁ ತಲುಪಿದ ಕ್ಷಣದಲ್ಲಿ, ಫಿಲ್ಟರ್‌ನ ಹಿಂದೆ ಅದು h₂ ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಆಗ N₁ ಮತ್ತು N₂ ಮಟ್ಟಗಳ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ:

h = h₁ − h₂

ಮಧ್ಯಂತರ h ಎಂದರೆ ಕಳೆದುಕೊಂಡ ಹೈಡ್ರೋಸ್ಟ್ಯಾಟಿಕ್ ಒತ್ತಡ, ಇದು ಫಿಲ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಹರಿವಿನ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಜಯಿಸಲು ಬಳಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ. ಈ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಫ್ರೆಂಚ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಡಾರ್ಸಿ ಇನ್ನೂ 1856. ವರ್ಷದಲ್ಲೇ ಗುರುತಿಸಿದರು. ಆಗ ಅವರು ಪಾರುಗಮ್ಯ ಮಾಧ್ಯಮದ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಹರಿವಿನ ವೇಗವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಿಸಲು ಕೆಳಗಿನ ಸೂತ್ರವನ್ನೂ ನಿರೂಪಿಸಿದರು:

V = k × (dh/dL) = ki

ಎಲ್ಲಿದೆ:

• V = ಜಲಭೇದ್ಯ ಮಾಧ್ಯಮದ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಹರಿವಿನ ವೇಗ, [cm/sec],
• k = ಮಣ್ಣಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾದ ಜಲಪಾರದರ್ಶಕತೆ ಗುಣಾಂಕ [cm/sec],
• dh = ಎತ್ತರ h ಅನ್ನು ದೊಡ್ಡ ಸಂಖ್ಯೆಯ ತೆಳುವಾದ ಪದರಗಳಾಗಿ ವಿಭಾಗಿಸಿದಾಗ ದೊರೆಯುವ ಉದ್ದ [cm],
• dL = ಉದ್ದ L ಅನ್ನು, ಎತ್ತರ h ಹೊಂದಿರುವಷ್ಟೇ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಉದ್ದಗಳಾಗಿ ವಿಭಜಿಸಿದಾಗ ದೊರೆಯುವ ಉದ್ದ, [cm].

ಅನುಪಾತ dh/dL = i ಎಂಬುದು ನೆಲಕ್ಕೆ ಇಳಿಯುವ ವೇಳೆ ಕಳೆದುಕೊಂಡ ಎತ್ತರದ ಮತ್ತು ನೀರು ಸಾಗಿದ ದೂರದ ಅನುಪಾತವಾಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ಹೈಡ್ರಾಲಿಕ್ ಪತನ, ಹೈಡ್ರಾಲಿಕ್ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ಅಥವಾ ಇನ್ನೂ ಪಿಯೆಜೋಮೆಟ್ರಿಕ್ ಇಳಿಜಾರು ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಈ ಕೊನೆಯ ಹೆಸರು B, C ಮತ್ತು D ಎಂಬ ನಳಿಕಗಳಿಂದ ಬಂದಿದೆ; ಅವುಗಳನ್ನು ಪೈಝೋಮೆಟ್ರಿಕ್ ನಳಿಕೆಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮೇಲಿನ ಸೂತ್ರವನ್ನು ನೀರಿನ ಫಿಲ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ಚಲನದ ಡಾರ್ಸಿಯ ನಿಯಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಒಟ್ಟು ನೀರಿನ ಪ್ರಮಾಣ q, ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಮಯ t ನಲ್ಲಿ ಅಡ್ಡಮುರಿ ಕ್ಷೇತ್ರಫಲ A ಇರುವ ಫಿಲ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ಹಾದು ಹೋಗುವದು

q = kAti,

ಅದರಿಂದ

k = q / (Ati),  ಅಥವಾ k = qL / Ath,

ಇಲ್ಲಿ i = h / L = L ಉದ್ದದ ಮೇಲೆ ಹೈಡ್ರಾಲಿಕ್ ಇಳಿಜಾರು (ಅದು ನೇರರೇಖೀಯವಾಗಿದ್ದರೆ).

ಸಹಗಣಿ k ತಾಪಮಾನ 10°C ನಲ್ಲಿ ಮಣ್ಣಿನ ಪಾರಗಮ್ಯತೆಯನ್ನು ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸುತ್ತದೆ.

k = V / i  [cm/sec]

ಮಣ್ಣಿನ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಹರಿವಿನ ವೇಗವನ್ನು ಈ ಸೂತ್ರದಿಂದ ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ

V = q / A  [cm/sec],

ಇಲ್ಲಿ q = ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ cm³ ನಲ್ಲಿ ಮಣ್ಣಿನ ಮೂಲಕ ಹರಿಯುವ ನೀರಿನ ಪ್ರಮಾಣ, ತಾಪಮಾನ 10°C ನಲ್ಲಿ, A = ನೀರು ಹರಿಯುವ ಮಣ್ಣಿನ ಅಡ್ಡಮಟ್ಟದ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ, [cm²].

ಡಾರ್ಸಿಯ ನಿಯಮವು ಲ್ಯಾಮಿನಾರ್ ನೀರಿನ ಚಲನೆಗಳಿಗೆ, ಅಂದರೆ ಸ್ತಬ್ಧ ಚಲನೆಗಳಿಗೆ, ಭ್ರಮಿಗಳು ಇಲ್ಲದೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ವೇಗಗಳಿಗೆ ಅನ್ವಯಿಸುತ್ತದೆ.

ಫಿಲ್ಟರ್ ವೇಗ V ಎಂಬುದು ಮಣ್ಣಿನ ಮೂಲಕ ನೀರಿನ ಚಲನೆಯ ಸರಾಸರಿ ವೇಗವಾಗಿದ್ದು, ಇದು ನೀರಿನ ನಿಜವಾದ ಹರಿವಿನ ವೇಗಕ್ಕೆ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ; ಅದು ಹೆಚ್ಚಿನದು. ಫಿಲ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ನೀರು ಹರಿಯುವಾಗ, ಸಮಾನ ಭಿನ್ನಮಟ್ಟದ ಅಂಶಗಳು dh ಬಹುಸಾರಿ ನೀರಿನ ಪಥದ ಅಸಮಾನ ಉದ್ದಗಳಾದ dL ಮೇಲೆ ವ್ಯಯವಾಗುತ್ತವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಜಲೀಯ ದಿಕ್ಕುಮಾನವು ಮಣ್ಣಿನ ಒಂದು ಬಿಂದುದಿಂದ ಮತ್ತೊಂದು ಬಿಂದುವರೆಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತಿರುತ್ತದೆ.

ಮಣ್ಣಿನ ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಅದರಲ್ಲಿನ ರಂಧ್ರಗಳ ಗಾತ್ರದ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಮಣ್ಣಿಗೆ ಭಾರವನ್ನು ಹೇರುವ ಮೂಲಕ ಒತ್ತಿದರೆ, ರಂಧ್ರಗಳು ಕುಗ್ಗುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಒಂದೇ ಮಣ್ಣಿಗೆ, ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಗುಣಾಂಕ k ರಂಧ್ರತ್ವದ ಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೆ, ಅಂದರೆ ಅದರ ರಂಧ್ರತ್ವ ಗುಣಾಂಕ e ಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಅನುಪಾತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ವಿವಿಧ ಮಣ್ಣುಗಳಿಗೆ, ರಂಧ್ರತ್ವವನ್ನು e ಗುಣಾಂಕದಿಂದ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಿದರೆ ಅದು ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಮಾನದಂಡವಾಗಲಾರದು, ಏಕೆಂದರೆ ಈ ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಒಟ್ಟು ರಂಧ್ರತ್ವಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಅದರಲ್ಲಿನ ರಂಧ್ರಗಳ ಗಾತ್ರದ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ರಂಧ್ರತ್ವ e = 0,25 ಇರುವ ಕಲ್ಲುಮಿಶ್ರಿತ ಮರಳುಗೆ ಬಹಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವಿಕೆ ಇದೆ, k = 2–3 cm/sec, ಆದರೆ ಮೃದು ಮಣ್ಣು, ಅದರ ರಂಧ್ರತ್ವ 60%, ರಂಧ್ರತ್ವ ಗುಣಾಂಕ e = 1,50, ಹೊಂದಿದ್ದು ಕಡಿಮೆ ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವಿಕೆಯಿದೆ, k = 10_⁻⁶ ರಿಂದ 10⁻_¹¹ cm/sec.

ಪ್ರವೇಶ್ಯತಾ ಗುಣಾಂಕ k ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರದ ಮೂಲಕ, ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದ ಹಾಗೂ ಕ್ಷೇತ್ರ ಪರೀಕ್ಷೆಗಳ ಮೂಲಕ ನಿರ್ಧರಿಸಬಹುದು.

ಲೆಕ್ಕಾಚಾರದ ಮೂಲಕ ಗುಣಾಂಕದ ನಿರ್ಧಾರ ಮಣ್ಣಿನ ಕಣಗಳ ಗಾತ್ರವಿನ್ಯಾಸದ ಸಂಯೋಜನೆಯ ಮೇಲೆ ಆಧಾರಿತವಾಗಿದೆ. ಗುಣಾಂಕ k ಅನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಘನ ಮಣ್ಣಿನ ಕಣಗಳು ಗೋಳಾಕಾರದ ಆಕಾರದಲ್ಲಿವೆ ಎಂಬ ಊಹೆಯನ್ನು ಅಂಗೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಇದು ವಾಸ್ತವಕ್ಕೆ, ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿತ ಮಣ್ಣಿನಲ್ಲಿ, ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ ಈ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾದ k ಗುಣಾಂಕದ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ನಿಖರವೆಂದು ಅಂಗೀಕರಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

ಪ್ರಯೋಗಾಲಯ ಪರೀಕ್ಷೆಗಳ ಮೂಲಕ ಗುಣಾಂಕ k ನ ನಿರ್ಧಾರ ಅತ್ಯಂತ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದು ಅಶಾಂತಗೊಳ್ಳದ ಮಣ್ಣು ಮಾದರಿಗಳ ಮೇಲೆ ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಈ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾದ k ಗುಣಾಂಕದ ನಿಖರತೆ ಹಲವು ಅಂಶಗಳ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ; ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಪರೀಕ್ಷೆ ನಡೆಯುವ ಮಾದರಿ ಮಣ್ಣಿನೊಳಗಿನ ಪ್ರವಾಹಯೋಗ್ಯ ಪದರವನ್ನು ಎಷ್ಟು ಮಟ್ಟಿಗೆ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ, ನಂತರ ಪರೀಕ್ಷಾ ಉಪಕರಣದಲ್ಲಿನ ಮಾದರಿಯ ಅಶಾಂತವಲ್ಲದ ಸ್ಥಿತಿ ಮತ್ತು ಪರೀಕ್ಷೆ ನಡೆಸುವ ವಿಧಾನ. ಆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮಣ್ಣನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುವಷ್ಟು ಸಂಖ್ಯೆಯ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸುವುದರಿಂದ, ಪರೀಕ್ಷಾ ಉಪಕರಣದ ಸಿಲಿಂಡರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಥಳದಲ್ಲಿಯೇ ಮಾದರಿಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುವುದರಿಂದ, ಮತ್ತು ಪರೀಕ್ಷೆಯನ್ನು ಸೂಕ್ತ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ನಡೆಸುವುದರಿಂದ, ಸಾಕಷ್ಟು ನಿಖರವಾದ k ಗುಣಾಂಕದ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು; ಅವುಗಳನ್ನು ತೃಪ್ತಿಕರವಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು.

ಕ್ಷೇತ್ರ ಪರೀಕ್ಷೆಯಿಂದ k ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವುದು ಅತ್ಯಂತ ನಿಖರ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಅದು ಇರುವ ಮಣ್ಣಿನ ಸಂಯೋಜನೆ ಮತ್ತು ಪದರೀಕರಣಕ್ಕೆ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹೊಂದಿಕೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಆದರೆ k ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವ ಈ ವಿಧಾನಕ್ಕೆ ಸಾಕಷ್ಟು ಸಮಯ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚ ಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ; ಆದ್ದರಿಂದ ಇದನ್ನು ವಿರಳವಾಗಿ ಮಾತ್ರ ನಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಸಂಪೂರ್ಣ ನಿಖರ ಮೌಲ್ಯ ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ.

ನಮ್ಮ ಅಡಿಸ್ಥಾಪನಾ ನಿಯಮಗಳ ಪ್ರಕಾರ, ಈ ಪರ್ಮಿಯಬಿಲಿಟಿ ಗುಣಾಂಕವುಳ್ಳ ಮಣ್ಣುಗಳನ್ನು ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:

• k < 10_⁻_¹¹ cm/sec — ಬಹುಮಟ್ಟಿಗೆ ಅಪಾರಗಮ್ಯ
• k < 10_⁻_⁹        — ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಪ್ರವೇಶ್ಯತೆಯುಳ್ಳದು
• k < 10_⁻_⁷        — ಕಡಿಮೆ ಪಾರಗಮ್ಯತೆ ಹೊಂದಿರುವ
• k < 10_⁻_⁵        — ಮಧ್ಯಮವಾಗಿ ಪಾರಗಮ್ಯ
• k < 10_⁻_³        — ಹೆಚ್ಚು ಪಾರಗಮ್ಯ
• k > 10_⁻_³        — ಅತ್ಯಂತ ಪಾರುಗೊಳ್ಳುವ