การกระจายของน้ำใต้ดิน

ชั้นของน้ำใต้ผิวดินสามารถแบ่งออกได้เป็นสองส่วนด้วย เส้นระดับน้ำใต้ดิน (water table) เส้นระดับน้ำใต้ดินก็ คือ

จุดโฟกัส (ในกรณี unconfined material) ซึ่งความดันของน้ำใต้ผิวดินหรือเรียกว่า  hydrostatic pressure เท่ากับความดันของบรรยากาศ

(atmospheric pressure) ชั้นดินที่อยู่เหนือเส้นระดับน้ำใต้ดินเรียกว่า Vadose Zone เนื่องจากในชั้นดินนี้ช่องว่างระหว่าง

อนุภาคของดินประกอบด้วยอากาศและน้ำ จึงนิยมเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า aeration zone น้ำที่อยู่ในชั้นดินนี้ เรียกว่า vadose water หรือ

soil moisture ความหนาของชั้นดินชนิดนี้จะแปรผันไปตามลักษณะโครงสร้างทางธรณีของดิน กล่าวคือใน moisture ความหนาของ

ชั้นดินชนิดนี้จะแปรผันไปตามลักษณะโครงสร้างทางธรณีของดิน กล่าวคือในบริเวณบ่อ หนอง บึง ความหนาจะเท่ากับศูนย์และจะ

หนาเป็นหลายร้อยฟุตที่บริเวณอยู่เหนือระดับน้ำทะเลมากๆ เป็นต้น ถัดจาก aeration zone ลงมาหรือชั้นดินที่อยู่ใต้เส้น

ระดับน้ำใต้ดินเรียกว่า phreatic zone หรือ ground water zone เนื่องจากช่องว่างในระหว่างอนุภาคของดินจะเต็มไปด้วยน้ำ

จึงมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า saturation zone น้ำที่อยู่ในชั้นนี้ยิ่งลึกลงไปจะมี ปริมาณน้อยลงตามลำดับทั้งนี้เพราะช่องว่าง

ระหว่างอนุภาคดิน (pore space) จะมีขนาดเล็กลงเนื่องจากน้ำหนักดินที่อยู่ข้างบนกดทับลงมา

การเคลื่อนที่ของความชื้นในดิน (Movement of Soil Moisture)
           

เมื่อให้น้ำแก่พืชผิวดินหรือเมื่อมีฝนตกน้ำจะไหลซึมเข้าไปในช่องว่างระหว่างเม็ดดินและตามรอยแตกระแหง หรือรูโพรง

ที่เกิดจากการเน่าผุของรากพืช อันเนื่องจากการเตรียมดินการไหลซึมของน้ำจากผิวดินเข้าไปในดินนี้เรียกว่า การซึมผ่านผิวดิน

(infiltration) ซึ่งจะแตกต่างจากการซึมลึก ภายในดินหรือเรียกว่า percolatio

หลังจากที่น้ำไหลซึมผ่านผิวดินลงมาแล้ว ก็จะไหลต่อไปด้วยแรงดึงดูดของโลกตามช่องว่างขนาดใหญ่ของดิน และด้วยแรง

ดูดซับ (capillarity) ตามช่องว่างขนาดเล็กกว่าของดิน อัตราที่น้ำบนผิวดินไหลซึมเข้าไปในดินต่อหนึ่งหน่วยเวลาเรียกว่า infiltration rate

หรือ intake rate อัตราดังกล่าวนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายอย่างด้วยกัน เช่น ความลึกของน้ำที่ขังอยู่บนผิวดิน

ลักษณะโครงสร้างของดินเนื้อดินอุณหภูมิของน้ำและดินตลอดจนจำนวนความชื้นที่มีอยู่ในดินในตอนแรกที่มีการให้น้ำแก่ดิน

อัตราการซึมผ่านผิวดินจะสูง เนื่องจากผิวดินยังแห้งอยู่ จึงดูดซับเอาน้ำไว้อย่างรวดเร็ว นอกจากนั้นน้ำที่ขังอยู่บนผิวดิน

จึงลดลงอย่างรวดเร็ว แต่เมื่อการให้น้ำดำเนินต่อไป ดินชั้นบนจะเริ่มอิ่มตัว อัตราการซึมผ่านผิวดินจะค่อยๆ ลดลง และในที่สุด

ก็จะถึงจุดหนึ่งซึ่งอัตราการซึมผ่านผิวดินจะมีค่าเกือบคงที่ตลอดไปจนกว่าจะหยุดการให้น้ำค่าที่เกือบคงท ี่ดังกล่าวนี้จะประมาณเท่ากับ

ความสามารถให้น้ำซึมผ่านได้ (permeability) ของดินนั้นเอง

การเคลื่อนที่ของความชื้นหรือน้ำในดิน สามารถแสดงในรูปสมการ moisture potential ได้ดังต่อไปนี้

 

เมื่อ

q คือ การไหลหรือเคลื่อนที่ของน้ำต่อหนึ่งหน่วยเวลา

และผ่านหนึ่งหน่วยพื้นที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหล

x คือ ระยะทางวัดตามแนวทิศทางการไหล

Kw คือ ค่าการนำน้ำ (conductivity)

Λ คือ ค่าศักยภาพ (potential)

 

หลังจากที่น้ำที่ไหลด้วยแรงดึงดูดของโลกเคลื่อนตัวออกไปจากดินแล้ว ศักยภาพหลักที่เหลือก็คือ ศักยภาพดูดซึม

(capillary potential) การไหลจะมีทิศทางจากบริเวณที่มีศักยภาพสูงไปยังบริเวณที่มีศักยภาพต่ำ อัตราการไหลก็จะขึ้นอยู่กับ

ความแตกต่างของศักยภาพดังกล่าวด้วยซึ่งหากมีความแตกต่างมาก อัตราการไหลจะมากหรือเร็วและในทางตรงกันข้าม

หากความแตกต่างมีน้อย อัตราการไหลก็จะช้าหรือน้อยตามไปด้วย การนำน้ำ ค่าการนำน้ำจะสูงขึ้น หากมีปริมาณความชื้นในดิน

มากขึ้น และจะลดลงเมื่อขนาดช่องว่างในดินใหญ่ขึ้น การเคลื่อนที่ด้วยแรงดูดซึมของน้ำในดินจะมีอัตราช้าลงหากดินแล้งและจะ

มีค่าน้อยที่สุดในดินซึ่งมีเม็ดละเดียดมากหรือพวก fine grain นั้นเอง

การเคลื่อนที่ของน้ำใต้ดิน (Movement of Ground Water)

กฎของดาร์ซี (Darcy’s Law)

V   คือ ความเร็วของการไหล

S   คือ ความลาดเทของ hydraulic gradient

K   คือ ค่าสัมประสิทธิ์มีหน่วยเช่นเดียวกับความเร็ว

ประมาณการไหลของน้ำ q ก็คือ ( ผลคูณของความเร็ว (v) และพื้นที่หน้าตัดสุทธิ ) พื้นที่หน้าตัดสุทธิ (effective area) คือ

พื้นที่หน้าตัดทั้งหมด (gross area) คูณด้วยค่าของ porosity (p) ของตัวกลาง (media)

K เรียกว่าสัมประสิทธิ์ของความซึมผ่านได้ (coefficient of permeability) หรือความนำชลศาสตร์ (hydraulic conductivity)

ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของน้ำหรือของไหล และคุณสมบัติของตัวกลางที่ไหลผ่าน

K คือค่า intrinsic permeability  คือ specific weight ของน้ำหรือของของไหล

µ คือ absolute viscosity 

C เป็นแฟคเตอร์เกี่ยวกับรูปร่าง (shape) การเรียงตัว (packing)ความพรุน

และลักษณะอย่างอื่นของตัวกลาง

 d คือ ค่าเฉลี่ยของขนาดช่องว่างของตัวกลาง

ค่าสัมประสิทธิ์ของการผ่าน (transmissibility) คือผลคูณระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ของความซึมผ่านและความหนา y ของ aquifer

 

ถ้าให้ B เป็นความกว้างของ aquifer จะได้