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透水係数は、水が多孔質の空間を通り抜けやすく、土や岩石が割れやすいことです。それは水圧勾配の影響を受け、材料の飽和レベルと透過性の影響を受けます。通常、透水係数は2つの方法のいずれかで決定されます。経験的アプローチは、透水係数を土壌特性に関連付けます。 2番目のアプローチでは、実験を通じて透水係数を計算します。
経験的アプローチ
材料全体の粒度分布に基づいた方法を選択して、透水係数を経験的に計算します。各方法は、一般的な方程式から導き出されます。一般的な方程式は次のとおりです。
K =（g÷v）_C_ƒ（n）x（d_e）^ 2
ここで、K =透水係数。 g =重力による加速度。 v =動粘度; C =ソート係数。 ƒ（n）=気孔率関数; d_e =有効粒径。動粘度（v）は、動粘度（µ）と流体（水）密度（ρ）によってv = µ÷ρとして決定されます。 C、ƒ（n）、およびdの値は、粒度分析で使用される方法に依存します。気孔率（n）は、経験的関係n = 0.255 x（1 + 0.83 ^ U）から導き出されます。この場合、粒子の均一性係数（U）はU = d_60 / d_10で与えられます。サンプルでは、d_60はサンプルの60％がより細かい粒径（mm）を表し、d_10はサンプルの10％がより細かい粒径（mm）を表します。
この一般式は、さまざまな経験式の基礎となります。
ほとんどの土壌尿にKozeny-Carman方程式を使用します。これは、土壌の粒度に基づいて最も広く受け入れられ使用されている経験的派生物ですが、有効な粒度が3 mmを超える土壌や粘土質の土壌には使用できません。
K =（g÷v）_8.3_10 ^ -3 x（d_10）^ 2
土壌の均一性係数が5未満（U <5）であり、有効粒径が0.1 mmから3 mmの場合、細かい砂から砂利までの土壌尿にHazen方程式を使用します。この式はd_10粒子サイズのみに基づいているため、Kozeny-Carmanの式よりも精度が低くなります。
K =（g÷v）(6_10^-4)_（d_10）^ 2
不均一な分布を持ち、均一性係数が1〜20（1
K =（g÷v）（6_10 ^ -4）_log（500 ÷ U）（d_10）^ 2
均一性係数が5未満（U <5）の中粒砂には、米国埋立局（USBR）方程式を使用します。これは、有効粒径d_20を使用して計算し、気孔率に依存しないため、他の式よりも精度が低くなります。
K =（g÷v）(4.8_10^-4)（d_20）^ 3_（d_20）^ 2
実験方法-実験室
ダルシーの法則に基づく方程式を使用して、透水係数を実験的に導きます。ラボでは、小さな円筒形の容器に土壌サンプルを入れて、液体（通常は水）が流れる1次元の土壌断面を作成します。この方法は、液体の流動状態に応じて、定水頭テストまたは落下水頭テストのいずれかです。きれいな砂や砂利などの粗粒の土壌では、通常、定水頭試験が使用されます。粒度の細かいサンプルでは、落下ヘッドテストを使用します。これらの計算の基礎は、ダルシーの法則です。
U = -K（dh÷dz）
ここで、U =土壌内の幾何学的断面積を通る流体の平均速度; h =油圧ヘッド; z =土壌の垂直距離。 K =透水係数。 Kの次元は、単位時間あたりの長さ（I / T）です。
透磁率計を使用して、実験室で粗粒土壌の飽和透水係数を決定するために最も一般的に使用されるテストである定ヘッドテストを実施します。断面積Aおよび長さLの円柱状の土壌サンプルに、一定の水頭（H2-H1）流を与えます。時間（t）の間にシステムを流れるテスト流体の体積（V）は、土壌の飽和透水係数Kを決定します。
K = VL÷
最良の結果を得るには、異なる頭の違いを使用して数回テストします。
Falling-headテストを使用して、実験室の細粒土のKを決定します。断面積（A）と長さ（L）の円筒状の土壌サンプルカラムを、断面積（a）の直立管に接続します。ここでは、浸透液がシステムに流れ込みます。時間（t）の間隔で直立管の頭の変化（H1からH2）を測定して、ダルシーの法則から飽和透水係数を決定します。
K =（aL÷At）ln（H1÷H2）