Методы изучения баланса грунтовых - Лебедев А.В.
Скачать (прямая ссылка):
ГЛАВА ПЯТАЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛАГОПЕРЕНОСА И БАЛАНСА ВЛАГИ В ЗОНЕ АЭРАЦИИ
ВЛАГОПЕРЕНОС В ЗОНЕ АЭРАЦИИ
Изучение баланса влаги в зоне аэрации, отделяющей первый водоносный горизонт грунто! ы вод от дневно.1 поверхности, представляет большой научный и практический интерес. В научном отношении знание законов передвижения влаги в ненасыщенной зоне важно для познания процессов формирования грунтовых вод, их режима во взаимосвязи с процессами на дневной поверхности и в глубоких недрах земли. В практическом отношении изучение законов передвижения влаги в этой зоне необходимо для определения восполнения запасов подземных вод, управления режимом почвенной влаги, например в корнеобитаемом слое почв, для обоснования искусственного восполнения запасов грунтовых вод и для разработки защитных мероприятий по охране этих вод от загрязнения и т. п.
Перед рассмотрением теоретических вопросов влагопереноса остановимся на категориях и видах воды, а также на качественном определении возможных механизмов движения влаги.
Виды воды в ненасыщенных породах и механизмы ее движения
Вода в горных породах может быть в газообразной, жидкой и твердых фазах. Последняя обычно представлена льдом, но существует также и как связанная физико-химически.
Не останавливаясь на многочисленных классификациях вод в ненасыщенных почвогрунтах (минералогической, геохимической и регионально-гидрогео-логической), возьмем как наиболее стройную и типичную для почвенно-гидрогеологических исследований классификацию, принятую в почвенной гидрологии (по А. А. Род1, С. И. Долгову, Ф. Е. Колясеву и др.).
Согласно взглядам этих авторов, в зоне неполного насыщения (аэрации) различают следующие формы влаги: 1) кристаллизационную, 2) твердую,
3) парообразную, 4) прочно- и рыхлосвязанную, 5) свободную. Последняя подразделяется на: стыковую, капиллярно-повышенную, гравитационно-про-сачивающуюся, капиллярно-подпертую и воду грунтового потока. Рассмотрим те формы влаги, которые являются непосредственным объектом воднобалансовых исследований.
Парообразная влага находится в почвенном воздухе. Передвигается активно под влиянием градиента упр гости паров и пассивно вместе с током воздуха. При влажности почвы выше влажности устойчивого завядания растений (ВЗ) количество водяного пара максимально для данной температуры. Движение парообразной влаги подчиняется закону Фика. Эта форма влаги представляет интерес при воднобалансовых исследованиях в засушливых зонах пустынь и в высокогорных условиях, где возможны и значительны по величине процессы конденсации водяных паров.
Прочносвязанная влага удерживается адсорбционными силами почвенных частиц, достигающими 10 ООО кгс/см2. На поверхности последних образуется тонкая пленка толщиной в два-три диаметра молекул воды. По своим свойствам она близка к твердому телу, имеет большую плотность (в среднем 2). При своем возникновении выделяет теплоту смачивания.
Максимальное содержание прочносвязанной влаги (МАВ — максимальная адсорбционная влагоемкость) определяется по величине нерастворяющего объема при условии применения растворов солей высокой концентрации, по теплоте смачивания и биологическим методом. Передвигается такая влага только в парообразном состоянии.
При толщине слоя адсорбированной влаги, равной 10—30 диаметрам молекул воды, по Б. В. Дерягину, образуется сольватный слой практически без выделения тепла. Этот слой, как указывает Ф. Е. Колясев, также имеет аномальные физико-химические свойства по сравнению с жидкостью в объеме.
Рыхлосвязанная влага образует вокруг почвенных частиц пленку (пленочная влага), толщина которой может достигать десятков диаметров молекул. Плотность ее не превышает плотности обычной жидкой воды. Способностью выделять теплоту смачивания не обладает. Гидростатического давления не передает, замерзает при температуре ниже нуля.
Содержание рыхлосвязанной воды приближенно можно определить по величине нерастворяющего объема при применении растворов солей низкой концентрации. По Б. В. Дерягину, она передвигается под влиянием сорбционных сил и градиента расклинивающего давления, обычно от толстых пленок к тонким.
Ф. Е. Колясев (1944) считает верхним пределом действия диффузного механизма миграции влаги максимальную гигроскопичность (МГ), которая совпадает с третьей точкой перелома кривой сушки (для тяжелосуглинистых почв). Содержание самой пленочной влаги он распространяет до влажности устойчивого завядания растений (ВУЗ), которой отвечает вторая точка перелома кривой сушки. В пределе от МГ до ВУЗ действует лишь пленочный механизм миграции пленочной влаги.
В пределе влажности от ВУЗ до ВЗРР (влажность замедления роста растений) действует уже пленочно-менисковый механизм миграции с участием капиллярных сил и расклинивающего давления пленок. При этом влага по своей природе является уже пленочно-менисковой. Состоянию ВЗРР соответствует первая точка перелома на кривой сушки.
Таким образом, почвенно-гидрологические константы МГ, ВУЗ и ВЗРР могут определяться по кривым сушки (зависимостям скорости сушки от времени).
