Основные почвенно-гидрологические характеристики

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 25Следующая ⇒

Выделяют следующие основные почвенно-гидрологические характеристики: максимальную гигроскопичность, влажность завядания, наименьшую и полную влагоемкость, высоту капиллярного поднятия, впитывание воды и водоотдачу.

Максимальная гигроскопичность МГ – это максимальное количество воды, поглощаемое почвой из воздуха, насыщенного парами воды. Ее определяют путем длительного (более 10 сут) насыщения образца почвы парами воды в эксикаторе.

Влажность завядания ВЗ – количество влаги, практически недоступной для растений, при котором появляются необратимые признаки увядания растений. ВЗ определяется не свойствами растений, а почвы. Признаки увядания различных растений наступают на одной и той же почве при одинаковой ее влажности. Влажность почвы выше ВЗ называют продуктивной.

Наименьшая влагоемкость НВ – количество воды, прочно удерживаемое почвой после полного свободного стекания гравитационной воды. Доступная для растений влага лежит в пределах НВ – ВЗ.

Полная влагоемкость ПВ – наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии полного насыщения всех пустот и пор водой. ПВ равна пористости почвы Р. Зная Р (в % от объема почвы) и ее объемную массу или плотность α (г/см³) можно определить ПВ = Р/α (% от массы сухой почвы).

Водоотдача μ – свойство почвы отдавать гравитационную воду путем стекания. Количественно водоотдача равна

μ = ПВ – НВ (2.42)

Отношение объема свободно вытекающей из почвогрунта воды W (м³) к объему почвогрунта V (м³) в процентах называют коэффициентом водоотдачи δ = 100W/V, используемым при расчетах параметров осушительных систем.

Внутрипочвенное движение воды в порах под действием менисковых сил называют капиллярным. Скорость капиллярного движения тем больше, чем больше диаметр капиллярных пор, а высота капиллярного поднятия h_к – наоборот.

Впитывание воды – это поступление воды в почву, не полностью насыщенную влагой, например, при орошении. Скорость поглощения воды в почву V в момент времени t при меняющейся глубине просачивания можно определить по формуле А. Н. Костякова

V = К₁/t^α, (2.43)

где К₁ – коэффициент водопроницаемости данной почвы в первую единицу времени;

α – показатель степени, изменяющийся от 0, 3 до 0, 8 в зависимости от свойств почвы и ее начальной влажности (чем больше начальная влажность, тем меньше α ).

Скорость впитывания V во времени постепенно убывает, приближаясь к некоторой постоянной величине К, которая характеризует собой коэффициент фильтрации данной почвы.

Фильтрация

Гравитационная вода перемещается в почве под действием собственной массы. Ее перемещение происходит, когда все поры почвы заполнены водой, т.е. при полной влагоемкости (ПВ). Движение гравитационной воды называется фильтрацией, которая выражается количеством воды, проходящей через почву за определенное время.

Впервые закон движения воды в почве сформулировал ученый

Дарси (Франция, 1856). Он установил, что объем воды, который проходит через слой песка, прямо пропорционален напору и обратно пропорционален пути фильтрации:

W = К ω t, (2.44)

где W – объем воды, см³;

h – (напор) разность уровней воды в начале и конце пути фильтрации, см;

t – время фильтрации, с;

ℓ – длина пути фильтрации, см;

К – коэффициент фильтрации, см/с;

ω – площадь живого сечения, см².

Отношение h/l называется градиентом напора i или гидравлическим уклоном.

Учитывая, что расход воды Q = W/t (cм³/с), а скорость ее движения V = Q/ω (cм/c) получим, что скорость фильтрации

V = К · I (2.45)

Эта зависимость представляет основной закон фильтрации или закон Дарси. Он показывает, что для данного грунта с коэффициентом фильтрации К скорость фильтрации прямо пропорциональна гидравлическому уклону r.

Закон Дарси выполняется при ламинарном движении подземных вод. В крупнообломочных и трещиноватых породах, а также в при фильтровой зоне скважин, из которых ведется откачка, может быть их турбулентное движение, тогда V = К .

Рис. 2.19. Схема лабораторной установки для определения

коэффициента фильтрации почвогрунта:

1 – почвенный монолит; 2 сетка;

Отводная и подводящая трубы

Коэффициент фильтрации является одной из важнейших характеристик почвогрунтов и широко используется в гидромелиоративных расчетах. Он определяется различными способами – в лабораторных и полевых условиях или может быть рассчитан по теоретическим формулам.

В лабораторных условиях коэффициент фильтрации грунта можно определить на приборе Дарси-Тима. Принципиальная схема лабораторной установки приводится на рис. 2.19.

Через слой грунта (I), уложенного в сосуд, пропускается вода при установившемся движении и напоре h.

Замеряется объем воды W (см³) ) в сосуде при известной площади живого сечения (ω ) и пути фильтрации (ℓ ) за время фильтрации t. По

физическому смыслу коэффициент фильтрации представляет собой скорость движения гравитационной воды в грунте при гидравлическом уклоне (i) равном единице.

Из уравнения (2.44) находится коэффициент фильтрации грунта

(2.46)

Коэффициент фильтрации К зависит от температуры воды. С повышением температуры воды уменьшается ее вязкость и увеличивается коэффициент фильтрации. Поэтому полученный коэффициент фильтрации К при произвольной температуре воды t приводится к коэффициенту фильтрации при t = 10⁰С.

.Опыты проводятся не менее трех раз при различных значениях η. Затем находится среднее значение коэффициента фильтрации.

В полевых условиях коэффициент фильтрации грунта определяют методом откачки воды из скважины. Если уровни грунтовых вод находятся глубоко или отсутствуют, то коэффициент фильтрации определяется методом налива воды в скважины. Чаще используют на мелиорируемых землях метод откачки. Для этого на расстоянии 3…5 м друг от друга устраивают не менее трех скважин. Диаметр скважины рекомендуется 10 см. Скважины должны быть глубже уровня грунтовых вод не менее чем на 0, 5 м (рис. 2.20).

В начале откачивают воду их скважины, понижая уровень в ней до величины У_о (м). Окружающие подземные воды начинают заполнять скважину причем, чем больше коэффициент фильтрации К, тем заполнение идет быстрее. В процессе опыта фиксируют несколько значений у (t). Расчеты К (м/сут) ведут по наиболее распространенной в мелиорации формуле Г. Д. Эркина

(2.47)

где r – радиус скважины, м;

Н – глубина от статического уровня воды до дня скважины, м.

Рис.220. Схема к определению коэффициента фильтрации методом

восстановления уровня в одиночной скважине; у₀ – расстояние до уровня воды сразу после откачки; 1 – линия динамического уровня

При землеустройстве значение направления движения подземных вод имеет большое значение, так как позволяет правильно наметить расположение на местности водозаборных сооружений, избежать очагов загрязнения (животноводческих ферм, кладбищ и т. д). Знание расхода подземных потоков дает возможность оценить ресурсы подземных вод, которые можно использовать для водоснабжения и других целей.

Мощность грунтового потока, направление его движения и геологический разрез местности определяются путем устройства буровых скважин. Скважины располагают по вершинам равностороннего треугольника. Их устраивают до глубины водоупора. Площадь, ограниченная сторонами треугольника, должна быть не менее 4…5 га. В зоне расположения скважин вычерчивается план местности в масштабе 1: 2000 (рис. 2.21).

Возле скважин устанавливаются отметки поверхности земли, а по глубине воды в скважинах определяются отметки статического уровня в каждой скважине (как разность отметки поверхности земли и расстояния от поверхности земли до статического уровня). Путем прямой интерполяции наносятся горизонтали уровней воды между скважинами (гидроизогипсы). Направление движения грунтовых вод обозначается стрелкой перпендикулярно к гидрогипсам в сторону их уменьшения (рис. 2.21 а).

Рис. 2.21. План с горизонталями поверхности земли, грунтовых вод и

водоупорной кровли (а); профиль по колодцу (б)

– горизонтали поверхности земли; – – гидроизогипсы; … –горизонтали водоупорной кровли

По гидрогеологическому разделу (рис. 2.21 б) можно определить положение водоупора и глубину грунтового потока над водоупором (h_r). Расход грунтового потока определяется по формуле Дарси: Q = ω · K · i, где ω – площадь живого сечения потока, равная произведению длины потока L_1–1 в рассматриваемом сечении на глубину потока h_r. Гидравлический уклон i определяется отношением превышения гидроизогипс к расстоянию между ними. К – коэффициент фильтрации грунта (м/сут) устанавливается, как показано выше, в полевых или лабораторных условиях.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒