Saturated hydraulic conductivity in situ is measured by:

Q.1

ICAR AIEEA PG 2024 - Physical Science (Q.37)

Match the Following +4 −1

Match List-I with List-II:

(ii) . Darcy's law

(iii) . Fick's law

(iv) . Stokes law

Choose the correct answer from the options given below:

(ii) . डार्सी का नियम (Darcy's law)

(iii) . फिक का नियम (Fick's law)

(iv) . स्टोक्स का नियम (Stokes law)

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनें:

List - I		List - II
A	Saturated flow in soil Saturated flow in soil	I	Wien's law Wien's law
B	Soil textural analysis Soil textural analysis	II	Darcy's law Darcy's law
C	Wavelength of emitted radiation-temperature relation Wavelength of emitted radiation-temperature relation	III	Fick's law Fick's law
D	Diffusive flux of gas Diffusive flux of gas	IV	Stokes law Stokes law

(A) - (I), (B) - (II), (C) - (III), (D) - (IV) (A) - (I), (B) - (II), (C) - (III), (D) - (IV) (A) - (II), (B) - (I), (C) - (III), (D) - (IV) (A) - (II), (B) - (I), (C) - (III), (D) - (IV) (A) - (II), (B) - (IV), (C) - (I), (D) - (III) (A) - (II), (B) - (IV), (C) - (I), (D) - (III) (A) - (III), (B) - (IV), (C) - (I), (D) - (II) (A) - (III), (B) - (IV), (C) - (I), (D) - (II)

Fundamental transport laws and physical principles:

Saturated flow of water through porous media is governed by Darcy's Law ($q = -K_s \frac{dH}{dz}$) -> (II).
Particle size sedimentation and soil textural analysis (pipette and hydrometer methods) are based on Stokes' Law ($v = \frac{2r^2(\rho_s - \rho_l)g}{9\eta}$) -> (IV).
The relationship between the temperature of an emitting blackbody and the peak wavelength of emitted radiation is given by Wien's Displacement Law ($\lambda_{\max} T = b$) -> (I).
Diffusive flux of gases in soil aeration is governed by Fick's First Law of Diffusion ($J = -D \frac{dC}{dx}$) -> (III).
Correct match: (A)-(II), (B)-(IV), (C)-(I), (D)-(III).

भौतिकी एवं मृदा विज्ञान के मूलभूत नियम:

मृदा में संतृप्त जल प्रवाह डार्सी के नियम (Darcy's law: $q = -K \frac{dH}{dz}$) द्वारा नियंत्रित होता है -> (II)।
मृदा कणाकार विश्लेषण (हाइड्रोमीटर/पिपेटी विधि) स्टोक्स के नियम (Stokes law: $v = \frac{2gr^2(\rho_s - \rho_w)}{9\eta}$) पर आधारित है -> (IV)।
कृष्णिका से उत्सर्जित विकिरण की अधिकतम तरंगदैर्ध्य और तापमान का संबंध वीन के विस्थापन नियम (Wien's law: $\lambda_{\max} T = \text{constant}$) द्वारा दिया जाता है -> (I)।
मृदा वातन में गैसों का विसरण प्रवाह फिक के प्रथम नियम (Fick's law: $J = -D \frac{dC}{dx}$) द्वारा नियंत्रित होता है -> (III)।

अतः सही सुमेलन (A)-(II), (B)-(IV), (C)-(I), (D)-(III) है।

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Q.2

ICAR AIEEA PG 2024 - Physical Science (Q.44)

MCQ (Single Correct) +4 −1

The soil hydraulic head is expressed by:

(A) . Potential energy per unit mass of soil water

(B) . Potential energy per unit volume of soil water

(C) . Potential energy per unit weight of soil water

(D) . Height of standing water on the soil surface

Choose the correct answer from the options given below:

मृदा हाइड्रोलिक शीर्ष (hydraulic head) को किसके द्वारा व्यक्त किया जाता है?

(A) . मृदा जल के प्रति इकाई द्रव्यमान संभावित ऊर्जा (Potential energy per unit mass of soil water)

(B) . मृदा जल के प्रति इकाई आयतन संभावित ऊर्जा (Potential energy per unit volume of soil water)

(C) . मृदा जल के प्रति इकाई भार संभावित ऊर्जा (Potential energy per unit weight of soil water)

(D) . मृदा की सतह पर खड़े पानी की ऊंचाई (Height of standing water on the soil surface)

नीचे दिए गए विकल्पों में से सही उत्तर चुनें:

(A), (B) and (D) only केवल (A), (B) और (D) (A), (C) and (D) only केवल (A), (C) और (D) (A), (B), (C) and (D) (A), (B), (C) और (D) (C) only केवल (C)

Soil water potential can be expressed in three alternative thermodynamic forms:

Energy per unit mass ($\text{J/kg}$ or $\text{ergs/g}$), symbol $\psi_m$.
Energy per unit volume ($\text{J/m}^3 = \text{N/m}^2 = \text{Pascal}$ or $\text{bars}$), symbol $\psi_v$ (pressure potential).
Energy per unit weight: Dividing energy ($E = mgh$) by weight ($W = mg$) yields:
$$H = \frac{E}{W} = \frac{mgh}{mg} = h\text{ (units of length: meters, cm)}$$
This energy per unit weight is termed the 'Hydraulic Head' ($H$).

Therefore, hydraulic head specifically represents potential energy per unit weight of soil water (Option 4: (C) only).

मृदा जल विभव को तीन वैकल्पिक रूपों में व्यक्त किया जाता है:

प्रति इकाई द्रव्यमान ऊर्जा: जूल प्रति किलोग्राम ($\text{J/kg}$)।
प्रति इकाई आयतन ऊर्जा: पास्कल ($\text{N/m}^2$) या बार (दाब विभव)।
प्रति इकाई भार ऊर्जा (Energy per unit weight): ऊर्जा ($mgh$) को भार ($mg$) से विभाजित करने पर लंबाई का आयाम प्राप्त होता है:
$$H = \frac{E}{W} = \frac{mgh}{mg} = h\text{ (मीटर या सेमी)}$$
ऊर्जा प्रति इकाई भार के इसी रूप को 'हाइड्रोलिक शीर्ष' (Hydraulic Head) कहा जाता है।

अतः मृदा हाइड्रोलिक शीर्ष को 'मृदा जल के प्रति इकाई भार संभावित ऊर्जा' द्वारा व्यक्त किया जाता है (विकल्प 4: केवल C)।

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Q.3

ICAR AIEEA PG 2024 - Physical Science (Q.45)

Assertion & Reason +4 −1

Given below are two statements, one is labeled as

Assertion (A) : , the other one labeled as Reason (R):

Assertion (A) : Darcy's law is valid for a steady and stationary flow process in the soil.

Reason (R) : In a steady flow condition, potential and gradient at every point in the flow path remain constant.

In light of the above statements, choose the most appropriate answer from the options given below:

नीचे दो कथन दिए गए हैं, एक

अभिकथन : (Assertion A) और दूसरा कारण (Reason R) के रूप में अंकित है:

अभिकथन (A) : डार्सी का नियम मृदा में एक स्थिर और अचर प्रवाह प्रक्रिया (steady and stationary flow process) के लिए मान्य है।

कारण (R) : एक स्थिर प्रवाह की स्थिति में, प्रवाह पथ के प्रत्येक बिंदु पर विभव और प्रवणता (potential and gradient) स्थिर बने रहते हैं।

उपर्युक्त कथनों के आलोक में, नीचे दिए गए विकल्पों में से सबसे उपयुक्त उत्तर चुनें:

Both (A) and (R) are correct and (R) is the correct explanation of (A) (A) और (R) दोनों सही हैं और (R), (A) की सही व्याख्या है Both (A) and (R) are correct but (R) is NOT the correct explanation of (A) (A) और (R) दोनों सही हैं लेकिन (R), (A) की सही व्याख्या नहीं है (A) is correct but (R) is not correct (A) सही है लेकिन (R) सही नहीं है (A) is not correct but (R) is correct (A) सही नहीं है लेकिन (R) सही है

Assertion (A) is correct: Henry Darcy formulated his law ($q = -K \frac{dH}{dz}$) based on saturated steady-state flow of water through homogeneous sand columns under stationary laminar conditions ($Re \lt 1$).
Reason (R) is correct and explains (A): By definition, 'steady flow' (stationary flow) means that flow variables at any spatial coordinate do not change with time ($\frac{\partial \theta}{\partial t} = 0$, $\frac{\partial H}{\partial t} = 0$). Hence, the hydraulic head and hydraulic gradient at every fixed point along the flow path remain strictly invariant over time, which is the foundational prerequisite for the direct application of Darcy's steady-state flux equation.

अभिकथन (A) सही है: हेनरी डार्सी ने अपना प्रसिद्ध नियम ($q = -K \frac{dH}{dz}$) संतृप्त बालू स्तंभों के माध्यम से स्थिर (steady/stationary) स्तरीय प्रवाह के लिए प्रतिपादित किया था।
कारण (R) सही है और (A) की सटीक व्याख्या करता है: स्थिर प्रवाह (steady flow) की परिभाषा ही यह है कि समय के साथ प्रवाह पथ के किसी भी निश्चित बिंदु पर जल की मात्रा, हाइड्रोलिक विभव ($H$) और हाइड्रोलिक प्रवणता ($\frac{dH}{dz}$) अपरिवर्तित (constant) रहते हैं ($\frac{\partial H}{\partial t} = 0$), जो डार्सी नियम की प्राथमिक शर्त है।

अतः (A) और (R) दोनों सही हैं और (R), (A) की सही व्याख्या है।

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Q.4

ICAR AIEEA PG 2024 - Physical Science (Q.53)

MCQ (Single Correct) +4 −1

The steady-state soil infiltration rate is:

स्थिर-अवस्था मृदा अंतःस्यंदन दर (steady-state soil infiltration rate) किसके द्वारा नियंत्रित होती है?

Soil surface controlled मृदा सतह नियंत्रित Soil profile controlled मृदा परिच्छेदिका नियंत्रित Water supply controlled जल आपूर्ति नियंत्रित Ground water controlled भूजल नियंत्रित

Infiltration dynamics in soils exhibit two distinct phases:
Initial infiltration rate is largely soil surface-controlled and matric suction-driven (governed by surface roughness, cracks, initial moisture, and crusting).
As the wetting front advances downward and the soil profile becomes progressively saturated, suction gradients diminish to zero, and flow is driven purely by gravity.
Under prolonged ponding, the steady-state (final/basic) infiltration rate ($f_c$) equals the saturated hydraulic conductivity of the least permeable sub-surface layer within the soil profile.

Therefore, steady-state infiltration is soil profile controlled (Option 2).

मृदा में अंतःस्यंदन (Infiltration) की प्रक्रिया दो चरणों में होती है:
प्रारंभिक अंतःस्यंदन दर मुख्य रूप से मृदा की सतह की स्थिति (जैसे सतह की दरारें, सूखापन, क्रस्टिंग और मातृक सक्शन) द्वारा नियंत्रित होती है (Surface-controlled)।
परंतु जैसे-जैसे जल गहराई में पहुँचता है और प्रोफाइल संतृप्त हो जाता है, सक्शन प्रवणता शून्य हो जाती है और जल प्रवाह केवल गुरुत्वाकर्षण द्वारा संचालित होता है।
लंबे समय तक जल भराव के बाद अंतिम या स्थिर-अवस्था अंतःस्यंदन दर ($f_c$) मृदा परिच्छेदिका (soil profile) में उपस्थित सबसे कम पारगम्य संस्तर की संतृप्त चालकता द्वारा निर्धारित होती है।

अतः स्थिर-अवस्था अंतःस्यंदन दर मृदा परिच्छेदिका (Soil profile) द्वारा नियंत्रित होती है (विकल्प 2)।

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Q.5

ICAR AIEEA PG 2024 - Physical Science (Q.54)

MCQ (Single Correct) +4 −1

Saturated hydraulic conductivity in situ is measured by:

स्व-स्थाने (in situ / खेत में) संतृप्त हाइड्रोलिक चालकता (saturated hydraulic conductivity) किसके द्वारा मापी जाती है?

Guelph permeameter गुएल्फ पारगम्यतामापी Neutron probe न्यूट्रॉन प्रोब Infiltrometer इन्फिल्ट्रोमीटर Piezometer पीजोमीटर

In-situ field measurement of saturated hydraulic conductivity ($K_{fs}$):
The Guelph Permeameter is a constant-head well permeameter designed specifically for measuring in-situ field-saturated hydraulic conductivity ($K_{fs}$), matric flux potential, and sorptivity at any desired depth in the vadose zone above the water table.
A double-ring infiltrometer measures surface infiltration capacity ($f$), not specific localized 3D conductivity.
A neutron probe measures volumetric soil water content ($\theta$).
A piezometer measures hydraulic head / water table elevation below the saturated zone.

खेत में स्व-स्थाने (In-situ) संतृप्त हाइड्रोलिक चालकता ($K_{fs}$) का मापन:
गुएल्फ पारगम्यतामापी (Guelph permeameter) एक स्थिर-शीर्ष कुआँ पारगम्यतामापी (constant-head well permeameter) है जिसे विशेष रूप से भौमजल स्तर के ऊपर वाडोज़ ज़ोन में किसी भी वांछित गहराई पर खेत-संतृप्त हाइड्रोलिक चालकता ($K_{fs}$) को स्व-स्थाने मापने हेतु डिज़ाइन किया गया है।
डबल-रिंग इन्फिल्ट्रोमीटर सतही अंतःस्यंदन दर मापता है।
न्यूट्रॉन प्रोब मृदा में जल की आयतनिक मात्रा मापता है।
पीजोमीटर संतृप्त ज़ोन में द्रवस्थैतिक दाब शीर्ष मापता है।

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