8 месяцев назад
Нету коментариев

Вся вода в почве, не находящаяся под влиянием сорбционных сил, т. е. не связанная, называется свобод­ной водой.

Поведение свободной воды в почве определяется поч­ти исключительно сочетанием силы тяжести и капилляр­ных сил. Под влиянием первой из них свободная вода стремится стечь вниз. Капиллярные силы могут действо­вать в различных направлениях, в том числе и вверх, и часто поэтому противодействуют силе тяжести, хотя в других случаях могут иметь и одинаковое с нею на­правление.

При поступлении жидкой воды на поверхность почвы в виде дождя, талых, полых или оросительных вод она начинает впитываться в почвенную толщу и просачивать­ся вниз преимущественно под влиянием силы тяжести. Такую воду, находящуюся в состоянии нисходящего передвижений, называют просачивающейся грави­тационной водой. Вода в зависимости от интенсив­ности поступления на поверхность почвы и от фильтраци­онных свойств почвы может заполнять собой или все поры почвы, или только часть их.

Достигнув водонепроницаемого (или водоупорного) слоя, просачивающаяся гравитационная вода начинает накапливаться над ним, заполняя все поры почвы, за исключением отдельных изолированных пор, в которых может остаться так называемый защемленный воз­дух в виде отдельных изолированных пузырьков. Водо­упорный слой как бы подпирает собою эту скапливаю­щуюся воду, поэтому ее можно назвать подпертой гравитационной влагой. Содержащий ее слой называется водоносным горизонтом. Такая вода обладает способностью вытекать из стенок естественного или искусственного разреза почвенно-грунтовой толщи. Если заложить скважину, врезающуюся в толщу почвы или грунта, в которой находится подпертая гравитацион­ная вода, то она, вытекая из стенки скважины (или колод­ца), заполняет ее до определенного уровня. Воду, содер­жащуюся в грунте глубже этого уровня, принято называть грунтовой водой или грунтовыми водами. Если этот уровень находится в почвенной толще, такие воды мы называем почвенно-грунтовыми. За­кладывая несколько скважин или колодцев близко друг от друга и мысленно соединяя уровни воды в них, мы получим воображаемую поверхность, которая будет на­зываться зеркалом грунтовых вод. Когда зеркало грунтовых или почвенно-грунтовых вод наклонно (его наклон часто, хотя и не всегда, совпадает с наклоном водоупорного слоя), то воды будут стекать в направлении наклона; в этом случае мы будем иметь стекающую подпертую гравитационную воду. Если зеркало вполне горизонтально, что бывает редко, то го­ворят о застойной подпертой гравитаци­онной воде.

Вся ли вода, поступающая в почву, достигает после стекания водоупорного слоя и превращается в подпертую гравитационную воду?

Хорошо известно, что вниз, в глубокие слои, стекает далеко не вся вода. Часть ее задерживается в почвенной и грунтовой толще, не достигая водоупорного слоя. При этом в зависимости от некоторых свойств почвы и грунта распределение задержавшейся в почвенно-грунтовой толще воды может быть различно. Для того чтобы выявить свойства этой задержавшейся воды, необ­ходимо проследить ее распределе­ние над уровнем грунтовых или почвенно-грунтовых вод. Допу­стим, что на поверхность почвы поступило такое количество воды (дождя), которое обеспечило сквозное промачивание всей поч­венно-грунтовой толщи до уровня почвенно-грунтовых или грунто­вых вод. Через некоторое время, после того как закончится проса­чивание всей свободной гравита­ционной воды, определим количе­ственно содержание воды во всей почвенно-грунтовой толще над уровнем грунтовых или почвенно-грунтовых вод. Такие определения принято делать в каждом 10-сан­тиметровом слое толщи для того, чтобы выявить распределение вла­ги во всех подробностях.

Сделаем два допущения: во-первых, что уровень грунтовых вод находится более или менее глубоко — на глубине не менее 6—8 м, и во-вторых, что почвенно-грунтовая толща является вполне однородной по механическому со­ставу и сложению, т. е. не слои­стой.

Распределение влаги в почвен­но-грунтовой толще по окончании просачивания всей свободной гра­витационной влаги схематически изображено на рис. 24. Рисунок этот построен следующим образом. На оси орди­нат нанесена глубина в метрах, а на оси абсцисс — влажность почвы в процентах от полной влагоемкости и в процентах от веса почвы (нижняя шкала). Напомним, что полной влагоемкостью называется предельное количество влаги, которое может содержаться в почве при условии полного заполнения водой всех пор. Полная вла­гоемкость выражается в процентах от веса сухой (высу­шенной при 105°) почвы. Выражая влажность в % от полной влагоемкости, мы характеризуем степень заполне­ния почвенных пор влагой.

Распределение влаги в многометровой почвенно-грунтовой толще

Распределение влаги в многометровой почвенно-грунтовой толще

Руководствуясь формой кривой, иначе говоря, распре­делением влаги в почвенно-грунтовой толще, разделим последнюю на три зоны.

В нижней части почвенно-грунтовой толщи выделится зона 1, в которой влажность равна полной влагоемкости. Эта зона содержит грунтовую воду. Она называется во­доносным горизонтом. В этой зоне грунт пол­ностью насыщен влагой, которая способна изливаться из искусственных или естественных разрезов. Зеркало грун­товой воды залегает на уровне ГВ (рис. 24).

Выше расположена зона Я, в которой влажность сни­зу вверх постепенно убывает от полной влагоемкости на уровне зеркала грунтовых вод до 60% от полной влаго­емкости на верхней границе этого слоя. Еще выше идет зона ІІІ, в которой влажность до самой поверхности остается постоянной и равной (в данном примере) 60% от полной влагоемкости.

Чем же отличается поведение воды в этих трех зонах и чем объясняются эти отличия?

О свойствах воды в зоне І (в водоносном горизонте) мы уже говорили выше. Обратимся теперь к зоне ІІ.

Рассматривая кривую распределения влажности на рис. 24, мы замечаем, что она подобна кривой на рис. 14, относящейся к модели — песчаному столбику, на котором мы изучали поведение влаги под влиянием капиллярных сил и установили существование капилляр­ной каймы. Зона // с убывающей вверх влажностью и яв­ляется не чем иным, как капиллярной каймой, располагающейся над зеркалом грунтовых вод. Верхняя граница капиллярной каймы находится на уровне КК. Ее мощность в данном примере равна 2 м. Как мы знаем, содержащаяся в ней влага является капиллярно подпер­той и гидравлически связана с грунтовыми водами. При понижении уровня грунтовых вод капиллярная кайма под влиянием силы тяжести смещается вниз (см. стр. 29). Следовательно, эта влага является гравитационной. Ее можно назвать свободной гравитационной подпертой капиллярной влагой. Для крат­кости мы будем называть ее просто подпертой ка­пиллярной влагой.

Способность почвы удерживать в себе капиллярную подпертую влагу может быть охарактеризована количест­венно, путем определения так называемой капилляр­нойвлагоемкости почвы. Ее часто определяют следующим образом. Столб почвы (насыпанной или взятой без нарушения естественного сложения) поме­щают в металлическую трубку с сетчатым дном, ниж­ний конец трубки погружают на 1—2 мм в воду. Вода начинает капиллярно подниматься по столбу почвы, о чем можно судить по увеличению веса трубки. После того как это увеличение прекратится, столб почвы будет ка­пиллярно насыщенным. Определив в нем содержание влаги обычными методами, мы тем самым, казалось бы, определим капиллярную влагоемкость почвы, которая вы­ражается в процентах от веса сухой почвы.

Нетрудно, однако, понять, что такой способ определе­ния капиллярной влагоемкости является принципиально неверным. Беря столб высотой 5 или 10 см, мы, как это видно изрис. 24, можем определить капиллярную вла­гоемкость лишь для самой нижней части капиллярной каймы, находящейся непосредственно над уровнем грун­товой воды. Между тем мощность капиллярной каймы варьирует от 2—3 дм у песков до нескольких метров у суглинков и глин. Рассматривая кривую на рис. 24, мы видим, что содержание влаги в том или ином слое капил­лярной каймы зависит от мощности и высоты слоя над уровнем грунтовых вод. Поэтому единственно правиль­ным методом определения капиллярной влагоемкостибудет нахождение кривой распределения влаги во всей капиллярной кайме. Имея такую кривую, мы можем по ней без труда найти капиллярную влагоемкость для лю­бого слоя капиллярной каймы.

Делается это следующим образом. На рис. 24 изо­бражена капиллярная кривая для какой-то почвенно-грун­товой толщи. Влажности на оси абсцисс выражены в процентах от веса сухой почвы. Допустим, что нас интере­сует величина капиллярной влагоемкости для слоя ааббЭта величина будет, конечно, различной на верхней и ниж­ней границахинтересующего нас слоя. Для верхней гра­ницы (аа), как это видно из рисунка, капиллярная влаго­емкость равна 17%, а для нижней (бб)—19,5%. Находим среднюю из этих величин, равную 18,25%.

Как велика бывает мощность капиллярной каймы и от чего она зависит?

Мы знаем, что высота капиллярного поднятия в ци­линдрическом капилляре тем больше, чем тоньше капил­ляр. Ее зависимость от диаметра капилляра определяется формулойЖюрена. Применяя закон Жюрена и зная, что, чем тяжелее механический состав почвы, тем в общем мельче ее поры, мы можем сделать вывод, что высота ка­пиллярного подъема должна быть тем выше, чем тяжелее механический состав почвы.

Этот вывод подтверждается следующими данными, в которых дается мощность капиллярной каймы в насып­ных столбах, состоящих из частиц различного размера:

Sh_002

Наблюдения в природе показывают, что в песках мощ­ность капиллярной каймы достигает 3—6 дм, в супесях 1 м, в суглинках и глинах 2—3 м и более. По некоторым данным, мощность может достигать 6 м, но в большинстве случаев она не превышает 3 м.

Чем вызвано существование такого предела? Каза­лось бы, в глинах и глинистых почвах, где диаметр пор измеряется величинами порядка одного микрона и менее, мощность капиллярной каймы, если ее вычислять по фор­муле Жюрена, должна достигать 10—15 м и более. В при­роде таких величин никогда не наблюдается. Это кажу­щееся противоречие объясняется тем, что при таком малом размере пор весь их внутренний просвет оказы­вается заполненным связанной влагой. Менисков в таких порах или не образуется совсем, или они образуются в от­дельных более крупных порах, и разности поверхностных давлений оказывается недостаточно для передвижения связанной воды, обладающей повышенной вязкостью.

Мощностью капиллярной каймы, т. е. высотой капил­лярного подъема, принято характеризовать свойство поч­вы, называемое водоподъемной способностью.

Влага капиллярной каймы, так же как и свободная влага в водоносном горизонте, способна к боковому стеканию при наличии уклона уровня грунтовых вод.

comments powered by HyperComments