KSAT

Conducibilità idraulica satura in laboratorio

KSAT è l'unico sistema automatizzato di facile utilizzo per effettuare misure di conducibilità idraulica satura in laboratorio. E soprattutto è completamente integrato.

Conducibilità idraulica satura semplificata in laboratorio
Tutto completamente integrato. Elimina l'errore umano.
Facile da usare e conforme a ASTM D2434

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Panoramica / Caratteristiche

Evitare configurazioni complicate e minuziose

La conducibilità idraulica satura non è una misura facile da effettuare, soprattutto per la mancanza di uno strumento semplice da usare. Molte persone ricorrono a strumenti che sono complicati e complicati, oppure semplici e rozzi. Nessuno dei due si è rivelato efficace in termini di precisione o praticità, ed è per questo che abbiamo sviluppato il KSAT.

Conducibilità idraulica satura semplificata

Il sistema KSAT , conforme alla norma ASTM D2434, è l'unico strumento automatico di facile utilizzo per la misurazione della conducibilità idraulica satura in laboratorio. Nella sua forma più semplice, è uno strumento che utilizza sia il metodo a testa cadente (automatizzato) sia quello a testa costante (non automatizzato) su una carota di terreno. E soprattutto è completamente integrato, in modo da garantire un'ingegneria controllata dal software e completamente testata.

Integrazione: la chiave della convenienza

A differenza dei tipici aggeggi, KSAT viene fornito con tutto il necessario per effettuare una misurazione, il che significa che è possibile configurarlo direttamente dalla scatola. Questo tipo di integrazione consente inoltre a KSAT di occupare uno spazio minimo sul banco. Ma forse il suo più grande vantaggio è il fatto che, come parte del sistema LABROS , completa il sistema HYPROP. Sia il HYPROP che il KSAT possono utilizzare la stessa carota di terreno perché condividono anelli di campionamento compatibili. Ciò consente di effettuare misure di conducibilità idraulica satura e insatura e di generare una curva caratteristica di umidità del suolo per ottenere un quadro completo delle proprietà di un campione, semplificando entrambi i processi.

Misure di conducibilità idraulica satura di qualità superiore

Integrazione completa. Automazione semplice. Accuratezza migliorata. Il KSAT soddisfa tutte le esigenze di misurazione della conduttività idraulica satura in uno strumento compatto che consente di risparmiare tempo, fatica e preoccupazioni.

Facile e automatico

Essendo l'unico strumento automatico semplificato sul mercato, KSAT rende le misure molto più comode. Il software di facile utilizzo esegue tutti i calcoli, comprese le correzioni di temperatura basate sulla viscosità dell'acqua. Inoltre, non sarà più necessario cronometrare il deflusso, pesare i becher ed esprimere giudizi, il che si traduce in un notevole risparmio di tempo.

Un maggior grado di precisione

KSAT vanta un'ampia gamma di conducibilità di misura, da 5.000 a 0,01 cm/d. Inoltre, legge e memorizza automaticamente i dati sul computer tramite USB, riducendo così l'errore umano. Inoltre, poiché i dati sono corretti in base alla temperatura, la qualità dei dati è notevolmente migliorata e i risultati sono davvero affidabili.

Riassunto delle caratteristiche

Preciso
Conforme a ASTM D2434
Elimina l'errore umano
Calcola direttamente _Ksat
Correzioni di temperatura
Pacchetto completamente integrato
Ingombro ridotto
Automatizzato
Utilizza i metodi a testa costante e a testa cadente
Software facile da usare
Compatibile con HYPROP
Ampia gamma di conducibilità
Conforme a DIN 19683-9 e DIN 18130-1

Specifiche tecniche: SPECIFICHE TECNICHE

Specifiche di misura

Valori misurabili Ksat (min)

0,01 cm/d (0,004 in/d)

Valori misurabili Ksat (max)

5000 cm/d (196 in/d)

Conduttività idraulica (Ks) della piastra porosa

Ks = 14000 cm/d (5512 in/d)

Precisione del sensore di pressione

1 Pa (0,01 cm WC o 0,0001 psi)

Precisione del sensore di temperatura

0,2 °C (0,4 °F)

Imprecisione statistica tipica a parametri ambientali costanti e resistenza al flusso costante del terreno

circa il 2% (in pratica il 10%)

Anello di campionamento (adatto anche a HYPROP)

Volume: 250 ml (0,066 gal)
Altezza: 50 mm (2")
Diametro interno: 80 mm (3,15")
Con adattatore separato: 100 ml
anelli di campionamento possibili

Altro

GSA

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Assistenza / FAQ

HYPROP/KSAT Manuale dell'adattatore da 2 pollici

Manuale

PDF, 1.1MB

VIDEO: come raccogliere un campione per HYPROP, VARIOS e KSAT

Istruzioni

URL

Nota applicativa: Guarnizione KSAT

Istruzioni

PDF, 0,337 MB

KSAT Domande frequenti

Se la piastra porosa è contaminata da particelle di terreno, la sua conduttività cambia. Come posso risolvere il problema?: Di solito si può sciacquare con acqua pulita dal basso verso l'alto per eliminare le particelle di terra. Se la piastra porosa è sporca, provare a pulirla sotto l'acqua con una spazzola o nell'essiccatore sotto vuoto. Se ciò non bastasse, si consiglia di sostituire la piastra per eliminare le variazioni indesiderate di conduttività.

È meglio misurare la conducibilità satura in campo, poiché questa copre l'intero sistema di pori di un terreno? Come può un piccolo campione rappresentare le condizioni del campo?: È vero che i dati sul campo sono sempre migliori, ma molti ricercatori misurano ancora la conducibilità idraulica satura (_Ks) usando campioni di carota in laboratorio. Per garantire che le misurazioni effettuate con campioni di piccole dimensioni siano rappresentative delle condizioni del campo, è necessario disporre di più repliche che eliminino i percorsi aperti. Si consiglia di utilizzare cinque repliche per confrontare i risultati. Se uno o due hanno risultati di _Ks molto più alti degli altri, lasciate questi campioni fuori dalla media finale. Si consideri invece la media delle letture con livelli più bassi. I dati di conducibilità elevati possono derivare da percorsi aperti (pori), che sono il risultato del taglio di un campione di carota, ma che sono più o meno passivi sul campo.

Perché la curva di caduta adattata non corrisponde ai miei dati?: There can be a variety of reasons for this:

1. If your sample is not mounted properly, the base might not be tightly sealed. If this is the case, the water pressure will not approximate the value of zero hPa at the end, but tends to go to a negative value. To solve this problem, ensure that your sample is re-mounted properly. NOTE: In the early releases of KSAT, a bottom plate was used that sometimes failed to provide a tight-sealed connection to the sample, particularly if steel cylinders were scratched or dirty. The plates were replaced in the summer of 2015 by new plates with a soft, rubber sealing. Only these new ones should be used to ensure a tight connection between the sample and the dome.

2. In some soils, particularly soils with a loamy texture, almost all water passes through a very small part of the soil sample (for instance, through macropores). Water flow in these macropores becomes turbulent if the pressure gradient becomes too large. In that case, the water flow is no longer proportional to the pressure gradient, and consequently the change of the hydraulic head with time is not exponential, invalidating Darcy’s law. KSAT is a precision measurement device which shows you this by a misfit of the exponential function: the fitted function will be less curved than the data. Also, you will notice in such a case that the calculated conductivity becomes larger as the size of the pressure head decreases. Under very small gradients, flow might still be laminar. To remedy this, repeat your measurement with a small gradient (for instance, an initial pressure head < 5 cm).

3. Soils are fragile, porous systems, and their permeability might change during the measurement process. There are different directions and reasons for this: If flow takes place primarily through macropores, these might erode during the measurement process, increasing conductivity. This will lead to a result similar to the previous case, with the difference being that the effect (increasing conductivity) is lasting. Due to preferential flow through macropores, these can become sealed by sediment particles. In this case, conductivity will decrease during the measurement process. You will see this again by an apparent misfit of the exponential function, but in this case, the fitted exponential curve will be more curved than the data. 4. The offset of your pressure transducer might not be equal to zero. The reason for that can be that you have a temperature drift (if not all components of the measurement, i.e., KSAT, used liquid, and soil samples were equilibrated at the same temperature). To solve this problem, equilibrate all components to the same temperature, and perform the offset recalibration before the measurement.

Perché il livello dell'acqua nella buretta non scende a zero, ma rimane a un valore positivo?: È possibile che vi sia aria nel tubo di collegamento tra la buretta e il tubo. Per rimuoverla, riempire d'acqua la buretta fino a 20 cm di altezza e aprire rapidamente la valvola della cupola aperta. L'acqua scatterà attraverso il tubo e trascinerà con sé l'aria presente.

Il rilevamento automatico dell'inizio della misurazione non funziona. Qual è il motivo e cosa posso fare?: KSAT rileva automaticamente l'inizio di una misurazione attraverso un salto di pressione positivo nel segnale. Esistono alcuni possibili motivi e soluzioni di coordinamento per cui il rilevamento automatico non funziona:

1. L'apertura della valvola è troppo lenta. In questo caso, l'aumento della pressione sarà troppo graduale e non verrà riconosciuto. Per risolvere questo problema, aprire la valvola con una rapida rotazione della leva.
2. Il trasduttore di pressione potrebbe non reagire istantaneamente a causa di stratificazioni o sedimentazioni. In tal caso, pulire il sito KSAT.
3. Il trasduttore di pressione è difettoso. In questo caso, inviare KSAT a METER.

*In ogni caso, è SEMPRE possibile avviare manualmente la misurazione premendo il pulsante "Riavvia manualmente". Questa soluzione è adatta anche se si desidera avviare una misurazione KSAT "in corsa", ad esempio se la valvola di collegamento alla buretta è già aperta (intenzionalmente o accidentalmente) quando si desidera avviare la misurazione.

Quale fluido devo usare per i miei esperimenti?: Non utilizzare acqua distillata! Nei terreni sabbiosi, la composizione ionica dell'acqua non ha grandi conseguenze, ma nei terreni a tessitura fine, l'ampiezza del doppio strato elettrico sarà notevolmente influenzata dalla forza ionica e dalla composizione ionica dell'acqua. Inoltre, l'uso di acqua con anioni monovalenti dell'acqua distillata può disperdere il campione, riducendo così la sua conduttività satura. In generale, si raccomanda di utilizzare acqua con una composizione ionica simile a quella del terreno in esame; tuttavia, conoscere la composizione ionica di un'acqua non è sempre facile. In pratica, nella maggior parte dei casi si utilizza acqua di rubinetto standard, ed è bene che sia possibile specificare la forza ionica. Per alcune indagini, in particolare con terreni che possono subire dispersioni, è consigliabile utilizzare una soluzione elettrolitica con cationi bivalenti, ad esempio una soluzione allo 0,01 molare con calcio come catione. Utilizzare SEMPRE acqua alla stessa temperatura dell'ambiente di laboratorio in cui si eseguono le misure.

L'acqua che esce dal tubo di scarico non è limpida. È un problema?: La testina di pressione applicata è troppo alta per il campione, con conseguente erosione e distruzione del campione. Il trasduttore di pressione dello strumento è sufficientemente preciso per lavorare con teste di pressione minime. Regolate la testa di pressione in modo che sia compresa tra 2 e 5 cm. Inoltre, di solito i risultati migliori si ottengono con teste di pressione piccole.

Non succede nulla quando apro la valvola di connessione. Il mio campione è impermeabile?: KSAT è in grado di registrare anche tassi di percolazione estremamente ridotti. Se si è selezionato "Auto" per la frequenza di campionamento, un punto dati verrà visualizzato solo se viene registrata una differenza minima di pressione (l'impostazione predefinita è 0,1 cm). Per visualizzare un maggior numero di punti, è possibile procedere come segue:

1. Selezionare una differenza minima di pressione (fino a 0,01 cm).

2. Selezionare un intervallo di tempo costante invece della modalità automatica.

3. Aumentare la pressione iniziale. Si consiglia sempre di iniziare le misurazioni con una differenza di pressione non superiore a circa 5 cm per ridurre al minimo il rischio di erodere o distruggere il campione durante la misurazione. Tuttavia, se il campione è ovviamente stabile, si può aumentare fino a 20 cm.

4. Se le conduttività sono così basse che anche le misure con 20 cm di differenza di pressione iniziale appaiono estremamente lente, utilizzare la modalità di estensione della buretta per accelerare nuovamente la misura di un fattore 50. A tal fine, riempire la buretta di liquido e di acqua. A tale scopo, riempire completamente la buretta fino alla sommità del tubo con il tubo a prevalenza costante. Il sistema KSAT rileverà automaticamente che l'acqua viene erogata dal tubo stretto anziché dalla buretta larga e calcolerà il valore di conducibilità corretto.

È necessario attendere il raggiungimento del tempo di misurazione definito?: È possibile interrompere la misurazione prima del raggiungimento del tempo di misurazione definito se sono soddisfatti i seguenti parametri:

- la curva di adattamento si adatta ai valori di misura
- ^r2 è sufficientemente alto (vicino a 1)
- sono già stati rilevati abbastanza valori di misura (> 10)
- il valore _Ks è costante

Non posso misurare la conduttività perché tutta l'acqua passa attraverso il campione prima ancora che inizi la misurazione automatica.: Il limite superiore della gamma di conduttività misurabili con KSAT è di circa 5000 cm/d. In questo caso, il livello iniziale dell'acqua attraversa il campione in circa 5 secondi, un tempo prossimo alla risoluzione temporale dell'acquisizione dei dati di KSAT . Per risolvere questo problema di misurazione, è possibile utilizzare il pulsante "riavvia misura" per avviare manualmente la registrazione dei dati subito dopo l'apertura della valvola. In questo modo si può accelerare leggermente la registrazione dei primi dati.

Perché la curva di caduta adattata non corrisponde ai dati di KSAT ?: There can be a variety of reasons for this:

1. If your sample is not mounted properly, it might be not tightly sealed at its base. If this is the case, the water pressure will not approximate the value of zero hPa at the end but will tend to go to a negative value. Solution: Remount the sample properly.
NOTE: In KSAT early releases, a bottom plate was used that sometimes failed to provide a tightly sealed connection to the sample, particularly if steel cylinders were scratched or dirty. The plate was replaced in summer 2015 by a new plate with a soft rubber seal. Only this updated plate should be used to ensure a tight connection between sample and dome.

2. In some soils, particularly of loamy texture, almost all water passes through a very small part of the soil sample (i.e., through macropores). Water flow in these macropores becomes turbulent if the pressure gradient becomes too large. If this is the case, the water flow is no longer proportional to the pressure gradient. Consequently, the change of the hydraulic head with time is not exponential, and Darcy’s law is not valid. If this is the case, the exponential function will not fit the data: the fitted function will be less curved than the experimental results. Also, you will notice in such cases that the smaller pressure heads give a larger calculated conductivity. Solution: Under very small gradients, flow still might be laminar. So, repeat the measurement with a small gradient (i.e., an initial pressure head < 5 cm).

3. Soils are fragile porous systems, and their permeability might change during the measurement process. There are different reasons for this:
a. If flow takes place primarily through macropores, these might erode during the measurement process (i.e., conductivity increases). This will lead to a result similar to #2, however, the effect (increasing conductivity) will be lasting.
b. Due to preferential flow, macropores can become sealed by sediment particles. In this case, conductivity will decrease during the measurement process. This will be indicated by an apparent misfit of the exponential function, but in this case, the fitted exponential curve will be more curved than the data.

4. The offset of your pressure transducer might not be equal to zero. You may have a temperature drift if all components of the measurement (i.e., KSAT, used liquid, and soil samples) were not equilibrated at the same temperature. Solution: Equilibrate all components to the same temperature, and perform the offset recalibration before the measurement.

La cosa migliore è misurare la conducibilità idraulica satura sul campo, poiché questa copre l'intero sistema di pori di un terreno. Come si può misurare _Ks (_Kf) solo con una carota di terreno?: Molti istituti di ricerca misurano ancora il _Ks (_Kf) con campioni, ma i dati sul campo sono sempre migliori. Se si utilizza una carota di terreno, è necessario avere cinque repliche per essere sicuri che le vie aperte non falsifichino il risultato. Confrontare i risultati. Se uno o due hanno risultati di _Ks molto più alti, non fare la media di quelli, ma fare la media solo delle letture con valori più bassi. I dati di conducibilità elevati possono derivare da percorsi aperti (pori), che sono stati tagliati sulla parte superiore e inferiore della carota di terreno, ma che sono più o meno passivi sul campo.

Come fa KSAT a calcolare la correzione della temperatura per ottenere la conduttività satura alla temperatura di riferimento specificata?: KSAT utilizza la dipendenza dalla temperatura della viscosità dell'acqua per ricalcolare la conduttività di riferimento (alla temperatura di riferimento specificata) dal valore misurato (alla temperatura di funzionamento misurata). I dettagli sono specificati a pagina 11 del manuale operativo di KSAT (disponibile in formato pdf dal menu Help del software KSAT ).

Saturare significa che tutti i pori del terreno sono pieni d'acqua?: No! Ma non è così nemmeno sul campo.

Non posso misurare la conduttività perché tutta l'acqua passa attraverso il campione prima ancora che inizi la misurazione automatica.: Il limite superiore dell'intervallo di conducibilità misurabile con KSAT è di circa 10000 cm/d. In questo caso, il livello iniziale dell'acqua attraversa il campione in circa 5 secondi, un tempo prossimo alla risoluzione temporale dell'acquisizione dei dati KSAT . Si può provare a utilizzare il pulsante Riavvia misura per avviare manualmente la registrazione dei dati subito dopo l'apertura della valvola. In questo modo si può accelerare leggermente la registrazione del primo punto dati e contribuire a spingere il limite superiore di misurazione leggermente più in alto.

Quando finisce la mia misurazione?: La misurazione termina automaticamente se viene raggiunta una pressione totale minima (parametro H_end_abs) o una pressione relativa minima (parametro H_end_rel), che è correlata alla pressione iniziale. L'impostazione predefinita prevede che l'acqua percoli finché il livello non scende al 25% del valore iniziale. È possibile modificare questa impostazione nel menu dei parametri. I valori predefiniti sono molto conservativi. Spesso le misure possono essere interrotte molto prima. È possibile farlo in qualsiasi momento premendo Interrompi misura. Come regola generale, la misurazione può essere interrotta:

a) se la conduttività calcolata diventa un valore stabile. Ciò significa che è stato registrato un numero sufficiente di dati misurati (> 10) e che il segnale mostra una tendenza chiara, e

b) se ^r2 è sufficientemente alto (^r2 > 0,999).

Per i campioni a bassa permeabilità, una diminuzione di 1 cm di pressione è normalmente sufficiente per interrompere la misura. Ad esempio, un campione con una conducibilità di 2 cm/d impiegherà circa 8 ore per raggiungere 0,25 della pressione iniziale. In pratica, si può iniziare con 20 cm di prevalenza iniziale e fermarsi quando si raggiungono 19,5 cm (manualmente o impostando H_end_rel = 0,975), il che avviene dopo circa 15 minuti.

Posso visualizzare i miei dati all'esterno?: Sì. Tutti i dati e i parametri vengono scritti in un file ASCII in formato csv. È possibile utilizzare questi dati per visualizzare nuovamente la misura e la curva adattata con il proprio software di visualizzazione.

Risorse / Pubblicazioni

Link alle risorse

Pubblicazioni selezionate

Di seguito sono elencati alcuni esempi di pubblicazioni citate per il sito KSAT. L'elenco non è esaustivo.

2020

Fontanet, Mireia, Elia Scudiero, Todd H. Skaggs, Daniel Fernàndez-Garcia, Francesc Ferrer, Gema Rodrigo e Joaquim Bellvert. "Zone di gestione dinamica per la programmazione dell'irrigazione". Agricultural Water Management 238 (2020): 106207.(Link all'articolo).
Jackisch, Conrad, Kai Germer, Thomas Graeff, Ines Andrä, Katrin Schulz, Marcus Schiedung, Jaqueline Haller-Jans et al. "Umidità del suolo e potenziale matriciale: un confronto in campo aperto tra sistemi di sensori". Earth System Science Data 12, n. 1 (2020).(Link all'articolo).

2016

Imukova, K.; Ingwersen, J.; Hevart, M.; Streck, T. (2016): Chiusura del bilancio energetico su un popolamento di grano invernale - Confronto tra la tecnica dell'eddy covariance e il metodo del bilancio idrico del suolo. Biogeosciences 13 (1): 63-75.
Robinson, D. A.; Jones, S. B.; Lebron, I.; Reinsch, S.; Dominguez, M. T.; Smith, A. R.; Jones, D. L.; Marshall, M. R.; Emmett, B. A. (2016): Evidenza sperimentale di stati stabili alternativi di umidità del suolo indotti dalla siccità. Rapporti scientifici 6: 20018.
Sprenger, M.; Seeger, S.; Blume, T.; Weiler, M. (2016): Tempi di percorrenza nella zona vadosa - Variabilità nello spazio e nel tempo.

2015

(2015): 2015 ASABE Annual International Meeting.
Pilon, J. (2015): Caratterizzazione delle proprietà fisiche e idrauliche della torba impattata da una strada di accesso temporaneo.(Link all'articolo)
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Eibisch, N.; Durner, W.; Bechtold, M.; Fuß, R.; Mikutta, R.; Woche, S. K.; Helfrich, M. (2015): L'idrorepellenza di piroci e idrocarburi contrasta i loro effetti positivi sulle proprietà idrauliche del suolo? Geoderma 245-246: 31-39.
Martínez Pérez, S.; Sastre Merlín, A.; Bienes Allas, R. (2015): Estudios en la Zona no Saturada - Vol. XII : trabajos presentados en las XII Jornadas de Investigación en la Zona No Saturada del Suelo, Alcalá de Henares, 18-20 noviembre de 2015. Universidad de Alcalá, Servicio de Publicaciones. Alcalá de Henares.(Link all'articolo)
Thompson, A. R.; Stotler, R. L.; Macpherson, G. L.; Liu, G. (2015): Studio di laboratorio di basse portate sui processi di intasamento per l'applicazione a pozzi di iniezione di piccolo diametro. Water Resour Manage (Gestione delle risorse idriche) 29 (14): 5171-5184.
Wanger, M. M.; Fox, G. A.; Wilson, G. V. (2015): Pipeflow Experiments to Quantify Pore-Water Pressure Buildup due to Pipe Clogging - In: 2015 ASABE Annual International Meeting 2015: 1.(Link articolo)
Litaor, M. I.; Meir-Dinar, N.; Castro, B.; Azaizeh, H.; Rytwo, G.; Levi, N.; Levi, M.; MarChaim, U. (2015): Trattamento delle acque reflue di cantina con sistema mobile a celle aerate. Nanotecnologia ambientale, monitoraggio e gestione 4: 17-26.

2014

Thompson, A. R. (2014): Effetto della portata sui processi di intasamento in pozzi di iniezione di piccolo diametro per lo stoccaggio e il recupero degli acquiferi.

2012

Durner, W.; Iden, S. C. (2012): Skript Bodenphysikalische Versuche Im Rahmen der Veranstaltung "Bodenkundliches Laborpraktikum" für Studierende der Geoökologie.

2009

Hartge, K. H.; Horn, R. (2009): L'analisi fisiologica di Böden. E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nagele u. Obermiller). Stoccarda.

2002

Coughlan, K.; Cresswell, H.; McKenzie, N. (2002): Misurazione e interpretazione fisica del suolo per la valutazione del territorio. CSIRO PUBLISHING.(Link all'articolo)

1999

Dirksen, C. (1999): Misure di fisica del suolo. Catena-Verl. Reiskirchen.: 2015 8th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar (IWAGPR).
Leger, E.; Saintenoy, A.; Tucholka, P.; Coquet, Y.: Invertire i dati GPR di superficie per stimare le curve di ritenzione idrica di bagnatura e drenaggio in laboratorio - In: 2015 8th International Workshop: 1-5.(Link articolo)
Darcy, H.: Les fontaines publiques de la ville de Dijon.... Dalmont. Parigi.(Link all'articolo)