Modeling Soil Shrinkage Curve across a Wide Range of Soil Types

Abstract

Knowledge about soil shrinkage improves the understanding and prediction of unsaturated hydraulic properties in nonrigid soils. Until now, there is no general model available, which is widely accepted and applied to quantify soil shrinkage curves. The objectives in this present paper are (i) to propose a new and simple model and to test it with a wide range of soil types; (ii) to mathematically distinguish the shrinkage zones; and (iii) to evaluate probable physical meaning of its parameters. The results show that the modified van Genuchten water retention curve model fits the data obtained from Reeve and Hall's six soils, Talsma's three soils and three Typic Chromexert' soils well and the correlation coefficients in the tested 12 soils are always higher than 0.995. The different shrinkage zones defined by the mathematical method agree well with actual soil shrinkage curve. The proportional shrinkage zone accounts for 30.9 to 79.9% of the total water loss and 63.5 to 93.9% of the total volume decrease, while the zero shrinkage zone only accounts for <2.7% of the total volume decrease. The α, n, and m parameters of the modified van Genuchten model control soil shrinkage curve.

The Research on the Effect of Water Content on Soil Shrinkage

“…The equation of soil shrinkage curve had been modified by Peng and Horn [3], which was first forwarded by van Genuchten as follows:…”

“…Peng and Horn [3] on the basis of Van Genuchten equation modified and got a Logistic model, which could integrally describe shrinkage curve, and make a quantitative distinction by operation of each shrinkage phase.…”

Physics of the soil medium organization part 2: pedostructure characterization through measurement and modeling of the soil moisture characteristic curves

“…However, other researchers (Voronin, 1980;Berezin et al, 1983) followed a thermodynamic-based approach for defining the relationships between the soil water potential and water content by using physiochemical parameters and variables. Several models were developed to define the known shrinkage phases (Figure 1) of the SSC termed structural, normal, basic and residual by identifying the inflection point of the assumed S-shape of the curve (McGarry and Malafant, 1987;Peng and Horn, 2005), transition points between the shrinkage phases which were named as: shrinkage limit point, air entry point, the macropore shrinkage limit point, and the maximum swelling point (e.g., Giráldez et al, 1983;McGarry and Daniells, 1987;McGarry and Malafant, 1987;Kim et al, 1992;Tariq and Durnford, 1993b;Braudeau et al, 1999), the curvature at the transition zones between the shrinkage phases (e.g., Olsen and Hauge, 1998;Peng and Horn, 2005), the slopes of the tangents of the transition points (Peng and Horn, 2005), and the slope of saturation line (Giráldez et al, 1983). Still, other studies (Groenevelt and Grant, 2002;Chertkov, 2003) used empirical coefficients and parameters to model the SSC.…”

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

“…tömörítő hatások, kapilláris folyadékáramlás) hatása elfedheti. További nehézséget okoz, hogy e kölcsönhatásokat jellemző mutatók értéke térben irányfüggő -anizotróp (PENG & HORN, 2005;. A talaj agyagásványai-nak duzzadása mind az adszorpciós, mind a kapilláris folyadékvisszatartó-képességet meghatározza (pl.…”

“…A pórusszerkezet duzzadás hatására bekövetkező változásait a hidrológiai modellszá-mításokban elsők között GERKE és VAN GENUCHTEN (1993) vette figyelembe -az akkor általánosan alkalmazott merev (nem duzzadó) közeget feltételező számítási eljárásoktól (classical rigid approach) eltérően. A duzzadási és zsugorodási folyamatok számszerűsíthetőek például a víztartó-képességet jellemző ötparaméteres van Genuchen-egyenlet inverzét képezve (PENG & HORN, 2005;. A normalizált effektív pórustérfogat és ahhoz rendelhető telítettség összefüggését leíró függvény eltérő mértékű porozitás-változással jellemezhető tartományokra oszthatóak fel (pl.…”