SOIL PHYSICS - PowerPoint PPT Presentation

Loading...

PPT – SOIL PHYSICS PowerPoint presentation | free to download - id: 206fc1-ZDc1Z



Loading


The Adobe Flash plugin is needed to view this content

Get the plugin now

View by Category
About This Presentation
Title:

SOIL PHYSICS

Description:

e) Relation between volume wetness, fractional air content, and degree and saturation ... mengira kestabilan agregat bila dicampurkan dengan soil conditioners ... – PowerPoint PPT presentation

Number of Views:380
Avg rating:3.0/5.0
Slides: 129
Provided by: christo123
Learn more at: http://www.christopherteh.com
Category:

less

Write a Comment
User Comments (0)
Transcript and Presenter's Notes

Title: SOIL PHYSICS


1
SOIL PHYSICS branch of soil science physical
properties of the soil, dealing with measurement,
prediction, and control of the physical processes
within the soil deals with the state and
movement of matter and with the fluxes and
transformations of energy in the
soil understanding the mechanisms governing the
behaviour of the soil and its role in the
biosphere energy exchanges water
cycles transportable materials
2
Soil composition
3
Soil three-phase system
4
VOLUME AND MASS RELATIONSHIPS OF SOIL
CONSTITUENTS
1. Density of Solids (Mean particle d
density)
3. Porosity
usually 0.3 0.6 coarse-textured soils lt
fine-textured soils, though the mean size of
individual pores is greater in the former than in
the latter clayey soils highly variable
because of swelling, shrinkage, aggregation,
dispersion, compaction and cracking
usually 2.6-2.7 g cm-3 quite constant OM lowers
solid density
2. Dry bulk density
usually 1.3 1.35 g cm-3 sandy soils 1.6 g
cm-3 well-aggregated and clayey soils
5
4. Void ratio
usually 0.3 2.0 used in engineering and
mechanics
5. Soil wetness
a) Mass wetness (gravimetric water content)
b) volume wetness (volumetric water content)
c) degree of saturation
6
6. Air-filled porosity (fractional air content)
relative air content of the soil negatively
related to the degree of saturation
7. Additional interrelationships
a) Relation between porosity and void ratio
b) Relation between volume wetness and degree of
saturation
c) Relation between porosity and bulk density
7
d) Relation between mass wetness and volume
wetness
e) Relation between volume wetness, fractional
air content, and degree and saturation
8
(No Transcript)
9
STRUKTUR TANAH
bahan organik bahan penyimen paling penting
dalam tanah kation polivalen Ca2, Mg2, dll
Di Malaysia, pembaik tiruan popular dari
getah dari kelapa sawit dari bitumen dari besi
(alma steel)
pembezaan paling penting antara luluhawa fizik
dan kimia adalah agen-agen fizikal tidak mengubah
sifat-sifat kimia bahan-bahan hanya mengubah
saiz dalam fizik tanah, sukatan kualitatif tidak
digunakan
10
Pengubahsuaian Struktur Tanah
1. Rawatan Klasikal kultura, e.g., shifting
permenant cultivation, bajakan sistem
penanaman peminda tanah (soil amendments) 2.
Pembaiktanah tiruan
11
Rawatan Klasikal
(i) Amalan kultura
pembajakan sederhana dan meninggikan BO
menggalakan soil formation tanaman barisan
berterusan (jagung kacang) dan pembajakan
intensif -gt membinasakan tanah
(ii) Sistem penamanan
  • melalui
  • kesan pembutiran oleh akar (lelehan akar)
  • perlindungan tanah oleh kanopi
  • menghasilkan BO yang menggalakan aktiviti biologi
    dan pengagretan
  • bajakan antara barisan lt pusingan tanaman lt
    tanaman saka lt rumput berterusan
  • dalam tanah yang hilang topsoil, rumput boleh
    memulihkan tanah mempercepatkan pembentukkan
    tanah melalui peningkatan BO. Biomass rumput
    paling tinggi
  • pemuliharan tanah tercurai (degraded) dengan
    tanaman rumput akar rumput memberikan kesan
    pengegretan yang kuat

12
(iii) Peminda tanah e.g., pengapuran, baja
organik, pembajaan kesan tak langsung -
penggalakan tanaman lebih baik (BO tinggi,
perlindungan tanah)
kesan langsung belum pasti lagi
Kaedah tiruan (pembaik tanah)
biasanya BO pengstabil struktur
(i) hidrofilik
? serapan air ? ketersusupan (infiltrability) e.g.
, larutan polimer spt. PVAC (polivinal asetat),
PVC (polivinal klorid), PAM (poliakrilmid) PAM
mekanisma ikatan ikatan H antara sisi OH butir
tanah dengan polimer amid
13
(ii) Hidrofobik ? ketelapan, ? sejatan e.g.,
emulsi polimer (bitumen, lateks getah, POME
hidrofobik dan hidrofilik) mekanisme
ikatan gerakan dan pemendakan unit (micelles)
polimer pada permukaan yang bercantum (spt.
gam) strong bond hidrofilik weak bond -
hidrofobik
14
Ikatan antara pasir dan domain lempung
15
clay domain terdiri daripada cantuman butiran
lempung (domain lempung adalah lebih besar drp.
butiran lempung).
tanah yang banyak Fe mempunyai ikatan kuat
(B). cantuman hidrofilik berion (bercas)
cantuman antara ion H and O. bitumen mendak dan
bertindak sebagai gam. kalau domain lempung
hancur (e.g., bajak selalu), agregat tanah akan
pecah mesti ada lempung.
16
Ikatan antara zarah-zarah
A ikatan antara zarah oleh minicus air B
ikatan antara zarah oleh BO / polimer tak
berion C ikatan sisi oleh polimer berion D
ikatan sisi dan antara zarah
pengumpulan (flocculation)
pengagregatan butir lempung
17
Model Agregat (Emerson, 1959)
A kuarza koloid organik kuarza B kuarza
koloid organik domain lempung C domain lempung
koloid organik domain lempung. Tiga cara
cantuman C1 muka muka C2 sisi muka C3
sisi sisi
D sisi domain lempung muka domain lempung
(tiada BO) cantuman disebabkan oleh tarikan
daya van der Waals -gt domain lempung bercantum
untuk menstabilkan sendiri (kerana lebih besar)
18
Penilaian Struktur Tanah 1) Darjah
pengagregatan 2) Kestabilan agregat 3) Ciri ruang
liang
Analisa Agregat ayakan kering dan basah ayakan
kering untuk tanah beragregat lemah (kaw.
arid) menentukan rintangan terhadap hakisan
angin ayakan basah menentukan rintangan terhadap
hakisan air cadangan kaedah dari Tiulin
(1928) Yoder (1936) Kemper (1965)
19
keputusan boleh dinyatakan 1) pengagregatan
agregat melebihi saiz tertentu e.g., 2 mm
2) darjah pengagregatan (zarah-zarah halus)
3) Mean Weight Diameter (MWD)
W berat tanah bagi julat saiz agregat
tertentu
purata diameter agregat bagi julat saiz
agregat tertentu
20
e.g., MWD tanah belum diusahakan
1.604 jagung sebagai tanaman pusingan 0.432
jagung berterusan 0.288 tanah di Malaysia
(kaya Fe) 2.0 hubungan korelasi R2 kuat antara
MWD dan pengagregatan (0.8 0.9)
Kestabilan agregat Ayakan basah (cadangan de
Leenheer de Boodt, 1959) Indeks Ketakstabilan
(II) MWDkering MWDbasah kalau tanah
stabil, MWDkering ? MWDbasah jika II kecil,
tanah stabil Indeks Kestabilan (SI) 1 / II
21
2. Larutlesap dengan NaCl (Emerson) Indeks
Kestabilan Agregat K2/K1 K2 ketelapan akhir
selepas larutlesap dengan 0.05 N NaCl K1
ketelapan awal sebelum larutlesap dengan 0.05 N
NaCl
K2/K1 0.90 (rumput berterusan 100 tahun) K2/K1
0.35 (penanaman berterusan)
Ujikaji tanah dimasukkan dalam tiub larutlesap
dan ditepukan dengan air. Air akan keluar dengan
kadar yang semakin tetap (K1). Tambahkan NaCl. Na
adalah dispersing agent dan akan meleraikan tanah
dan ini menjadi lebih teruk bagi tanah yang
kurang stabil. Selepas NaCl, tuang air sekali
lagi dan kira K2. Dua keadaan ekstrem
K2/K1 1 (sangat stabil) K2/K1 0 (tidak
stabil langsung)
Guna teknik ini jika objektif adalah berkenaan
dengan pengurusan tanah, tetapi teknik ayakan
basah dan kering untuk objektif hakisan tanah.
22
3. Hentaman titik hujan (diameter 4-7 mm, 30 cm
tinggi)
kira bilangan titik untuk memecahkan
tanah keburukan pengagregatan tanah adalah
variable, maka pengiraan kurang tepat kaedah (2)
lebih tepat kerana mencampurkan tanah-tanah dari
tempat lain kaedah (3) sesuai untuk mengira
kestabilan agregat bila dicampurkan dengan soil
conditioners
23
4. Slaking (letupan udara terperangkap) guna
campuran air dan larutan organik Henin,
Robichet Jongerius, 1955 paling kurang
tepat
24
Keseimbangan Statik Dalam Tanah
Keseimbangan Hidrostatik
  • Ikatan air oleh tanah
  • disebabkan oleh daya van der Waals
  • air tanah diikat oleh beberapa jenis daya
  • daya rerambut (capilarity) gabungan antara 2
    daya iaitu daya lekatan (adhesive) dan lekitan
    (cohesive). Penting dalam tanah tekstur kasar
    (spt. sandy loam).
  • osmotik pada lapisan dua elektrik (EDL) bagi
    tanah lempung, osmotik lebih penting dari daya
    rerambut. Osmotik wujud dalam EDL tetapi pasir
    tiada EDL kerana tiada cas (inert). Lempung ada
    cas ve.

25
2. Ikatan rerambut
ketiga-tiga keadaan wujud kerana 2 daya rerambut
lekitan daya antara molekul-molekul sama
lekatan daya antara molekul-molekul berlainan
air pukal, ? 0 ? ve tenaga di permukaan gt
pukal (hidrofobik spt. raksa) ? -ve tenaga di
permukaan lt pukal (hidrofilik spt. alkali)
26
air pukal, ? 0 interfasa, ? ve air yang
bersentuh dengan udara akan cuba mengurangkan
luas permukaannya -gt membentuk sfera kerana luas
permukaan sfera minumum lekitan lebih tinggi,
lebih stabil
Kerambutan (capillarity)
27
sudut sentuh ? bergantung kepada i) ? -gt ve,
-ve atau 0 ii) magnitud ? berhubung dengan ?
bagi bulatan c luas interfasa pepejal-air i x
1 luas interfasa air-udara f x 1 Jumlah
tenaga kapilari E
28
? akan mengecil atau membesar sehingga E bagi
kedua-dua interfasa (cecair-udara dan
pepejal-cecair) adalah minimum minimum energy
kestabilan keadaan/sistem akan selalu dicapai
apabila jumlah tenaga diminimumkan. maka,
oleh itu
? 180? bila ? ? dan ? ? ? ? 90? bila ?
0 ? 0? bila ? -? dan ? ? -?
bagi tanah-air dan kaca-air, ? 0? (pembasahan
lengkap) bagi raksa-kaca, ? 140? (tak
membasah) bagi keluli bersih-air, ? 90? dan ?
0 (tiada tarikan, tiada tolakan) pembasahan
sangat penting supaya air dapat dipegang oleh
tanah. Jenis tanah akan mempengaruhi ?.
29
Jumlah Keupayaan Air Tanah (JKAT)
Persamaan antara air dalam salur rerambut dengan
air yang dipegang dalam liang tanah lekitan dan
lekatan ketegangan permukaan -ve tenaga kerja
yang diperlukan untuk membebaskan air dalam liang
tanah
Definisi dari ISSS Amount of work done per
unit quantity of pure water to transport
reversibly and isothermally (suhu sama) an
infinitesimal quantity of water from a pool of
pure water at specified elevation at atmospheric
pressure to the soil water at the point of
consideration.
?t ?g ?p ?o
total graviti tekanan osmotik
(matrik)
30
  • Potensi graviti
  • disebabkan oleh daya graviti Bumi (F ma)
  • potensi air tanah di satu titik ditentukan
    oleh ketinggian titik tersebut relatif kepada
    suatu titik rujukan
  • dipengaruhi oleh ketinggian sahaja

2. Potensi tekanan
disebabkan oleh tekanan ?p ve jika gt tekanan
atmosfera, ?p ve jika lt tekanan atmosfera
(suction)
?p ve dalam tanah disebut sebagai potensi matrik
yang disebabkan oleh daya rerambut dan adsorptive
forces yang menarik dan mengikat air dalam tanah
dan mengurangkan tenaga potensinya sehingga lebih
rendah daripada air pukal.
31
3. Potensi osmotik solut-solut dalam air tanah
mempengaruhi sifat-sifat termodinamik air dan
mengurangkan tenaga potensinya penting bila ada
suatu membran yang lebih telap kepada air
daripada solut spt. interfasa antara akar dan
tanah.
? boleh dinyatakan secara kuantitatif dengan 3
cara i) tenaga seunit jisim J kg-1 (L2 T-2) ii)
tenaga seunit isipadu J m-3 (N m-2 atau Pascal
Pa) iii) tenaga seunit berat atau kepala
hidraulik H (L)
Kepala hidraulik tinggi kolum air pada suatu
tekanan (nilai ve) 1 atm 10.33 m tinggi kolum
air 1 x 981 x 1033 1.013 x 106 dyne cm-2
1.013 bar 1013 mbar
unit baru 1 mbar 100 Pa 0.1 kPa kelembapan
tanah pada muatan tanah (field capacity) ?FC ?
pada 100 cm H20 atau pada 10 kPa
32
Gambarajah Kepala Hidraulik
gambarajah menghubungkan H h z (?t ?p ?g)
?t H 0.4 m di semua tempat (keseimbangan
statik) titik A ?p 0.3 m (0.4 0.1) dan ?g
0.1 m titik B ?p 0.2 m (0.4 0.2) dan ?g
0.2 m titik C ?p 0 m dan ?g 0.4 m
33
(No Transcript)
34
Potential Diagram Bagi Kererambutan
A ?p 0.2 m ?g 0.0 m ?t 0.2 m Bi/B0 ?p
0.0 m ?g 0.2 m ?t 0.2 m C ?p -0.15 m ?g
0.35 m ?t 0.2 m (0.2-0.35) D ?p -0.3
m ?g 0.5 m ?t 0.2 m (0.2-0.5) ?p ? 0
kerana ada daya rerambut. Kalau 0, air tidak
akan naik salur rerambut
35
A ?p 0.4 m ?g 0.0 m ?t 0.4 m B ?p 0.2
m ?g 0.2 m ?t 0.4 m C ?p 0.0 m ?g 0.4
m ?t 0.4 m D ?p -0.2 m ?g 0.6 m ?t
0.4 m
36
Lengkuk Ciri Air Tanah kaitan potential dan
kandungan air dalam tanah bila bar ?, sedutan
dimulakan dan pengeringan tanah mengikut keluk di
bawah keluk menunjukkan bagaimana sesuatu tanah
itu mengering. Ini penting untuk pengurusan tanah
pasir mengering dengan lebih cepat daripada
lempung. Nilai sedutan kemasukkan udara (AEV)
sedutan dimana liang terbesar mula mengeluar
air.
37
bila tekanan dikenakan, air yang dipegang dengan
daya paling lemah akan keluar dulu air graviti
kerana air dipegang dalam ruang rongga makro
  • AEV pasir adalah rendah kerana rongga besar
  • tanah tekstur kasar (e.g., tanah berpasir) dan
    tanah beragregat baik AEV rendah
  • lengkuk graf bergantung kepada
  • 0 1 bar pengaruh rerambut dan sebaran saiz
    liang (bergantung kepada struktur)
  • 1 bar tekstur dan permukaan tentu (adsorption)
  • 15 bar ? berkait dengan permukaan tentu ? 10
    lapisan molekul air tebal
  • bentuk lengkuk (slope) bergantung kepada tekstur
    dan struktur tanah

38
Kesan kepadatan
I II structure-dependent (? difference
between compact and aggregated soils) III
texture-dependent (? no difference between
compact and aggregated soils) I liang besar
lebih pengaruhi II liang sederhana lebih
pengaruhi III liang mikro intraagregat tidak
dipengaruhi oleh kepadatan. Pada sedutan tinggi,
air dipegang dengan jerapan lebih dipengaruhi
kepada tekstur
39
Histeresis bila air hujan turun dan berhenti, ada
pengerakkan air dalam tanah spt. saliran ke bawah
dan penyejatan air
drp. teori, kedua-dua kaedah serapan dan
penyahserapan sepatutnya memberi lengkuk sama
kerana guna tekanan sama ttp. ini tidak berlaku
gt fenomena ini dipanggil histeresis
40
kelembapan tanah setara pada sesuatu sedutan
adalah lebih besar bagi penyahserapan dari
serapan histeresis berlaku pada alam bila tanah
kering ditimpa hujan (lengkuk - - - - - -
dipatuhi) histeresis kandungan air setara
(equivalent) dan status air bergantung kepada
proses yang menyebabkan ianya berlaku
Sebab-sebab berlakunya histeresis
1) Ketidakseragaman geometri liang-liang
tanah kesan botol dakwat (ink bottle
effect) 2) Kesan sudut sentuh
41


dari gambarajah, rw gt rd, ?w lt ?d bagi ?
tetap Atau ?w lt ?d bagi ? tetap (histeresis)
3) Udara yang terperangkap merendahkan ? tanah
kering yang membasah
42
4) Fenomena pengembangan-pengecutan dan
pendewasaan tanah -gt perubahan struktur tanah
yang berbeza
Kesan botol dakwat
4) Fenomena pengembangan-pengecutan dan
pendewasaan tanah -gt perubahan struktur tanah
yang berbeza
(a) Pengeringan
(b) Pembasahan
Pembasahan lebih bergantung kepada R liang akan
dimasuki air bila sedutan kurang ?R dimana ?R
2?/R
Pengeringan lebih bergantung kepada r bagi tanah
tepu air, air akan serta merta mengalir jika
sedutan melebihi ?r dimana ?r 2?/r
kerana r lt R, ?r gt ?R maka pada ? sama, ?r gt ?R
43
Penentuan Air Tanah 1. Pensampelan dan
pengeringan dalam oven (gravimetrik) 2. Rintangan
elektrik 3. Sebaran neutron meter kelembapan
neutron 4. Sinaran gamma kaedah 1
destructive kaedah 2 4 non-destructive
Penentuan Keupayaan Air Tanah 1. piezometer 2.
Tensiometer ?m y z 12.6h
44
Aliran Air Dalam Tanah Tepu tanah adalah medium
yang kompleks, maka aliran air dalam tanah adalah
satu fenomena yang kompleks dalam tanah, ruang
rongga tidak sama, maka perlu andaian iaitu
1. Aliran lamina halaju aliran rendah (tidak
gelora) salur sempit (liang sempit) Hukum
Poiseuillis
? vicosity cecair
45
aliran air berlaku kerana ada perbezaan dalam
tekanan dalam salur kalau P1 and P2 sama, tiada
aliran
Nombor Reynold Re
d diameter liang efektif ? ketumpatan
cecair ? vicosity Re lt 1 aliran lamina Re
gt 1 aliran gelora
46
2. Aliran makroskopik vs. mikroskopik
kalau liang-liang sama diameter, u1 u2 u3
un tetapi dalam tanah, ini tidak
jadi penyelesaian abaikan corak terperinci
(ui) tanah dianggap sebagai satu medium pengalir
seragam dimana aliran berlaku di keseluruhan
keratan rentasnya A (pepejal liang)
47
Hukum Darcy
?H Ho Hi ?H/L kecerunan hidraulik (daya
penggerak) discharge rate q Q/A V/tA ?
?H/L ? q -k ?H/L atau q -k ?H gt Hukum
Darcy (k kekonduksian hidraulik)
48
Persamaan Am Aliran
flaks q ? daya penggerak q -k ?H (3 dimensi) q
-k dH/dx (1 dimensi) aliran air dalam 3 dimensi
dari gambarajah Darcy
49
Contoh 1
q -k (Ho Hi)/L (H Hp Hg) Ho 0 0
0
Hp 0 is contact to atmosphere
Hi ?H L ? q -k 0 (?HL)/L q k ?H/L
k
50
Contoh 2 kolum tanah komposit lebih realistik
kerana aliran air ke bawah tanah melalui beberapa
horizon, dan horizon-horizon berlainan akan
mempunyai nilai k yang berlainan
51
1/K hydraulic resisitivity (rintangan
hidraulik) Rs L/K hydraulic resistance per
unit area
Contoh pengiraan H1 20 cm k1 0.04 cm/h H2
5 cm k2 10 cm/h L1 L2 8 cm
(i) q -k1 (H2 H1)/L1 q -0.04 (H2 20)/8 H2
20 -8q/0.04 -200q H2 20 200q (1)
(ii) q -k2(H3 - H2)/L2 q -10(5 H2)/8 8q/10
H2 5 H2 5 0.8q (2)
  • (2)
  • 20 200q 5 0.8q
  • q 0.0747 cm/h

52
ATAU q (H1 H3) / (L1/k1 L2/k2) q (20 5)
/ (8/0.04 8/10) q 0.0747 cm/h
  • flaks bergantung kepada lapisan tanah yang
    mempunyai nilai k
  • lebih rendah (perlahan).
  • ? pengagregatan untuk memperbaiki saliran
  • kadar aliran dipengaruhi oleh lapisan k yang
    lebih rendah

53
Kekonduksian hidraulik, k
tanah tepu, stabil, kukuh gt k tetap (tidak
berubah mengikut masa) bila tanah tidak stabil
aliran air akan pecah struktur, maka kawal tidak
sama dengan kakhir nilai k pasir k 10-2
10-3 cm/s lempung k 10-4 10-7 cm/s
nilai k bergantung kepada struktur, tekstur dan
kestabilan struktur
54
Kelas kekonduksian hidraulik (Unland ONeal,
1958)
Klas Kadar aliran (mm/jam)
Perlahan
1) sangat perlahan lt 1.25
2) perlahan 1.25 5.0
Sederhana
3) sederhana perlahan 5.0 20.3
4) sederhana 20.3 63.5
5) sederhana pantas 63.5 127
Pantas
6) pantas 127 254
7) sangat pantas gt 254
55
Pembatasan Hukum Darcy tidak sentiasa sah bagi
semua keadaan aliran sah sekiranya aliran
berlamina tindakbalas air-tanah tidak mengubah
sifat kebendaliran (fluidity) dan ketelapan
(sebenarnya ada reaksi antara air dengan
tanah) tanah berkelodak dan berlempung
berlamina bagi kebanyakkan ?H/?x tanah berpasir
dan berbatu ?H/?x gt 1, gelora alirannya gt Hukum
Darcy tak boleh digunakan. Hanya bila ?H/?x lt 1,
hukum ini boleh diguna
kecerunan graf k hubungan linear antara q dan
?H/?x hukum ini dapat digunakan.
56
K bagi jenis-jenis tanah 1) medium seragam K
tetap di semua titik 2) isotropik k sama di
semua arah (3-D flow)
3) Anisotropik k berbeza mengikut arah Kx ? Ky ?
Kz kerana saiz liang dan bentuk strukturnya e.g.,
berplat vs. kolumnar
57
Aliran Air Dalam Tanah Tak Tepu q -k?H atau
q -k dH/dx
Aliran Tepu Aliran Tak Tepu
1. Potensi keupayaan ?h ve (superatmosferik) 1. ?h -ve (subatmosferik)
2. Kekonduksian hidraulik adalah maksimum, Ks tetap dan max. 2. K bergantung kepada ? i.e., K(?) K berubah mengikut jumlah air dalam tanah (ianya tidak tetap)
3. Kecerunan tekanan adalah kecil dan keupayaan graviti adalah dominan 3. Kecerunan tekanan adalah besar dan keupayaan matrik adalah dominan
4. Air bergerak bebas. ?h 0 4. Air bergerak dalam ketegangan (under tension). ?h ? 0 ?h ? -ve
58
Hubungan antara kekonduksian hidraulik, sedutan
dan kelembapan tanah (k ? - ?)
dari gambarajah, tanah tidak tepu kerana paras
air adalah di bawah tanah aliran air berlaku
dalam keadaan ketegangan, dan ketegangan ?
berubah mengikut jarak, begitu juga dengan ? dan
k. jika aliran tanah seragam (steady flow), i.e.,
H1 dan H2 tetap.
59
Untuk kolum tanah pendek (?x kecil) 1) purata
kekonduksian
2) purata potensi matrik
sukatan q bagi beberapa
, e.g.,
0, -10, -50 dan 300 cm
60
0 cm gt keadaan tepu air
?, lebih kering
? ?, k ?
k adalah fungsi (bergantung kepada)
dan hubungan mereka bergantung kepada tekstur
61
? 0, tanah tepu air kpasir lebih tinggi pada
tanah sangat lembap klempung menurun
beransur-ansur tetapi kpasir turun dengan
cepat. nilai k bagi tanah pasir turun dengan
cepat bila ?? atau tanah mengering, maka bila
tanah pasir mengalami sedikit pengeringan, air
payah bergerak kerana k?. Ini penting dalam
pengerakan air ke akar. Untuk tanah lempung,
pengerakan air lebih mudah kerana k tidak turun
cepat gt pokok masih segar kerana air masih boleh
bergerak.
Persamaan Aliran Umum untuk tanah tepu dan tidak
tepu air i) Hukum Darcy
dimana
ditulis dalam 3-dimensi
62
ii) Persamaan Keselanjaraan (Eq. of Continuity
dimana
oleh itu,
gt persamaan umum bagi aliran tepu dan tidak tepu
air
63
Aliran Tepu anggap media seragam dan
isotropik kx ky kz ks (k tepu) Persamaan
(1) mejadi
bagi tanah tepu dan kukuh (stabil)
(theres no change in quantity of water when
its saturated), maka,
jadi,
gt persamaan Laplace gt juga boleh digunakan
untuk pengaliran haba
64
Aliran Tak Tepu Andaikan media isotropik kx
ky kz k(?) H h z h ve (tanah tak
tepu) h ? 0 (tanah tepu) z ve
Persamaan (1) menjadi
atau
65
  • persamaan Richard dalam 3-dimensi
  • aliran mengufuk (arah-x)

aliran menegak (arah-z)
maka,
66
Dkedayaresapan (diffusivity) nisbah kekonduksian
hidraulik (k) kepada muatan air tentu (C). Oleh
sebab, k dan C bergantung kepada kandungan air,
begitu juga dengan D.
kadar cepat air resapan D ? air alir cepat
Edaran Air di lapangan (Field Water Cycle)
67
Penyusupan (Infiltration) gerakan air arah z
(satu arah sahaja) sejatan dan serapan aliran
tak tepu penyusupan berlaku dalam kedua-dua jenis
keadaan tak tepu dan tepu
i flaks (kadar penyusupan air)
68
Kepunyusupan Tanah (Soil Infiltrability) flaks
yang diserap oleh permukaan profil tanah yang
bersentuh dengan air pada tekanan atmosferik (air
bebas).
air tak boleh bertakung pada permukaan tanah
kerana tekanan pada permukaan tanah tidak berada
dalam tekanan atmosferik gt ii
jika R lt ii gt dikawal oleh flaks R gt ii gt
dikawal oleh profil
i bergantung kepada ?i (kelembapan), ?i
(ketegangan air), tekstur, struktur dan lapisan
tanah (padat?). ?i berkurang (tanah mengering),
penyusupan meningkat.
perhubungan rapat antara ? dan ?
i mengurang secara asimptotik sehingga satu kadar
tetap yang dipanggil Kepunyusupan Tunak (Steady
State Infiltrability).
69
i berkurang mengikut masa kerana
mengikut masa (driving force / kecerunan potensi
berkurang mengikut masa)
i) 
ii) pembinasan struktur membawa pembentukan kerak
permukaan (surface crust)
iii) pengembangan lempung
jenis lempung montmorilonit kembang dan tutup
liang-liang tanah
tidak ketara di Malaysia kerana banyak kaolonit
iv) udara terperangkap
i as a function of time
I as a function of time
70
Taburan kelembapan profil semasa penyusupan
zon tepu (ZT) nipis (hanya beberapa mm)
dipermukaan tanah zon peralihan (ZP) ?
berkurang ZT dan ZP selalunya sukar nak
dibezakan zon pemindah (ZPM) ?t hampir-hampir
?s sedikit berubah mengikut kedalaman zon basah
(ZB) ? bertukar dari ?t ke ?i secara mendadak
71
profil kepala hidraulik ketika penyusupan dari
air bertakung
profil kandungan air air ketika penyusupan dari
air bertakung
72
Persamaan-persamaan Penyusupan
i) Green Ampt (1911) paling penting
ii) Kostiakov (1932) i Ct? jika C dan ?
konstant, maka i ? t
iii) Horton (1940) i if (i0 - if)e-?t
iv) Philip (1957) i(t) 0.5 st-0.5 A
73
Persamaan Gree Ampt (1911)
  • Beberapa andaian
  • wujudnya barisan bawah yang nyata dan tajam
  • ii)  sedutan matrik pada barisan basah tetap
    pada semua tempat dan masa (?m tetap)
  • iii) dibelakang barisan bawah, tanah membasah
    sekata (seragam) dan mempunyai kekonduksian tetap
    (k tetap)

1) Penyusupan mengufuk
74
jika Ho 0
(1)
dimana ?Hp kejatuhan tekanan (kepala) -Hf
bagi zon yang membasah seragam
I Lf(?t - ?i) Lf??
(2)
  1. (2)

Kamilkan
75
bila t 0, Lf 0, maka c 0 jadi,
maka Lf ? t0.5
2) Penyusupan menegak
(1)
76
bagi zon yang membasah seragam
(2)
(1) (2)
Kamilkan
meningkat perlahan dan menghampiri nilai tetap
jadi,
bila t ? ?, maka
77
analogi y mx c, grafkan
Penyusupan ke dalam tanah berlapis
Keadaan 1 Lapisan kasar (k tinggi) diatas
lapisan halus (k rendah)
I awal
dikawal oleh k kasar
i jatuh (rendah) apabila barisan bawah tiba ke
lapisan halus
jangkamasa panjang maka i? ? penyusupan melalui
lapisan halus sahaja gt aras air terusung
(perched water table or water log) dan tekanan
ve wujud di lapisan kasar.
78
Cara mengatasinya ialah masukkan paip pada
lapisan halus, mungkin 5 inci drp. permukaan.
Tidak boleh buat parit, tak boleh mengatasi
masalah.
Keadaan 2 Tekstur halus di atas tekstur kasar
iawal dikawal olek khalus
penyusupan air akan dikawal oleh k yang lebih
rendah
apabila barisan bawah tiba ke sempadan, i mungkin
jatuh (berkurang) kerana sedutan di lapisan halus
mungkin terlalu besar. Sedutan di lapisan halus
lebih kuat maka air akan bertakung di sempadan
terlebih dahulu sehingga berat air mencukupi
sebelum air mengalir ke bawah dengan cepat
(analogi sinki). maka lapisan kasar dibawah tidak
dapat meningkat penyusupan, sebaliknya mungking
menghalang
79
Penyusupan hujan
Ada 3 keadaan
(i) Ri gt i
proses sama dengan kes air bertakung (ponding)
(ii) Ri lt iawal tetapi Ri gt iakhir
pada awalnya, tanah menyerap kesemua air hujan
(unsaturated water flow)
i ? iakhir gt permukaan tanah tepu, maka sama
dengan kes air bertakung
(iii) Ri lt i (e.g., Ri lt ktepu)
tanah menyerap semua hujan keadaan tepu tidak
akan tercapai
80
Penyusupan ke dalam tanah berkerak di permukaan
walaupun kerak nipis (thin crust) hanya 2-3 mm,
ia sangat penting dalam konteks penyusupan gt air
boleh bertakung dan zon akar tiada/kurang air
kerak permukaan disebabkan oleh
tindakan air hujan pemeraian semasa pembasahan
agregat
kerak beberapa mm tebal (nipis) ketumpatan
tinggi rongga halus k ? menghalang penyusupan
81
kehadiran kerak menggalakkan hakisan kerana air
tidak dapat menyusup, maka larian air di
permukaan
elak kejadian kerak melalui perlindungan
permukaan tanah dengan
sungkupan (mulch) pokok seperti legume dll
Larian Permukaan
juga dikenali sebagai overland flow bahagian
air hujan yang tidak diserap oleh tanah dan tidak
terkumpul di permukaan tetapi mengalir mengikut
cerun ke dalam lurah-lurah atau sungai-sungai
  • Ri gt I
  • surface storage capacity (muatan simpanan
    permukaan)

82
kawasan pertanian
run-off
1) kehilangan air kerana tidak boleh digunakan
2) hakisan kehilangan nutrien dan tanah atas
kawalan hakisan 1) lindung tanah daripada
hakisan percik 2) ? i dan ? surface storage ?
kadar air mengalir ke bawah dan ? jumlah air yang
dapat disimpan dalam depression
3) untuk menghalang larian permukaan e.g., teres
untuk ? halaju air kepada larian
permukaan bajakan ? penyusupan ? surface
storage maka, kurang larian permukaan
83
Summary Penyusupan i important physical
parameter) bergantung kepada masa dari hujan
bermula ? awal tanah k soil surface conditions
(poros / kerak) kehadiran lapisan halangan dalam
profil (lapisan lempung / pasir / padat / poros)
Sebaran Balik (Redistribution) pengerakan air
akan terus berlaku selepas hujan dan penyusupan
terhenti
saliran dalam jika paras air bumi rendah (cetek)
saliran balik jika paras air bumi tinggi
(dalam)
84
pentingnya proses sebaran balik menentukan
jumlah air dalam zon-zon profil tanah bagi
masa-masa tertentu gt ekonomi air menentukan
muatan simpanan air tanah gt penting bagi kawasan
kering yang mana bekalan air tidak menentu
Proses sebaran balik saliran dalam aliran air
bumi (groundwater drainage) aliran dalam keadaan
tanah tepu
sebaran balik pengaruh air bumi tidak penting
(e.g., sangat dalam)
85
keadaan seperti tong besar dimana kadar aliran
air bergantung kepada saiz lubang kadar awal
sebaran balik di pengaruhi oleh kecerunan
keupayaan k tanah (spt. lubang besar atau
kecil) kekeringan relatif lapisan zon
kering) kedalaman awal barisan basah
86
kadar sebaran balik menurun mengikut masa
sebab 1) kecerunan potensi (keupayaan) antara
zon basah dan zon kering menurun
pada mulanya ?keupayaan ? tetapi bila lebih air
meresap ke bawah dan zon kering mulai membasah
dan zon basah mulai mengering, maka ?keupayaan
mulai menurun dengan masa 2) k tanah ? bila zon
basah mengering gt oleh itu, kemaraan barisan
basah ?, flaks ? dan lama kelamaan, barisan basah
hilang (tidak nyata / jelas)
87
rajah menunjukkan zon basah mengering pada kadar
berkurangan. Kadar ini bergantung kepada jenis
tanah sebab
tanah lempung mengering kurang daripada tanah
pasir.
88
Histerisis dan Sebaran Balik
histeris memperlahankan sebaran balik
maka apabila hujan, tanah membasahi mengikut
keluk serapan. Apabila penyusupan terhenti, tanah
akan mengering mengikut keluk pengeringan. maka,
histerisis memperlahankan sebaran balik gt baik
kerana histerisis menolong tanah menyimpan air
dengan lebih lama (storage capacity)
histerisis berlaku pada semua jenis tanah udara
terperangkap lebih utama bagi tanah lempung,
tetapi kesan botol dakwat sangat penting dalam
semua tanah.
89
Muatan Medan (Field Capacity) dan Sebaran Balik
Air Tersedia Had Muatan Medan Had Kelayuan ?
tanah
?w (g/g)
?v (cm3/cm3)
boleh mengambarkan porosity
?s (v/v) total porosity (keadaan tepu)
e.g., 40 cm3/cm3 maka total porosity 40
e.g., ?s 40 cm3/cm3 ?v 15 cm3/cm3, maka
rongga dipenuhi udara 40 - 15 25
semasa proses sebaran balik kadar aliran dan ??
berkurang mengikut masa dan akhirnya menjadi
terlalu kecil selepas beberapa hari (rujuk
kepada nota sebaran balik mengurang mengikut masa)
90
maka ? dimana saliran dalam terhenti dipanggil
muatan medan (FC)
takrif FC Jumlah air yang dipegang oleh tanah
selepas air berlebihan disalirkan dan kadar
aliran ke bawah terhenti, biasanya selepas 2-3
hari hujan/pengairan terhenti).
kekurangan andaian proses sebaran balik menurun
dan terhenti dalam 2-3 hari tidak benar bagi
semua jenis tanah proses ini berterusan untuk
jangka masa lama, e.g.,
91
Masa selepas penyusupan berhenti ? (w/w)
0 hari 29.2
1 hari 20.2
2 hari 18.7
7 hari 17.5
30 hari 15.9
60 hari 14.7
156 hari 13.6
92
? berkurangan mengikut masa mengikut persamaan
umum
dimana a ialah pemalar dan b ialah pemalar
berkaitan dengan D (kedayaresapan)
maka kadar sebaran balik bergantung rapat dengan
D atau k sebab
93
faktor-faktor mempengaruhi FC 1) tekstur 2)
jenis mineral lempung 3) kandungan BO 4)
kehadiran lapisan penghalang 5) evapotranspirasi
Pergerakan Air Ke Akar
root system very extensive (miles!) bergantung
kepada rintangan rintangan paling kuat antara
stomata dan atomosfera
total root surface area of annual grass 1000 m2
but in 100 liter soil volume, roots will only be
in touch of 1 particle surface
therefore, 1 active root surface to absorb
water therefore, water needs to move to roots for
plant to receive enough water
94
bila transpirasi terhenti, tumbesaran terbantut
kerana tiada pertukaran gas dengan tisu daun
tiada fotosintesis kerana tiada serapan
CO2 aliran air tanah ke akar terhenti kerana
tiada nutrien diserap
Radial flow to a single root
Equation suggests that
rate of uptake q (rate of absorption) depends
on 1) potential difference between soil and at
root surface 2) k soil also, ?? depends on 1)
k 2) flow rate q
95
Relation ?s vs. distance from root
at 15 bars, there is a high gradient from a to b,
but at 5 bars, the gradient from a to b is smaller
inter-relation between ??, k, q,
transpiration 1) ?s ? (wet soil), k ? gt ?? ? ?
root ? ?s 2) ?s ?, k ? gt ?? ? ? root ? ?s 3)
atomspheric evaporation demand
96
Pengambilan Air Oleh Pokok merangkumi pergerakan
air dari tanah ke akar pergerakan air dalam
pokok pergerakan dari pokok ke atmosfera pokok
ke atmosfera iaitu dari daun ke atmosfera melalui
liang stomata
pergerakan dalam bentuk wap (vapour) disebabkan
oleh kecerunan (driving force) tekanan wap
(vapour pressure gradient)
kecerunan tekanan wap (KTW) dipengaruhi oleh
Permintaan Sejatan Atmosfera (atmospheric
evaporative demand AED)
AED bergantung kepada 1) iklim (suhu, angin,
kelembapan) 2) permukaan daun (daun nipis, tebal,
licin, kesat, berbulu dll)
97
pergerakan dalam bentuk wap (vapour) disebabkan
oleh kecerunan (driving force) tekanan wap
(vapour pressure gradient)
kecerunan tekanan wap (KTW) dipengaruhi oleh
Permintaan Sejatan Atmosfera (atmospheric
evaporative demand AED)
AED bergantung kepada 1) iklim (suhu, angin,
kelembapan) 2) permukaan daun (daun nipis, tebal,
licin, kesat, berbulu dll)
untuk pokok tumbuh dengan baik, AED sama dengan
bekalan air tanah
kalau AED sama dengan bekalan air tanah, bukaan
stomata max, tetapi keadaan AED gt bekalan air,
bukaan dikecilkan untuk mengurangkan kehilangan
H20 tetapi kemasukkan CO2 turut dikurangakan,
maka tumbesaran terencat
98
Bekalan Air Tanah konsep air tesedia (AT) AT ?
muatan ladang ? had layu konsep klasikal untuk
AT
(a) Veihmeyer Hendricksen (1927)
ketersediaan air sama pada keseluruhannya tidak
logik kerana tiada pengaruh potensi
sedutan naik dengan ? menurun (b) Richards
Wadleigh penurunan secara linear
(c) others
dibahagikan kepada easily available dan
diffuculty available
99
  • Jumlah dan kadar cepat pengambilan air
  • keupayaan serapan akar
  • 2) kebolehan tanah membekalkan air kepada
    akarbergantung kepada
  • jenis tanah.
  • tanah pasir mempunyai kebolehan membekalkan
    air kurang daripada
  • tanah lempung
  • 3) sistem akar (ketumpatan, panjang, kadar
    pertumbuhan akar)
  • 4) sedutan / ketegangan air dalam pokok dalam
    keadaan panas, sedutan naik,
  • maka kadar cepat air diserap juga naik
  • 5) keadaan mikrometeorologi dan ciri-ciri tanah
  • AED bergantung kepada iklim / mikometeorologi
  • sistem tanah-pokok-atmosfera

100
Proses Evapotranspirasi satu proses dimana air
tanah dipindah ke atmosfera melalui conductive
body iaitu pokok
air tanah bekalan dan ketersediaan terhad
atmosfera
sinki yang mana muatan tidak terhad dapat diserap
sebanyak-banyaknya (unlimited capacity) pokok
peranan sifat pokok sangat penting untuk
menyeimbangkan muatan yang terhad (tanah) dengan
yang tidak terhad (atmosfera)
maka serapan akar sama dengan transpirasi gt
aliran terus, pokok segar jika serapan akar lt
transpirasi gt pokok hilang kesagahan (turgor)
dan layu.
101
Keupayaan transpirasi (Penman, 1949) iaitu kadar
kehilangan air drp. pokok ke atmosfera bila
bekalan air tidak terhad
dalam keadaan tutupan 100 oleh kanopi pokok
kadar transpirasi keupayaan evapotranspirasi ?
tanah tinggi transpirasi sebenar (actual) sama
dengan keupayaan transpirasi ? tanah rendah
transpirasi sebenar (actual) lt keupayaan
transpirasi transpirasi bergantung kepada iklim
Kontinuum tanah-pokok-atmosfera (SPAC)
tanah, pokok, atmosfera sistem penyatuan,
interaksi dan dinamik sistem penyatuan kerana
tiap-tiap peringkat dalam sistem SPAC adalah
penting kerana tiap-tiap peringkat akan
mempengaruhi peringkat-peringkat
seterusnya konsep keupayaan air boleh dipakai
bagi tanah, pokok dan atmosfera maka aliran air
dari keupayaan tinggi ke rendah
102
perbezaan terminologi fizik tanah
sedutan fisiologi tumbuhan defisit tekanan
resapan (diffusion pressure deficit) atmosfera
tekanan wap
kuantiti Q air hilang melalui transpirasi jauh
lebih gt dari ?? pokok beberapa banyak air hilang
dari pokok, kandungan air dalam pokok masih
sama! maka, aliran dalam pokok adalah tunak
(steady state) kadar aliran berkadar songsang
dengan rintangan
103
Potential Distribution in SPAC
  • ?soil ?, transpirasi ? maka ?mesophyll lt CV
    (critical value of ? to cause wilting) gt tidak
    layu kerana kurang 15 bars
  • (2) ?soil ?, transpirasi ? maka ?mesophyll ? 20
    bars gt temporary wilting i.e., menghampiri hari
    panas (2-4 pm transpirasi max), e.g., noon wilt
    but evening recover again
  • (3) ?soil ?, transpirasi ? masih temporary
    wilting kerana transpirasi adalah rendah
  • (4) ?soil ?, transpirasi ? wilting kerana
    ?mesophyll gt CV

104
Aliran Air (Electrical analog representing
resistances against water flow in SPAC)
analogous to Ohms Law ?? kejatuhankeupayaan
q flaks
105
aliran air dalam SPAC analog kepada aliran arus
melalui rintangan bersiri ?? (tanah ke akar) ? 10
bars ?? (akar ke daun) ? 10 bars ?? (daun ke
atmosfera) ? 500 bars (max) maka keadaan stomata
yang paling pengaruh dalam aliran air dari tanah
ke stomata stomata (rs) yang cepat gerakbalas
kepada ketegasan air (bergantung kepada fisiologi
pokok) tanah-akar-daun pathway
106
Water potential values in SPAC
Location bars
soil 0.5 cm below surface and 1 cm from root -3
soil at root surface -5
root xylem near soil surface -6
root xylem 10 cm above soil surface -8
leaf vacuole-mesophyll cells at 10 cm above soil surface -8
cell-wall-mesophyll cells at 10 cm above soil surface -8
air in cell wall space at 10 cm above soil surface -8
air in stomata at 95 RH -69
air outside stomata at 95 RH -71
air across stomata at 50 RH -950
107
sepatutnya tiada aliran air kerana tiada
potential gradient. Aliran masih berlaku kerana
transpirasi sahaja. Maka pada malam, tiada aliran
kerana tiada transpirasi gt tiada pertumbuhan.
Guna lampu jika nak meningkatkan pertumbuhan pokok
R atmosfera pathway 15x lebih tinggi R pokok
aliran air dalam SPAC sangat dipengaruhi oleh
fasa wap
drought-resistant plants are those that respond
to vapour phase and those that are sensitive are
those which do not respond well to the vapour
phase
108
Field Water Balance (Imbangan Air Medan)
proses-proses berkaitan dengan ?W infiltration re
distribution drainage evaporation water uptake by
plants - all unified interdependant and
important to describe field water balance
Equation P I S ?W E U P
precipitation (hujan) I irrigation S surface
run-off ?W change in water storage E
evapotranspiration U drainage
109
combination of P, I, S, E and U will finally
affect ?W, and ?W may be ve or ve ??, ?W ve
??, ?W ve.
thus, depth of soil must be defined. Boundary
must be in the rooting zone 30, 50, 70 cm, etc,
depending on type of plant, i.e., oil palm roots
are in a depth of 30 cm (shallow rooting system)
gt boundary 30 cm. For rubber, rooting depth is
80 cm, so make boundary 80 cm.
unit of water water volume or Equivalent Ponded
Depth (EPD)
EPD volume per unit area (m3/m2 m) m H2O
better use a unit length for EPD rather than
using a volume unit (m3) because ther units like
P, I, S are all in unit length.
110
EPD digunakan untuk menentukan kuantiti air
dalam tanah kuantiti air yang boleh disimpan oleh
tanah kuantiti air yang diperlukan untuk
pengairan dalam tanah yang dapat dibasahi
hujan/pengairan, e.g.,
(ii) dari keluk sifat air tanah dan katakan zon
akar 50 cm
air tersedia dalam zon akar (?FC-?PWP)x50 cm
(0.35 0.12) x 50 0.23 x 50 11.5 cm EPD
pada had basah ?FC x 50 0.35 x 50 17.5
cm EPD pada had layu ?PWP x 50 0.12 x 50
6 cm
111
Evaluation of Water Balance measurements
difficult in practice E largest and most
difficult component
P I quite easy although possible
non-uniformities in a read distribution S ? 0 in
agriculture field-irrigated field
?W for long periods, entire growing season ?W
0 (? P I E U) because ?W -ve when dry
periods and ?W ve when wet periods gt a
mixture of ve and ve, so net change is or near
zero. for shorter periods, ?W can be large
P I S ?W E U
112
P I S ?W E U
  • persamaan ini mempengaruhi ?W akhirnya
  • dalam pertumbuhan pokok, E menjadi penting. Air
    mesti memenuhi keperluan E supaya pertumbuhan
    pokok baik. Transpirasi max max growth. Unit E
    biasanya dalam unit mm/hari. E dikira secara
    tidak langsung drp persamaan di atas.
  • Matlamat kita q E untuk pertumbuhan max. (q
    rate of absorption).
  • q lt E tumbesaran terencat
  • dry season with P, I 0 (S 0) ?W - (E U)

113
under irrigation 1) measure ? in root zone, then
supply water to brint it to FC
e.g., ?PWP 0.10 ?FC 0.30, maka tambah ?PWP
- ?FC 0.20. Rooting depth 50 cm, maka 0.20 x
50 10 cm air ditambah
note at FC, downward flow out of root zone not
negligible, about 1/10 of water balance (U ? 0)
percolation gt cap. rise, U gt 0 percolation lt cap.
rise, U lt
2) irrigation efficiency e E / (E U) kalau
bekal air untuk kuantiti yang ia perlukan, e
100 U to wash/leach out accumulated salt -
penting di kawasan arid
114
kalau tiada garam, e 100 kalau tanah kaya dengan garam akan terdapat pengumpulan garam gt salinity (terutamanya kawasana kering) boleh mencurai struktur tanah
untuk kawasan salinity, tak boleh I 5 mm.day
mesti tambah lebih air untuk melarutlesapkan
garam-garam yang tinggal, di Malaysia,
perkara-perkara di atas tiada masalah kerana
hujan gt evapotranspirasi
Alat lysimeter
tetapi alat lysimeter tidak dapat beri penentuan
tepat kerana tanah yang digunakan adalah tanah
terganggu. Alat ini juga mahal
115
Measurement of ?W in the field
neutron probe moisture meter gravimetric
moisture sampling ? profiles at time t1 and
t2 neutron moisture meter radioactive and can
measure to depth 3 m gravimetric moisture
sampling use auger for sampling
luas graf antara t1 dan t2 ?W ?W boleh ve atau
ve
at t1
and at t2
116
Water balance
R I CR P OF ETa ??
WATER INPUT R rainfall I irrigation CR
capillary rise
117
WATER OUTPUT P percolation OF overland
flow ETa actual evapotranspiration ??
change in soil water content
- equation looks deceptively simple, but in
practice, the individual components can be
difficult to determine/measure
- can use some assumptions
1) no irrigation supplied, so I 0
2) deep water table (gt 1 m deep), so CR 0
3) flat, levelled land, so OF 0
R P ETa ??
- therefore water balance equation becomes
?? R - P - ETa
or
118
Percolation (P)
  • - drainage (loss) of water from a soil layer/zone
  • - consists of two components
  • percolation due to excess water pe
  • percolation due to redistribution pd

- Excess water percolates below if the amount of
water in soil and amount of water (due to
rainfall R) received exceed the soil saturation
level
- Redistribution occurs due to gravity and matric
potential, as defined by Darcys Law
119
- If the depth difference between two soil layers
is z, then Hg z, and
  • Assuming uniformly wetted soil means no
    differences in matric
  • potential any
  • where in that soil layer, so

Eq. (1)
and
where water flux depends only on the soils
hydraulic conductivity.
- From the law of conservation of mass
120
- If we take the soil layer thickness as L, then
Eq. (2)
- From Eq. (1), q K, so
so
Eq. (3)
- K depends on soil water content - K increases
with increasing water content until soil
saturation, or
121
- K depends on soil water content according
to this relationship
where ? is 13-16 for most soils. Substituting
into Eq. (3) and solving it results in
  • The equation gives the
  • amount of water in the
  • soil at time t2.

122
- Therefore, percolation due to redistribution is
?t2 - ?t1 R (pe pd) pd ?t2 - ?t1 - R pe
- ?t2 is now available for evapotranspiration ETa
  • Evapotranspiration (ET)
  • ET is the loss of water by evaporation from both
    the soil and plant
  • (evaporation transpiration)
  • ET depends on several factors solar radiation,
    air temperature, air vapour pressure,
  • wind speed and surface area.
  • Potential ET (PET) is the maximum rate of ET
    given the current
  • conditions. PET
  • is not a constant value but varies with field
    conditions it is the rate of
  • water loss if water supply is not limiting.

But often water supply is limited, so water loss
is often smaller than PET. The rate at which
water is being lost is known as actual ET (AET).
123
  • - AET ? PET, depending on amount of available
    water.
  • Plants can control their transpiration. Maximum
    transpiration occurs
  • when water is adequate and stomata is opened at
    maximum exposure.
  • But during water stress, stomata opening reduces
    (and could close
  • completely), so transpiration is reduced, and
    AET lt PET.
  • Plants can conserve water by reducing openings
    of their stomata but by
  • reducing the stomata openings, they reduce
    photosynthesis. Less food
  • means poor growth and yield. Prolonged water
    stress could result in
  • plant death.

Potential ET
  • Water loss by evaporation can be determined by
    determining the
  • flow of latent heat (LH). LH is the amount of
    energy required to break
  • bonds to change the liquid phase of water into
    vapour (gas) phase.

LH does not results in change in air temperature.
All the energy is used to break bonds only. LH
cannot be sensed it is latent.
124
- Sensible heat (SH) is the energy to raise air
temperature which we can sense.
  • Penman-Monteith equation most widely used to
    determine PET uses the
  • electrical resistance network analogy

- H is sensible heat flux density (W m-2) ?ET is
latent heat flux density (W m-2) ? is known as
the latent heat of vapourization of water (amount
of energy to evaporate a unit weight of water
2454000 J kg-1).
125
- ra aerodynamic resistance rc surface
resistance
- er and e0 vapour pressure at reference height
and surface, respectively
- Tr and T0 temperature at reference height and
surface, respectively
  • Heat flows (_at_ current) because it is driven by a
    potential difference but the
  • flow it resisted by resistances.
  • H flows because of temperature difference
    (potential difference) but it is
  • resisted by ra

where ?cp is the volumetric heat capacity (amount
of heat required to raise the temperature of a
unit volume of air by one unit 1221.09 J m-3
K-1).
126
- ?ET flows because of vapour pressure difference
(potential difference) but it is resisted by rc
and ra
where ? is the psychometric constant (0.658
mbar K-1).
- LH has an additional resistance rc because
water vapour exits the stomata.
- If from bare soil, rc is the soil surface
resistance.
- To convert ?ET (W m-2) to ET (mm day-1) Watts
is J s-1
127
Example 120 W m-2 to ? mm day-1 120 / ? 120
/ 2454000 4.9 x 10-5 kg m-2 s-1 4.9 x 10-5 x
60 x 60 x 24 4.2336 kg m-2 day-1 4.2336 mm
day-1
  • Actual ET
  • When water is limiting, evapotranspiration is
    not at maximum but is
  • reduced to a rate known as actual ET.

- PET is reduced by a reduction factor
where RD is from 0 (completely no available
water) to 1 (sufficient water)
128
- Relative water content is
  • - Plant cannot use the water below the soil
    wilting point level
  • most agricultural crops are C3 plants only
    three are C4 sugar cane, maize and
  • sorghum.
  • C3 plants photosynthesize to produce a 3-C
    compound (3- phosphoglyceric
  • acid) and C4 a 4-carbon compound (oxaloacetic
    acid). C4 are more efficient in
  • using water and solar radiation to convert
    into biomass.
  • Critical water point for C3 and C4 plants are
    50 and 30 of relative
  • water content, respectively. C4 more efficient
    in using water.
About PowerShow.com