Water films and scaling of soil characteristic curves at low water contents

Abstract

[1] Individual contributions of capillarity and adsorptive surface forces to the matric potential are seldom differentiated in determination of soil water characteristic (SWC) curves. Typically, capillary forces dominate at the wet end, whereas adsorptive surface forces dominate at the dry end of a SWC where water is held as thin liquid films. The amount of adsorbed soil water is intimately linked to soil specific surface area (SA) and plays an important role in various biological and transport processes in arid environments. Dominated by van der Waals adsorptive forces, surface-water interactions give rise to a nearly universal scaling relationship for SWC curves at low water contents. We demonstrate that scaling measured water content at the dry end by soil specific surface area yields remarkable similarity across a range of soil textures and is in good agreement with theoretical predictions based on van der Waals interactions. These scaling relationships are important for accurate description of SWC curves in dry soils and may provide rapid and reliable estimates of soil specific surface area from SWC measurements for matric potentials below À10 MPa conveniently measured with the chilled-mirror dew point technique. Surface area estimates acquired by fitting the scaling relationship to measured SWC data were in good agreement with SA data measured by standard methods. Preliminary results suggest that the proposed method could provide reliable SA estimates for natural soils with hydratable surface areas smaller than 200 m 2 /g.

Soil-Water Characteristic Curve of Residual Soil from a Flysch Rock Mass

“…They concluded that for low water contents, SWCCs are controlled by a surface area rather than pore geometry. A dew-point potentiometer device (Decagon Devices Inc.) was used to investigate water retention characteristics of different soil types (e.g., [28][29][30][31]). …”

Folyadék-visszatartás, folyadékvezetés és porozitás összefüggései vízzel és/vagy szerves folyadékkal telített talajokban I. Folyadék-visszatartó képesség — Szemle

“…A pórusszintű folyadékmozgások tanulmá-nyozásának gyakorlati jelentősége a víztartó-képesség közelítő függvények eseté-ben elsősorban az, hogy a hidrológia területén e szemlélet segítette az újabb típusú -a talaj porozitásviszonyaiból kiinduló statisztikai alapú hidraulikai függvény-illesztési eljárások kidolgozását (pl. lognormál PSD -CAMPBELL & SHIOZAWA, 1992;KOSUGI, 1999;Weibull PSD -ASSOULINE et al, 1998;TULLER & OR, 2005).…”

“…A porózus közeget sokszögletű és repedésszerű formákból álló hálózatként képezi le. Ez a megközelítés a valóságot jobban közelítő alapot szolgáltathat a felszín alatti folyadékterjedést és szennyezőa-nyag-transzportot szimuláló modellezésnek; lehetőséget ad az adszorpciós folyamatok és folyadékfilmek mozgását leíró összefüggések számszerűsítésére (film and corner flow) (DULLIEN, 1979;TULLER et al, 1999;TULLER & OR, 2005).…”

“…Az illesztés és a PTF típusú becslés hibája is jelentős lehet, a folyadékvisszatartó-képesség görbék szélső nyomásértékein, a "száraz" és a telítettséghez közeli nedvesség tartományokban (dry and wet ends of hydraulic functions) ( VAN GENUCHTEN & NIELSEN, 1985;ROSS et al, 1991;NIMMO, 1997;TULLER & OR, 2005;PRIESACK & DURNER, 2006). Azok a talajok, amelyek nagyon heterogén pórusméret eloszlással jellemezhető-ek, ún.…”

“…A vízkapacitás értékekkel a talaj pórusvi-szonyai (VORONIN, 1980;STEFANOVITS et al, 1999) és szerkezetessége is jellemezhető . A folyadékvisszatartó-képesség görbék illesztésének pontosságát jelentős mértékben befolyásolhatja az, hogy a talajok által adszorpciós erőkkel visszatartott folyadék mennyiségére vonatkozóan rendelkezünk-e informá-cióval, elsősorban mért adatokkal ( VAN GENUCHTEN & NIELSEN, 1985;NIMMO, 1997;TULLER et al, 1999;SHEIN et al, 2004;TULLER & OR, 2005).…”