نفوذ

از ديگر خصوصيات فيزيکى خاک نفوذ آب به داخل خاک مى‌باشد. نفوذ بر حسب تعريف عبارت از وارد شدن آب از سطح زمين به داخل خاک است. سرعت وارد شدن آب به خاک يا به عبارت ديگر سرعت نفوذ از پارامترهاى بسيار مهم در طراحى آبيارى است. در واقع نوع سيستم آبيارى که براى يک منطقه برگزيده مى‌شود بر اساس خصوصيات نفوذ آب به داخل خاک است.

بنابر اين سرعت نفوذ آب به داخل خاک را بايد مهمترين پارامتر فيزيک خاک دانست که در طراحى سيستم آبيارى بايد در نظر گرفته شود. چنانچه مقدار نفوذ تجمعى آب به داخل خاک را بررسى کنيم مشاهده مى‌شود. که نفوذ ابتدا بسيار سريع انجام مى‌شود به‌طورى که منحنى تغييرات نفوذ تجمعى نسبت به زمان شکلى مشابه (منحنى‌هاى نفوذ براى انواع مختلف خاک‌ها) که در آن منحنى نفوذ براى تعدادى از انواع خاک‌ها مختلف کشاورزى رسم شده است خواهد داشت. در اين شکل مشاهده مى‌شود که براى خاک‌سيلت لوم مقدار آب نفوذ يافته در خاک نسبت به زمان از شروع نفوذ تا دقيقه ۱۰۰ به طور پيوسته افزايش مى‌يابد ولى براى يک خاک رسى تا ۱۰ دقيقه اول مقدار نفوذ افزايش اما بعد از آن آب قابل توجهى به زمين نفوذ نمى‌کند. با اين وجود منحنى‌هاى نفوذ تجمعى آب به خاک در تمام خاک‌ها از يک شکل کلى تبعيت مى‌کنند. چنانچه عمق آب نفوذ يافته را با حرف i و زمان را با حرف t نشان دهيم سرعت نفوذ (di/dt) که همان شيب منحنى نفوذ تجمعى باشد نسبت به زمان بطور مرتب کاهش پيدا مى‌کند. يعنى به‌تدريج که آب در خاک نفوذ مى‌کند از سرعت نفوذ کاسته مى‌شود.

سرعت نفوذ لحظه‌اي، را نبايد با متوسط سرعت نفوذ اشتباه کرد. اگر مقدار عمق آب نفوذ يافته در لحظه t0 برابر i0 و در لحظه t برابر it باشد متوسط سرعت نفوذ برابر است با:

متوسط سرعت نفوذ = it-i0 / t-t0

اما سرعت نفوذ لحظه‌اى برابر است با متوسط سرعت نفوذ در صورتى که t-t0 به سمت صفر ميل کند، بنابر اين سه نمايه تعريف شده براى نفوذ عبارتند از:

سرعت نفوذ لحظه‌اى = di / dt

متوسط سرعت نفوذ = it-i0 / t-t0

نفوذ تجمعى از لحظه صفر تا زمانt =it

مفاهيم سرعت نفوذ لحظه‌اي، متوسط سرعت نفوذ، و نفوذ تجمعى و تغييرات آنها نسبت به زمان در شکل تيپ منحنى‌هاى سرعت متوسط و سرعت لحظه‌اى نفود و نفوذ تجمعى نشان داده شده است. سرعت نفوذ آب به داخل خاک به درصد رطوبت اوليه خاک نيز بستگى دارد اين موضوع در شکل تيپ منحنى‌هاى سرعت متوسط و سرعت لحظه‌اى نفود و نفوذ تجمعى نشان داده شده است. در اين شکل سرعت نفوذ نسبت به زمان براى يک نوع خاک با ۶ رطوبت اوليه نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده مى‌شود، هر چه رطوبت اوليه خاک بيشتر باشد سرعت نهايى نفوذ آب به داخل خاک کاهش مى‌يابد. اين موضوع نشان مى‌دهد که هنگامى که بارندگى روى خاک مرطوب مى‌بارد ميزان رواناب سطحى زيادتر از حالتى است که خاک در ابتدا خشک بوده است. همين مفهوم اساس ارائه روش جديدى براى آبيارى نيز گرديده که بنام آبيارى موجى (Surge Irrigation) معروف شده است. در آبيارى موجى از اين اصل استفاده شده است که در هر موج (سيکل) آب روى زمين خيس شده حرکت مى‌کند تا به دليل پايين بودن شدت نفوذ آب با سرعت بيشترى به جلو رفته و لذا يکنواختى نفوذ در طول شيار بيشتر گردد.

اندازه‌گيرى نفوذ

نفوذ آب به داخل خاک را مى‌توان به روش‌هاى مختلفى اندازه‌گيرى کرد، انتخاب روش بسته به اين است که بخواهيم چه سيستمى از آبيارى را پياده کنيم. مثلاً اگر قرار باشد نفوذپذيرى را براى طراحى سيستم آبيارى بارانى تعيين نمائيم روشى را که برمى‌گزينيم متفاوت از حالتى خواهد بود که بخواهيم سيستم آبيارى کرتى يا نوارى را پياده کنيم. دليل اين امر آن است که سيستم‌هاى مختلف آبيارى سطح زمين را به حالت‌هاى گوناگون تغيير مى‌دهند و تغيير سطح زمين به مقدار قابل توجهى بر نفوذ آب مؤثر خواهد بود. در هر حال صرف‌نظر از نوع روش مى‌بايست اندازه‌گيرى نفوذ در مزرعه انجام شود زيرا اندازه‌گيرى‌هاى آزمايشگاهى نتايج قابل اعتمادى را به‌دست نمى‌دهند.

در آبيارى نواري، و گاهى اوقات آبيارى جوى پشته‌اي، معمولاً از حلقه‌هاى ساده يا مضاعف استفاده مى‌شود. اين حلقه‌ها به حلقه‌هاى نفوذ معروف مى‌باشند. در هر دو حالت عمق آب نفوذ‌يافته نسبت به زمان اندازه‌گيرى مى‌شود تا بر اساس آن بتوان ضرايب معادله کوستياکوف يا فيليپ را به‌دست آورد. سپس مطابق مثالى که در زير آورده مى‌شود نفوذپذيرى خاک سنجيده مى‌شود. براى آنکه اثر نفوذ جانبى آب و شرايط مرزى را به حداقل برسانيم توصيه مى‌شود به‌جاى يک حلقه ساده از حلقه‌هاى مضاعف استفاده شود تا فشار آب در حدفاصل دو حلقه باعث شود که نفوذ آب در حلقه داخلى به‌طور عمودى صورت گيرد. براى اين اندازه‌گيرى معمولاً ۱۵ تا ۶۰ دقيقه وقت لازم است.