Estimation of the Dual‐Permeability Model Parameters using Tension Disk Infiltrometer and Guelph Permeameter

Abstract

A determina on of the parameters describing the soil hydraulic proper es of matrix and macropore domains and mass exchange between these domains is crucial when preferenal water fl ow in structured soils is simulated using the dual-permeability model. This study focused on es ma ng the parameters of the radially symmetric dual-permeability model from cumula ve infi ltra on measured in the surface horizon of a Haplic Luvisol. While parameters obtained from the numerical inversion of the tension disk infi ltra on, using the single-porosity fl ow model in HYDRUS 2D/3D, were used to describe the matrix domain, the parameters characterizing the macropore domain and mass exchange between domains were es mated using the Guelph permeameter infi ltra on and the dual-permeability fl ow model in HYDRUS 2D/3D. The mass transfer coeffi cient between the two pore domains aff ected the simulated water regime considerably, and subsequently, the calibrated value of the saturated hydraulic conduc vity in the macropore domain, K sf . A less signifi cant impact of the aggregate shape factor was observed due to a low range of possible values compared with the other two parameters, which either varied within orders of magnitude (the eff ec ve saturated hydraulic conduc vity of the interface between the two pore domains, K sa ) or were squared (the characteris c length of an aggregate, a). The K sf values increased when mass exchange decreased (when a increased and K sa decreased). Since both parameters are mutually correlated and therefore have a similar impact on simulated data, we suggest that a be determined independently, and K sa and K sf should be simultaneously op mized when the parameters of the dual-permeability model are evaluated using the presented experimental procedure.Abbrevia ons: MSO, mul step ou low; PI, ponding infi ltra on. Soil and groundwater contamina on by various chemicals used in agricul-ture and industry present a serious environmental problem that has been widely studied. b) have summarized and documented that water fl ow and contaminant transport in soils is frequently infl uenced by either water and solute temporal immobilization or preferential fl ow. Many numerical models have been developed to describe such nonequilibrium water fl ow and solute transport in soils. Commonly used physically based models simulating water fl ow and solute transport in soils use either single continuum or bi-and multicontinuum approaches. Bi-and multimodal concepts assume that the soil porous system is divided into two (or more) domains, while each domain is characterized by its own set of transport properties and equations for describing local fl ow and transport processes. Only two-domain models have been widely tested, however.Th e dual-porosity (mobile-immobile) approach (Philip, 1968;Šimůnek et al., 2003) describes water fl ow and solute transport in systems consisting of domains with both mobile and immobile water. Th e dual-porosity formulation is based on a set of equations describing water fl ow and solute transpor...

Variación espacio-temporal de los procesos hidrológicos del suelo en viñedos con elevadas pendientes (Valle del Ruwer-Mosela, Alemania)

“…Sin embargo, cabe destacar que dicho instrumento, no ha sido utilizado con regularidad en viñedos hasta la fecha, pese a estar bastante extendido su uso para fines hidrogeológicos y agronómicos desde hace décadas (Reynolds, 1986;Elrick y Reynolds, 1992;Xiang, 1994;Bagarello, 1997;Kodešová et al, 2010;Ronayne et al, 2012;Reynolds y Lewis, 2012;Nasri et al, 2015).…”

“…3) fue utilizado tras diseñar un protocolo de uso según los requerimientos del área de estudio (usos del suelo, elevadas pendientes, alta pedregosidad…) y recopilando diversas experiencias de otras investigaciones (Bagarello, 1997;Zhang et al, 1998;Soil moisture Equipment Corp, 2008;Kodešová et al, 2010;MacDonald et al, 2012;Reynolds y Lewis, 2012): i) se ha realizado un total de 42 experimentos de permeabilidad, correspondiendo con los lugares de las muestras recogidas, durante la época anterior (mayo-septiembre) y posterior a la vendimia (noviembre-diciembre); ii) dos experimentos se realizaron en el mismo orificio (entre 10 y 25 cm de profundidad y 4 y 10 cm de radio), uno con 5 y otro con 10 cm de espacio entre el extremo del cilindro del permeámetro y la columna de agua constante sobre el suelo; iii) la duración del experimento fue de 30 minutos cada uno o cuando el reservorio principal que contenía el agua se vaciaba; iv) la observación de datos se llevó a cabo en intervalos de dos minutos medidos con un cronómetro; v) el steady rate o constante fue obtenido a partir del promedio de todas las mediciones del experimento; iv) fueron desechados los experimentos donde el permeámetro se vació en menos de dos minutos o el orificio creado se desbordó de agua a causa de una rápida saturación. Tras obtener las constantes (o steady rates), se desarrolló una ecuación para el cálculo de la infiltración y se aplicaron dos funciones de pedo-transferencia ya aplicadas en numerosos estudios con objeto de que los resultados puedan ser comparados con otras áreas (Reynolds, 1986;Zhang et al, 1998;Reynolds y Elrick, 2002):…”

“…En este sentido, para áreas de estudio como los viñedos, que suelen estar cultivados en laderas con pendientes pronunciadas y con una elevada pedregosidad, probablemente el instrumento más útil para medir la permeabilidad, la transmisividad, la infiltración o la conductividad hidráulica sea el permeámetro de Guelph (GP). Su funcionalidad ha sido probada y comparada con otros instrumentos, tales como el simulador de lluvia o los infiltrómetros en numerosas ocasiones (Wu et al, 1992;Gupta et al, 1993Gupta et al, , 2006Kodešová et al, 2010;Gwenzi et al, 2011;MacDonald et al, 2012;Archer et al, 2013;Bagarello et al, 2014;Jačka et al, 2014;Huang et al, 2014Huang et al, , 2016. Su funcionamiento se rige a un principio modificado de la botella de Mariotte, el cual envía una constante descarga de agua que actúa tridimensionalmente en forma de columna vertical, que actúa dentro de un orificio cilíndrico en el suelo (Elrick y Reynolds, 1992;Reynolds y Elrick, 2002;Reynolds y Lewis, 2012).…”

Droplet infiltration dynamics and soil wettability related to soil organic matter of soil aggregate coatings and interiors

“…Aggregate coatings and biopore walls are characteristic soil structural features (e.g., Gerke and Köhne, 2002;Kodešová, 2009;Kodešová et al, 2011Kodešová et al, , 2015Rogasik et al, 2014) that are of great importance when attempting to describe preferential flow and transport processes in soils (e.g., Gerke, 2012;Kodešová, 2009;Kodešová et al, 2008Kodešová et al, , 2009Kodešová et al, , 2010Kodešová et al, , 2012. Clay-organic coatings often cover aggregates and biopores in the clay-illuviation Bt-horizons of Luvisols (IUSS Working Group WRB, 2014).…”

Caracterização hidrodinâmica e hidrodispersiva de um latossolo amarelo na microrregião do brejo paraibano

“…Contrariamente ao método em que é empregado o permeâmetro a disco (Roulier, 1999;Yoon et al, 2007;Kodesová et al, 2010) do anel foi repetido até que a taxa de infiltração atingisse o regime de fluxo estacionário (De Condappa et al, 2001;Souza et al, 2007). Nos pontos escolhidos para os experimentos com o soluto, imediatamente depois de alcançado o regime estacionário, três volumes iguais (100 mL cada) de uma solução de KCl (0,1 mol L -1 ) foram aplicados.…”