Файл: Чайлдс Э. Физические основы гидрологии почв.pdf

Иначе говоря, S есть функция влажности с и каждого из пределов и я I, причем каждую из этих трех переменных можно менять неза­ висимо. Таким образом,

S — S (с, I, и).

Когда с ходом времени изменяются значения этих переменных, S может измениться из-за того, что со временем изменилось с, изме­ нилось и или изменилось I, тогда как две остальные переменные ос­ таются прежними. Когда же меняются все три переменные, общее изменение S есть сумма изменений, связанных с изменением одной какой-либо переменной. Все это можно выразить так:

Индексы с, и обозначают переменные, которые не меняются при дифференцировании по I, а индекс I указывает, что влажность с относится к уровню I. Если I изменяется со временем t, то связать изменения S с величиной отрезка времени можно при помощи урав­ нения

Таким образом, в дальнейшем (dS/dt)Lu, согласно уравнению (12.78), будет обозначать ту составляющую скорость изменения влагозапасов для слоя между и я I, которая связана с изменением формы профиля влажности, измеренного от уровня грунтовых вод; остальное же изменение влагозапасов этого слоя, выражаемое двумя другими членами правой части уравнения (12.79), связано с измене­ нием границ слоя.

Если границы рассматриваемой части профиля влажности за­ фиксированы на определенных уровнях почвенного профиля, то и я I могут изменяться только вследствие движения уровня грунтовых

Одна из ситуаций, при которых такое положение имеет место, возникает, когда уровень грунтовых вод находится глубоко и опу­ скается весьма медленно, так что верхнюю часть профиля можно считать равномерно увлажненной и имеющей влажность, соответ­ ствующую полевой влагоемкости cfc (рис. 12.19 а). Тогда удельная водоотдача равна

т. е. является постоянной величиной, характерной для данной почвы. Эту величину используют гидрологи, слишком часто считая ее кон­ стантой.

Рис. 12.19. Про­ филь влажности, опускающийся без изменения формы с той же ско­

ростью, что и уровень грунто­ вых вод.

а — грунтовые воды

находятся глубоко, и верхняя часть профи­

ля соответствует по­ левой влагоемкости;

б — грунтовые воды

близки к поверхно­ сти, и почвенный про­ филь всюду пол­ ностью насыщен. W T t — уровень грун­

товых вод на высоте Z ,, соответствующей профилю 1; \ѴТг, Z, — значения, отно­

сящиеся к последую­ щему профилю 2 .

Другая ситуация, при которой профиль влажности может опу­ скаться, не меняя формы, имеет место, когда уровень грунтовых вод настолько близок к поверхности, что сама эта поверхность водонаеыщена и сосущая сила здесь меньше, чем давление входа воз­ духа. Это положение изображено на рис. 12.19 б. При этом (dS/dt)0tU опять равно нулю, но си равно влажности насыщения с0. Поэтому из уравнения (12.85)

Y= 0.

Втаком случае, как и на первых стадиях дренирования пере­ увлажненной почвы, уровень грунтовых вод может быстро опус­ каться без какого-либо сокращения влагозапасов почвы, поверхность которой остается водонасыщенной, хотя сосущая сила здесь возра­ стает.

Если уровень грунтовых вод находится глубоко и опускается с непрерывно уменьшающейся скоростью, то, как показано в пара­ графе 12.4, профиль влажности становится все менее вытянутым. Поэтому (dS/dt)0tU отрицательно, тогда как dF/dt положительно,

и по уравнению (12.85), где с теперь принимает значение полевой влагоемкости cfc, имеем

bfc-

Этот случай показан на рис. 12.20.

Рассмотрим следующий случай. Предположим, что благодаря сильным дождям профиль влажности над уровнем грунтовых вод

вод. Если управление дренажем идеально и уровень грунтовых вод

неподвижен, то

(£U(f)

и

Y оо

независимо от того, какую величину имеют с0 и си. В этом случае отток грунтовых вод происходит с той же скоростью, с какой вода по­ ступает в грунтовые воды благодаря сжатию профиля влажности; уровень же грунтовых вод не меняется. Бесконечно большая вели­ чина удельной водоотдачи следует из самого определения [уравне­ ние (12.85)].

Если дренаж менее совершенен, вклад члена, содержащего (dS/dt)0iU, изменится вследствие изменения величины dZ/dt, которая в общем случае сначала будет максимальна, а затем асимптотически

стремится к нулю по мере того, как уровень грунтовых вод прибли­ жается к окончательной зарегулированной отметке. Таким образом, (dSJdt)0rU и dZ/dt уменьшаются совместно; на этой стадии ничего нельзя сказать о том, как уменьшается их отношение по сравнению с членом (с0 — си), который возрастает вплоть до величины (с0 —

—Cfc), которую обычно принимают за удельную водоотдачу. Если уровень грунтовых вод

поднимается после того, как он падал, как это бывает во время восстановительного периода при

-опытной откачке скважины, возникают гистерезисные явления. Опускающийся профиль влажности, отражающий влажностную ха­ рактеристику сушки, переходит в поднимающийся профиль, отра­ жающий влажностную характеристику увлажнения и являющийся ■более сжатым. Это показано на рис. 12.22. Величина (dSJdt)0iU из уравнения (12.85) отрицательна вследствие увеличивающегося •сжатия профиля на ранних стадиях; отрицательна и величина dZ/dt. Поэтому, согласно уравнению (12.85),

Y < с 0 — cfc.

Все это говорит о широком диапазоне, в котором может изменяться Y. Янге и Смайлз [182], используя теорию Тейса [156], подтвердили •эти выводы экспериментально при откачках из песчаного монолита.

Можно отметить также, хотя это и не совсем относится к данному -обсуждению, что понятие удельной водоотдачи применимо и к пере­