Improvements to the calculation of actual evaporation from bare soil surfaces: Fid-Bau Portal

Improvements to the calculation of actual evaporation from bare soil surfaces

Tran, Dat T.Q

L’évaporation de l’eau libre présente en grande quantité à la surface d’un sol saturé est appelée « évaporation potentielle (PE) » et les mécanismes physiques associés à ce phénomène sont bien connus. En revanche, ceux associés à l’évaporation de l’eau à la surface d’un sol non saturé, ou « évaporation réelle (AE) », sont plus complexes et moins bien connus. Le calcul de l’évaporation réelle est important dans de nombreuses applications en géotechnique appliquée. La succion du sol et la teneur en eau correspondante, à partir de laquelle le taux d’AE commence à s’écarter du taux de PE durant le processus de dessèchement du sol, sont réévaluées à l’aide d’une série d’essais en laboratoire (c.-à-d. des essais de dessèchement de fines sections de sol et des essais de dessèchement de colonnes de sol). Les résultats de ces essais montrent que la valeur de succion à partir de laquelle le taux d’AE commence à s’écarter du taux de PE dans le cas des colonnes de sol (ou des couches épaisses de sol) peut être différente cette même valeur dans le cas de couches fines de sol. La succion au « point de fléchissement du taux d’évaporation » (PFTE) est approximativement égale à 3000 kPa dans le cas des fines couches de sol, mais elle est comprise entre les valeurs de la charge capillaire critique et de succion résiduelle du sol associées aux couches épaisses de sol ou aux colonnes de sol. Les analyses décrites dans le présent article ont permis de mettre au point une méthode d’estimation de la succion correspondant au PFTE associé aux colonnes de sol. Des équations sont également proposées, qui permettent de calculer le coefficient de disponibilité de l’humidité superficielle, la pression de vapeur et la « résistance de surface » à la surface du sol. Cet article fournit également une équation (c.-à-d. une nouvelle équation décrivant les flux d’humidité entre le sol et l’atmosphère) permettant de prédire le taux d’évaporation à la surface d’un sol à l’aide de la « résistance de surface » à la diffusion de la vapeur d’eau depuis le sol vers l’atmosphère. Le modèle sol–atmosphère proposé est vérifié à l’aide des valeurs du taux d’évaporation obtenues lors de différents essais de dessèchement réalisés sur de fines couches de sol et sur des colonnes de sol. On a constaté une assez bonne concordance entre les taux d’évaporation calculés et ceux mesurés. Les observations et recommandations présentées dans cet article permettent de mieux comprendre comment l’AE à la surface de sols non saturés est prédite. [Traduit par la Rédaction]

Evaporation of water from a saturated soil surface with ample free water is known as potential evaporation, PE, and the associated physical processes are quite well understood. However, evaporation of water from an unsaturated soil surface is known as actual evaporation, AE, and the associated physical processes are more complex and less understood. The calculation of actual evaporation is important for many geotechnical engineering applications. Soil suction and the corresponding water content at which the AE rate begins to depart from the PE rate during a drying process are re-assessed using a series of laboratory tests (i.e., thin soil section drying tests and soil column drying tests). Laboratory results show that the suction at which the actual rate of evaporation begins to depart from the PE rate for soil columns (or thick soil layers) may be different than for thin soil layers. Suction at the “evaporation-rate reduction point” (ERRP) appears to be approximately 3000 kPa for thin soil layers, but is between the air-entry value and residual soil suction for thick soil layers or soil columns. The analyses presented in this paper have resulted in the development of a methodology for the estimation of suction corresponding to the ERRP in soil columns. Equations are also proposed to calculate the coefficient of surface moisture availability, vapour pressure, and “surface resistance” at the ground surface. The paper also presents an equation (i.e., new soil–atmosphere moisture flux equation) for predicting evaporation rate from a soil surface using “surface resistance” to vapour water diffusion from the soil to the atmosphere. The proposed soil–atmosphere model is verified using evaporation rate data collected from various drying tests on thin soil layers and soil columns. Reasonably good agreement was found between the computed and measured rates of evaporation. The findings and recommendations in this paper contribute to an improved understanding of the prediction of AE from unsaturated soil surfaces.