Hostname: page-component-6766d58669-fx4k7 Total loading time: 0 Render date: 2026-05-19T08:13:24.599Z Has data issue: false hasContentIssue false

The capillary effects on water percolation in homogeneous snow

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

S. C. Colbeck*
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
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Abstract

A theoretical basis for introducing capillary effects into the theory of water percolation through snow is given. A capillary pressure-liquid saturation relationship found in the laboratory is used together with the theory to make a quantitative examination of capillary effects. It is shown that capillarity accounts for less than 10% of the total force when water flux is 10–8 m s–1 although the percentage rapidly increases for smaller fluxes. The experiments suggest that the irreducible water content of dense snow is 7% of the pore volume. It is concluded that the wave-front diffusion seen in lysimeter studies is not the result of capillary action. Other possible causes are suggested.

On donne une base théorique pour introduire les effets de la capillarité dans la théorie de la percolation de l'eau à travers la neige. Une relation établie en laboratoire entre la pression capillaire et la saturation en liquide, est utilisée conjointement avec la théorie comme base pour un examen quantitatif des effets capillaires. On montre que la capillarité intervient pour moins de 10% de la force totale lorsque la vitesse de l'écoulement est de 10–8 m s−1, mais ce pourcentage croît rapidement pour des vitesses inférieures. Les expériences suggèrent que le minimum irréductible pour le contenu en eau liquide d'une neige dense est de 7% du volume des pores. On en conclut que la diffusion dé l'onde enveloppe observée dans les études au lysimètre n'est pas le résultat de l'action de la capillarité. On propose d'autres origines possibles.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Für die Einführung von Kapillarwirkungen in die Theorie der Wassersickerung durch Schnee wird eine theoretische Grundlage aufgezeigt. Eine im Labor gefundene Beziehung zwischen Kapillardruck und Flüssigkeitssättigung wird zusammen mit der Théorie zu einer quantitativen Prüfung von Kapillarwirkungen herangezogen. Es zeigt sich, dass die Kapillarität weniger als 10% der Gesamtkraft bei einem Wasserfluss von 10–8 m s–1 ausmacht, obgleich bei geringerem Durchfluss der Prozentanteil rasch anwächst. Die Experimente ergeben, dass der nicht reduzierbare Wassergehalt in dichtem Schnee 7% des Porenvolumens erreicht. Es wird geschlossen, dass die Wellenfrontdiffusion, wie sie bei Lysimeteruntersuchungen zu beobachten ist, nicht auf Kappillarität zurückzuführen ist. Andere mögliche Ursachen werden vorgeschlagen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1974
Figure 0

Fig. 1. Capillary pressure as a function of liquid saturation. The experimental data points are shown.

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Fig. 2. Capillary pressure as a function of effective liquid saturation. The solid line was calculated from Figure 1 and the dashed line represents Equations (2)

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Fig. 3. Pc/∂S* as a function of S*.

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Fig. 4. The saturation distribution 48 500 s after the start of melting an day 3. This profile was calculated using the gravity-flow theory.

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Fig. 5. A melt-water wave with a calculated wave front and values of R along the wane.

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Fig. 6. The end-effect regions associated with the limiting values of uw expected during fair-weather melting. The end effect includes only the water trapped at the interface by capillary action.