กระบวนการซึมลงดิน ( Infiltration Process )

กระบวนการซึมลงดินเริ่มต้นขึ้นเมื่อมีน้ำตกลงสู่ผิวดินน้ำจะซึมผ่านผิวดินและแพร่ลงไปในดินตามแรงดึงความชื้น

จนกระทั่งดินอิ่มตัวด้วยน้ำ จากนั้นแรงดึงดูดของโลกจะทำให้น้ำไหลลึกซึมลงไปในดิน สามารถพิจารณาแยก

ปริมาณความชื้นในดินได้เป็น 4 ส่วน คือ

1.   ส่วนที่อิ่มตัวด้วยน้ำ (saturation zone) ซึ่งเป็นส่วนที่อยู่ใกล้กับผิวดิน

2.   ส่วนที่น้ำแพร่ผ่าน (transmission zone) เป็นส่วนที่น้ำไหลผ่านชั้นดิน ขณะที่ดินยังไม่อิ่มตัวโดยปริมาณความชื้น

ตลอดหน้าตัดใกล้เคียงกัน

3.   ส่วนที่กำลังเปียก (wetting zone) เป็นส่วนที่ความชื้นกำลังเพิ่มขึ้นโดยในชั้นดินที่ลึกลงไปจะมีความชื้นน้อย

4.   หน้าตัดที่กำลังเปียก (wetting front) เป็นหน้าตัดที่เริ่มเปียกน้ำและกำลังมีการเปลี่ยนความชื้นอย่างรวดเร็ว

ซึ่งบริเวณนี้ ดินจะมีความชื้นแตกต่างกันมาก จนสามารถแยกระหว่างดินเปียกกับดินแห้งได้อย่างชัดเจน

 

 

สิ่งที่มีอิทธิพลต่ออัตราการซึมของน้ำผ่านผิวดิน

          วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาด้านการซึมลงดิน คือการหาค่าอัตราการซึมลงดิน ณ เวลาต่างๆ การเปลี่ยนแปลง

อัตราการซึมนั้นเป็นผลจากทั้งอิทธิพลของแรงดึงดูดของโลก (gravity force) และ แรงดันหรือแรงดึงน้ำ (pressure force)

โดยสิ่งที่มีผลต่อการซึมลงดินสามารถสรุปได้ ดังนี้ (1) อัตราการตกของน้ำฝน น้ำชลประทาน หรือความลึกของน้ำที่ขังบนผิวดิน

(2) ความสามารถในการน้ำน้ำของดิน (3) ปริมาณความชื้นในดินขณะเริ่มต้น (4) ความลาดชันและความขรุขระของผิวดิน

(5) คุณสมบัติทางเคมีของดิน (6) คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของน้ำ

 

(ก) สภาพน้ำที่ผิวดินและปริมาณน้ำที่ตกลงบนผิวดิน

                อัตราการซึมลงดินนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง สภาพนน้ำที่ผิวดินและปริมาณน้ำที่ตกลงบนผิวดินจะเป็น

ตัวหนึ่งที่กำหนดว่าน้ำจะซึมลงดินอย่างไร ซึ่งแบ่งได้เป็น 3 ลักษณะ ดังสรุปในตาราง

 

อัตราการซึมในสภาพน้ำที่ตกลงบนผิวดินต่างๆ

1.   สภาพที่ไม่มีน้ำขังที่ผิว (no ponding)                 ในสภาพที่ไม่มีน้ำขังอยู่บนผิวดิน   ซึ่งเป็นช่วงที่ฝนเริ่มตกหรือช่วงเริ่มให้น้ำชลประทานอัตราการซึม ลงดินจะเท่ากับอัตราการให้น้ำที่ผิวดิน [ ] แต่จะมีปริมาณไม่เกินอัตราการซึมลงดินสูงสุด [ ] หากอัตราที่น้ำตกลงผิวดินมากกว่าอัตราการซึมลงดินสูงสุดแล้ว น้ำก็จะเริ่มขังที่ผิวดิน 2.   สภาพมีน้ำขังที่ผิวดิน (saturation from above)                 ในสภาพที่มีน้ำขังอยู่บนผิวดิน  อัตราการซึมลงดินจะเท่ากับการซึมลงดินสูงสุด [ ] แต่จะมีปริมาณไม่เกินอัตราการตกของน้ำที่ผิวดิน [ ]หากอัตราที่น้ำตกลงผิวดินน้อยกว่า อัตราการซึมลงดินสูงสุดแล้ว น้ำก็จะซึมลงดินจนกระทั่งไม่มีน้ำขังบนผิวดิน การซึมลงดินจะเปลี่ยนกลับ เป็นสภาพแรก 3.   สภาพดินด้านล่างอิ่มตัวด้วยน้ำ (saturation from below)                 หากดินชั้นล่างลึกลงไปอิ่มตัวด้วยน้ำแล้ว ไม่ว่าจะมีน้ำขังบนผิวดินหรือไม่  จะไม่มีการซึมลงดิน อีกต่อไป [ ]

:   อัตราการซึมลงดิน (infiltration rate)     :   อัตราการตกของน้ำที่ผิวดิน (water-input rate) ซึ่งอาจเป็นน้ำฝนหรือน้ำชลประทาน    :    อัตราการซึมลงดินสูงสุด (infiltration capacity) ค่า นี้จะมีค่ามากในช่วงแรก เนื่องจากเมื่อฝนเริ่มตก ในขณะที่ดินแห้ง แรงดึงความชื้นจะมีค่ามาก แต่เมื่อเวลาผ่านไปค่า นี้จะลดลงและคงที่ โดยจะมีค่าใกล้เคียงกับ hydraulic conductivity ของดินอิ่มตัวด้วยน้ำ      :   ความลึกของน้ำที่ขังเหนือผิวดิน (depth of ponding)

 

(ข) ความสามารถในการนำน้ำของดิน (Hydraulic Conductivity)

 

 

                อัตราการซึมลงดินสูงสุด (infiltration capacity) มีค่าลดลงตามระยะเวลา โดยลดลงถึงค่าต่ำสุดและคงที่

โดยค่าต่ำสุดนี้จะใกล้เคียงกับ hydraulic conductivity ของดินอิ่มตัวด้วยน้ำ โดยค่าของ hydraulic conductivity นั้นจะขึ้นอยู่กับ

เนื้อดินเป็นหลัก ถึงกระนั้นยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ทำให้อัตราการซึมมากหรือน้อยกว่านี้ อาทิ

-  ชั้นอินทรียวัตถุที่ผิวดิน เช่น ซากใบไม้ ฮิวมัส ซึ่งอาจรวมถึงการชอนไชดินของรากพืช ไส้เดือนและแมลงในดิน

จะช่วยให้ดินมีช่องว่างมากขึ้น จึงทำให้ดินนำน้ำได้ดีขึ้น

-  ผิวดินที่แข็งตัวเนื่องจากอากาศเย็นจัด เมื่ออากาศเย็นจัดจะทำให้น้ำในดินแข็งตัวบริเวณผิวซึ่งจะปิดกั้น

ไม่ให้น้ำซึมลงดินได้

-  การบวม หรือหดตัวของดิน เมื่อความชื้นในดินเปลี่ยนไป ดินบางชนิดที่ มีดินเหนียวเป็นส่วนประกอบจะมี

คุณสมบัติบวมเมื่อเปียกน้ำและหดตัวเมื่อแห้ง คุณสมบัตินี้จะส่งผลทำให้การซึมลงดินในพื้นที่เดียวกัน

เกิดการเปลี่ยนแปลงไปได้ตามฤดูกาล โดยในฤดูฝนขณะดินเปียกการซึมลงดินจะมีค่าน้อย ในขณะที่ในฤดูแล้ง

เมื่อดินแห้งและหดตัวจะทำให้เกิดรอยแตกซึ่งการซึมลงดินจะมาก

-  การที่ตกตะกอนดินถูกชะลงมาอุดตันช่องว่างในดิน ขณะที่ฝนตกตะกอนขนาดเล็กๆ จะถูกชะล้างและพัดพาลงมา

ในช่องว่างระหว่างดิน ซึ่งจะทำให้การซึมลดลง

-  ผลจากการกระทำของมนุษย์ เช่น ผิวถนนหรือคอนกรีต ล้วนแต่เป็นตัวที่ทำให้อัตราการซึมลดลง รวมถึง

การทำการเกษตรแม้ว่าการพรวนดินจะช่วยให้การซึมลงดินดีขึ้นเป็นการชั่วคราว แต่ในระยะยาว การใช้เครื่องจักร

และสารเคมีในการเกษตร มีผลทำให้ดินแน่นขึ้นและลดการซึมลงดิน

 

(ค) ปริมาณความชื้นในช่องว่างเม็ดดิน

                แม้ว่า เมื่อปริมาณความชื้นในดินเพิ่มขึ้นจะทำให้ค่า hydraulic conductivity เพิ่มขึ้นตาม แต่ในทางตรงข้ามจะมีผล

ทำให้แรงดึงความชื้นในดินลดลงเมื่อพิจารณาผลรวมของแรงทั้งสองแล้วเมื่อความชื้นในดินเพิ่มขึ้นการซึมลงดินจะลดลง

ในกรณีที่สภาพดินชั้นล่างมีชั้นน้ำใต้ดินตื้นหรือมีน้ำใต้ดินไหลมาเพิ่มจากพื้นที่อื่นจะมีผลให้ชั้นดินที่อิ่มตัวด้วยน้ำ

สูงขึ้นมาใกล้ผิวดิน จนทำให้น้ำไม่สามารถซึมลงได้อีก

 

(ง) ความลาดชันและความขรุขระของผิวดิน

                ความลาดชันและความขรุขระของผิวดินมีอิทธิพลต่อการเกิดน้ำขังบนผิวดิน ในสภาพผิวดินที่ไม่มีน้ำขัง

อัตราการซึมลงดินจะขึ้นอยู่กับอัตราการตกของน้ำที่ผิวดิน ซึ่งจะมีอัตราการซึมต่ำกว่ากรณีที่มีน้ำขังบนผิวดินในพื้นที่

ซึ่งมีการซึมลงดินจะขึ้นอยู่กับอัตราการตกของน้ำที่ผิวดินซึ่งจะมีอัตราการซึมต่ำกว่ากรณีที่มีน้ำขังบนผิวดินในพื้นที่

ซึ่งมีความลาดชันสูงและไม่มีสิ่งปกคลุมจะมีปริมาณน้ำผิวดินมากและไหลอย่างรวดเร็ว ในทางตรงข้าม จะมีปริมาณน้ำ

ที่ซึมลงดินน้อย

 

(จ) คุณสมบัติทางเคมีของดิน

                สารอินทรีย์วัตถุบางชนิดในดินมีลักษณะเป็นมัน เมื่อสัมผัสกับน้ำ จะยึดน้ำไว้ที่ผิวแทนที่จะปล่อยให้น้ำ

แทรกลงไปตามช่องว่างของดิน กระบวนการลักษณะนี้ มีอิทธิพลต่อการซึมไม่มากนักในพื้นที่ป่าธรรมชาติ

แต่ในกรณีที่เกิดไฟป่า พื้นที่เปลี่ยนสภาพเป็นดินโล่งทำให้สารเหล่านี้ขึ้นมาสะสมบริเวณผิวดินซึ่งมีผลทำให้

อัตราการซึมลงดินลดลงอย่างมาก

 

(ฉ) คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของน้ำ

                คุณสมบัติของน้ำทั้งในด้านแรงดึงผิว (surface tension) ความหนาแน่น (density) ความหนืด(viscosity)

ล้วนแล้วแต่มีอิทธิพลต่อการไหลของน้ำในดิน ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง

ความหนืดของน้ำซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำมากๆ มีผลให้อัตราการซึมลงดินลดลง