CS263025B1

CS263025B1 - A method for measuring the rate of water infiltration into an unsaturated soil

Info

Publication number: CS263025B1
Application number: CS875127A
Authority: CS
Inventors: Oubomir Ing Csc Lichner
Original assignee: Oubomir Ing Csc Lichner
Priority date: 1987-07-07
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS512787A1

Abstract

Způsob měření rychlosti infiltrace vody do nenasycené zeminy, při němž se voda přivádí k povrchu zeminy po dávkách gřes infiltrometr se soustřednými válci. Účelem je vyloučit chyby měření,·které způsobuje nehomogenita a stratifikace zemin. Účelu se dosahuje tím, že do nenasycené zeminy pod infiltrometrem se zavede na hrotu uzavřená sontážní trubka, zvolená dávka vody se označí radioaktivním indikátorem a detektorem záření zapuštěným do sontážní trubky na kabelu se sleduje v časových relacích vertikální pohyb označené dávky vody.A method of measuring the rate of water infiltration into unsaturated soil, in which water is supplied to the soil surface in doses using a concentric cylinder infiltrometer. The purpose is to eliminate measurement errors caused by inhomogeneity and stratification of soils. The purpose is achieved by introducing a closed probe tube into the unsaturated soil under the infiltrometer, marking the selected dose of water with a radioactive indicator, and using a radiation detector embedded in the probe tube on a cable to monitor the vertical movement of the marked dose of water over time.

Description

Vynález se týká způsobu měření rychlosti infiltrace vody do nenasycené zeminy, při němž se voda přivádí k povrchu zeminy po dávkách přes infiltrometr tvořený soustředěnými válci. Účelem vynálezu je vyloučit chyby měření, které způsobuje nehomogenita a stratifikace zemin·The invention relates to a method for measuring the rate of infiltration of water into unsaturated soil, wherein the water is fed to the soil surface in portions through an infiltrometer formed by lumped cylinders. The purpose of the invention is to eliminate measurement errors caused by inhomogeneity and stratification of soils.

Infiltrace je jeden z druhů proudění vody v nenasycené zemině, při němž se voda přiváděná k povrchu zeminy vsakuje svrchní vrstvou zeminy do hornin, kde tvoří zásoby podzemních vod· Je-li přiváděna takovou rychlostí, jakou se vsakuje, vyjadřuje tato rychlost maximální hodnotu rychlosti infiltrace· Obecně závisí rychlost infiltrace na počátečním rozdělení vlhkostního profilu zeminy. S postupným zvlhčováním zeminy rychlost infiltrace klesá, až se ustálí na hodnotě rovné filtračnímu koeficientu zeminy. Podle rychlosti infiltrace se např. zjišíuje doba, po kterou bude umělé hnojivo setrvávat v aktivní vrstvě půdy, tj. v dosahu kořenů rostlin, nebo doba, během níž zůstanou látky rozpuštěné v infiltrační vodě adsorbované na částicích zeminy a nevniknou do podzemní vody. Podle rychlosti infiltrace lze určovat množství látky, která s povrchovou vodou prosákne do podzemní vody a znečistí ji.Infiltration is one of the types of water flow in unsaturated soil, where the water supplied to the soil surface is soaked by the upper layer of soil into the rocks, where it forms groundwater reserves · If it is supplied at the rate of infiltration, this rate expresses the maximum value of infiltration rate · In general, the rate of infiltration depends on the initial distribution of the soil moisture profile. With the gradual moistening of the soil, the rate of infiltration decreases until it stabilizes at a value equal to the soil filtration coefficient. For example, the infiltration rate determines the time during which the fertilizer will remain in the active soil layer, ie within the reach of the plant roots, or the time during which the substances dissolved in the infiltration water remain adsorbed on the soil particles and do not enter the groundwater. Depending on the rate of infiltration, it is possible to determine the amount of a substance that seeps into the groundwater and pollutes it with surface water.

Je známý způsoo měření rychlosti infiltrace vody do nenasycené zeminy, při němž se vpraví do zeminy, 10 až 20 cm hluboko, infiltrometr, sestávající ze dvou koncentricky uspořádaných válců·It is known to measure the infiltration rate of water into an unsaturated soil by introducing it into the soil, 10 to 20 cm deep, an infiltrometer consisting of two concentrically arranged cylinders.

Do obou válců se přivádí voda a její hladiny se udržují na stejné úrovni, nejlépe ve výšce 1 až 3 cm nad povrchem zeminy. Voda vsakující se do zeminy z vnějšího válce vytváří v zemině svislou proudnici, jíž vsakuje do zeminy voda z vnitřního válce. Množství vody přiváděné k povrchu zeminy přes vnitřní válec se měří v časových relacích až do ustálené rychlosti infiltrace, reprezentují cí filtrační koeficient zeminy.Both cylinders are supplied with water and maintained at the same level, preferably at a height of 1 to 3 cm above the soil surface. The water seeping into the soil from the outer cylinder creates in the soil a vertical nozzle through which the water from the inner cylinder seeps into the soil. The amount of water supplied to the soil surface through the inner cylinder is measured in time sessions up to a steady infiltration rate, representing the soil filtration coefficient.

-2.263 025-2.263 025

Nevýhodou známého způsobu měření rychlosti infiltrace je nemožnost vyloučit nepřesnosti vznikající nehomogenitou a stratifikací zeminy. Známý způsob měření je založen na předpokladu homogenní zeminy, ve které se vsakovaná voda pohybuje jako píst, rovnoměrně po celé ploše vymezené infiltrometrem.A disadvantage of the known method of measuring the rate of infiltration is the inability to exclude inaccuracies due to inhomogeneity and stratification of the soil. The known measurement method is based on the assumption of a homogeneous soil in which the infiltrated water moves like a piston, evenly over the area defined by the infiltrometer.

V nehomogenní zemině si však vsakovaná voda hledá cesty menšího odporu, vytváří si kanálky a proudí zeminou paprskovitě. Dosáhnou- li některá paprskové proudy hladiny podzemní vody, znečistí ji dřívej než se předpokládá podle známého způsobu měření rychlosti infiltrace, nebol preferovanými paprskovitými dráhami proudí voda rychleji než homogenní zeminou. Ve výpočtu pohybu kontaminantu k hladině podzemní vody mohou vzniknout značné chyby.In nonhomogeneous soil, however, the infiltrated water looks for ways of less resistance, creates channels and flows radially through the soil. If some of the jet streams reach the groundwater level, they will contaminate it before the known method of measuring the infiltration rate, because the preferred jet paths flow faster than homogeneous soil. Significant errors may arise in calculating the movement of contaminants to groundwater levels.

Js také známý způsob měření rychlosti infiltrace vody do nenasycená zeminy, při němž se voda nebo pouze vlhkost zeminy označí pomocí injektoru v hlouboe 30 až 50 cm pod povrchem zeminy radioaktivním indikátorem a vsakovací pohyb označené vody nebo vlhkosti se sleduje detektorem záření, suvně uloženým na měrném kabelu v sondážní trubce.There is also a known method of measuring the rate of infiltration of water into unsaturated soil, wherein water or only soil moisture is labeled by an injector 30 to 50 cm below the soil surface with a radioactive indicator and the infiltration movement of the labeled water or moisture is monitored by a radiation detector cable in the sounding tube.

Nevýhodou druhého známého způsobu měření rychlosti infiltrace je Časová náročnost a nereprodukovatelnost výsledků měření. Způsob je vhodný pro měření rychlosti přirozené infiltrace, vodních srážek nebo tání sněhu, avšak zcela nevhodný např. pro zjišlo vání pohybu kontaminantů, kdy se požadují výsledky měření během několika hodin a nikoli během několika měsíců.A disadvantage of the second known method of measuring the rate of infiltration is the time consuming and non-reproducible measurement results. The method is suitable for measuring the rate of natural infiltration, rainfall or snow melting, but completely unsuitable, for example, for detecting the movement of contaminants where measurement results are required within a few hours rather than a few months.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob měření rychlosti infiltrace vody do nenasycené zeminy podle vynálezu, při němž se voda přivádí k povrchu zeminy po dávkách přes infiltrometr se soustředěnými válci, jehož podstata spočívá v tom, že do nenasycené zeminy pod infiltrometrem se zavede na hrotu uzavřená sondážní trubka, zvolená dávka vody se označí radioindikátorem a detektorem záření zapuštěným do sondážní trubky na měrném kabelu se sleduje v časových relacích vertikální pohyb označené dávky vody.The method of measuring the rate of infiltration of water into the unsaturated soil according to the invention, wherein the water is fed to the surface of the soil in portions through a concentric cylindrical infiltrometer, comprises introducing a closed probe tube into the unsaturated soil below the infiltrometer. the selected water dose is labeled with a radio-indicator and the vertical movement of the labeled water dose is monitored over time in the radiation detector embedded in the probe tube on the measuring cable.

Výhodou způsobu měření rychlosti infiltrace podle vynálezu je získání reprezentativních a reprodukovatelnýoh výsledků měření i v nehomogenních zeminách, za relativně krátký čas a a možností použít radiondikátor s krátkodobým poločasem rozpadu, vý⁴ 283 023 hodný z hlediska hygienického a ekologického. Výhody vyplývají z možnosti fyzicky sledovat pohyb infiltračního proudu v zemině, nikoliv pouze na něho usuzovat z infiltrace do povrchové vrstvy zeminy, a z využití infiltrometru, který výrazně urychluje infiltrační proud v zemině.An advantage of measuring the rate of infiltration of the invention is to obtain a representative reprodukovatelnýoh measurement results in nonhomogeneous soil, in a relatively short time and preventing the possibility to use radiondikátor short-lived, Vy ^4283023 good in terms of hygiene and environmental. Advantages arise from the ability to physically monitor the movement of the infiltration stream in the soil, not just to infer it from infiltration into the surface layer of the soil, and the use of an infiltrometer that significantly accelerates the infiltration flow in the soil.

Příklad způsobu měření rychlosti infiltrace podle vynálezu je popsán pomooí zařízení schematicky znázorněného na přiloženém výkresu, na obr. 1 a pomocí grafických výstupů z detektoru záření, znázorněných na obr. 2.An example of a method for measuring the rate of infiltration according to the invention is described by means of the device schematically shown in the attached drawing, in Fig. 1 and by means of the graphical outputs of the radiation detector shown in Fig. 2.

Při způsobu měření rychlosti infiltrace podle vynálezu se vpraví 20 cm pod povrch 2 zeminy 10 infiltrometr 8 s vnitřním válcem 11 a soustředným vnějším válcem 12. Do zeminy 10 pod vnitřní válec 11 infiltrometru g se zavede do hloubky 2 m duralová sondážní trubka £ o průměru 10 mm s uzávěrovým hrotem 13. Přes infiltrometr 8 se po dávkách přivádí k povrchu 2 zeminy 10 voda 14 tak, aby výšky hladin 15 vody 14 v obou soustředěných válcích 11» 12 byly přibližně stejné a nepřesáhly 3 cm. Voda 14 infiltrovaná do zeminy 10 z vnějšího válce 12 vytváří v zemině 10 proudnici 16, kterou infiltruje do zeminy 10 infiltračním proudem 17 voda 14 z vnitřního válce 11. Zvolená dávka vody 14 se označí radioaktiv~~ 131 ním indikátorem, jodidem sodným Na I, jehož poločas rozpadu je 8,04 dní. Pohyb radioindikátoru unášeného infiltračním proudem 17 se sleduje detektorem 2 záření, konkrétně Geiger-Mullerovým, který se zapouští do sondážní trubky £ na kabelu 2· Detektor 2 záření je kabelem 2 spojen přes přizpůsobovací člen 2 se spektrometriokou jednotkou 1. Podle Četnosti impulsů detekovaných detektorem 2 a podle hloubky zapuštění detektoru 2t měřené pomocí kabelu 2» byla zjištěna po dvou hodinách infiltrace první poloha 6 radioindikátoru v zemině 10 a po pěti hodinách jeho druhá poloha 2» ® ^to pomooí grafického výstupu ze spektrometrické jednotky 1, obr. 2. První graf 18 odpovídá první poloze 6 v čase t^ a druhý graf 19 druhé poloze 2 v čase tg. Vzdálenost H obou poloh 6,2 je mírou rychlosti v infiltrace, pro niž platí vztahIn the method of measuring the infiltration rate according to the invention, an infiltrrometer 8 with an inner cylinder 11 and a concentric outer cylinder 12 is introduced 20 cm below the surface 2 of the soil 10 with the inner cylinder 11 and the dural probe tube 10 having a diameter of 10 Water 14 is fed to the soil surface 2 in portions over the infiltrometer 8 so that the water level heights 15 in the two lumped cylinders 11, 12 are approximately equal and do not exceed 3 cm. The water 14 infiltrated into the soil 10 from the outer cylinder 12 forms a stream 16 in the soil 10, which infiltrates the soil 10 with an infiltration stream 17 of the water 14 from the inner cylinder 11. The selected dose of water 14 is labeled with radioactive indicator sodium iodide Na 1. whose half-life is 8.04 days. The movement of the radiolabel carried by the infiltration current 17 is monitored by a radiation detector 2, in particular a Geiger-Muller, which is inserted into the probe tube 6 on the cable 2. The radiation detector 2 is connected to the spectrometry unit 1 via cable 2. and according to the detecting depth of the detector 2t measured by the cable 2 », after two hours of infiltration, the first position 6 of the radio-indicator in soil 10 was detected and after five hours its second position 2» ^was measured by the graphical output from spectrometric unit 1. corresponds to the first position 6 at time tg and the second graph 19 to the second position 2 at time tg. The distance H of both positions 6.2 is a measure of the rate of infiltration to which the relationship applies

H .H.

V 33V 33

-¼ 263 025 kde R-q je retardační faktor zeminy 10, zjištěný pro použitý rádio· indikátor a zeminu 10 laboratorně z distribučního koeficientu póroví tosti a objemové hmotnosti zeminy 10. V konkrétním případě činil retardační faktor 1,1. Je-li vzdálenost H - 0,4 m, lze podle uvedeného vztahu vypočítat, že rychlost infiltrace v činí 4,07 . 105 ni · s’¹.263 025 where Rq is the soil retardation factor 10, ascertained for the radio indicator used, and the soil 10 laboratory from the distribution coefficient of porosity and soil density 10. In a particular case, the retardation factor was 1.1. If the distance H is 0.4 m, the infiltration rate v can be calculated to be 4.07. 105 ni · s' ¹ .

Pokud by se použil známý způsob zjišťování rychlosti infiltrace bez radioindikátoru, pouze pomocí infiltrometru, nebylo by možné vyloučit ohyby měření vznikající paprskovitým, nesouměrným infiltračním proudem 17« způsobeným preferenčními cestami v nehomogenní zemině 10.If the known method of determining the infiltration rate without a radio-indicator was used, only by means of an infiltrometer, it would not be possible to exclude measurement bends due to the radial, asymmetrical infiltration current 17 'caused by preferential paths in the inhomogeneous soil 10.

Způsobu podle vynálezu lze využít při výběru vhodné lokality pro skládku odpadů, pro stanovení velikosti ochranných pásem vodních zdrojů, pro zjištění poruch v povrchových vrstvách sypaných vodních hrází a násypů, při určování dovoleného množství aplikace umělých hnojiv apod.The method according to the invention can be used in the selection of a suitable landfill site, in the determination of the size of water protection zones, in the detection of defects in the surface layers of water dams and embankments, in the determination of the permissible amount of fertilizer application, etc.

Claims

Method for measuring the rate of infiltration of water into an unsaturated soil, wherein water is fed to the soil surface in portions through a concentric cylinder infiltrometer, characterized in that a closed probe tube is introduced into the unsaturated soil below the infiltrometer, the selected water dose is labeled with a radioactive indicator; By means of a radiation detector embedded in the sounding tube on the cable, the vertical movement of the indicated water dose is monitored over time periods.