Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

которой концентрация меченой воды равна половине концент­

рации в зоне насыщения.

Все это позволяет решать ряд важных практических задач,

Например, можно узнать направление распространения мече­ ной воды. Если проследить за движением максимума волны, то можно определить среднюю скорость переноса воды в раз­ личных направлениях.

В настоящее время в практике почвенно-мелиоративных ис­ следований движения воды нашли применение изотопы 35S (в

форме Na2S*04) и 1311 (в форме NaP).

При использовании изотопа 35S, испускающего мягкое p-излу­ чение, применяют способ радиометрического анализа проб поч­ вогрунта или почвенных растворов, выделенных из этих проб.

Использование 1311 значительно облегчает исследование. В этом случае можно применять счетчики-зонды, регистрирую­ щие у-излучение 1311. Схема счетчика-зонда показана на рис. 7.11. Счетчик-зонд, состоящий из металлического челнока диа­ метром 30—40 мм, внутри которого находится галогенный счет­

202

чик, окружен свинцовым экраном с узкой щелью для прохож­ дения излучения. Экран со щелями позволяет регистрировать излучение, исходящее из определенной узкой области почвогрунта.

Радиус действия зонда в почвогрунте зависит от его плот­ ности. Например, для торфяной залежи радиус действия зонда, рассчитанный исходя из десятикратного ослабления у-излуче- ния 1311, составляет примерно 25 см. Для тяжелых почвогрунтов он будет меньше. Счетчик находится внутри герметичного кожуха из плексигласа и соединяется кабелем с полевым ра­ диометром. Счетчик-зонд заглубляют в почвогрунт при помощи

Практически длительность опытов с этим изотопом ограничи­ вается двумя-тремя неделями. Однако с точки зрения радиа­ ционной безопасности 1311 как короткоживущий изотоп имеет преимущество по сравнению, например, с изотопом 35S, имею­ щим период полураспада 7V2 = 87,1 дня.

Другой недостаток радиометрического зондирования почвогрунта состоит в том, что при переходе от одной точки зондиро­

предполагаемой активностью к точкам с большей активностью. Однако это не всегда выполнимо, так как доступ к зонам с меньшей активностью может лежать через зоны с большей ак­ тивностью. Тем не менее радиометрическое зондирование дает, хотя и приближенные, но вполне пригодные для практики све­ дения о распределении меченого вещества в почвогрунте.

Следует отметить, что в почвенно-мелиоративных исследо­ ваниях переноса воды в почвогрунтах используются не только несорбирующиеся индикаторы (растворы несорбирующихся меченых соединений), но и сорбирующиеся.

Согласно теории динамики сорбции (см\ § 3 гл. 3), при вве­ дении в почву раствора вещества, сорбирующегося по типу выпуклой изотермы, в слое образуется зона вещества со стационарным фронтом. При этом чем сильнее выражена вы­ пуклость изотермы или чем сильнее сорбция, тем меньше шири­ на фронта. Скорость движения стационарного фронта опреде­ ляется законом (3.65), откуда следует, что расстояние, на ко­ торое продвинется фронт при введении известного объема рас­

т. е. x= kV , где k = h/a(l +h) =const для данных условий. Иначе говоря, ширина зоны меченого вещества в почве может слу­

203

жить мерой прошедшей через почву воды (растворителя), а следовательно, и расхода поливной воды.

Метод сорбирующихся индикаторов расширяет возможности полевых радиометрических методов определения почвенно-ме­ лиоративных показателей, так как в этом случае расширяется ассортимент применяемых радиоактивных изотопов. В качестве

Метод наблюдательных скважин основан на регистрации хо­ да изменения удельной активности меченой воды в пробурен­ ных скважинах. Этот метод применяется для изучения движения грунтовых вод. Скважины (колодцы) бурят на такую глубину, чтобы в них устанавливался определенный уровень грунтовых вод. Этим методом, например, определяют расход грунтового потока, проходящего через колодец. Рассмотрим теорию этого метода.

Пусть в скважине установился стабильный уровень грунто- -вой воды. Обозначим объем воды в скважине V0- Если в этот объем воды введем несорбирующийся радиоактивный индика­ тор, то получим радиоактивный водный раствор с начальной удельной активностью а0.

Положим, что за промежуток времени dt в скважину посту­ пил некоторый объем dV чистой воды из грунтового потока, про­ ходящего через скважину. При этом вследствие условия нераз­ рывности потока и постоянства У0 такой же объем, но уже радиоактивной воды выйдет из скважины. При вхождении в скважину чистой воды за время dt удельная активность воды в скважине уменьшится на da, общая активность радиоактив­ ной воды в скважине снизится при этом на величину Voda. По условию баланса активности из скважины будет удалена ак­ тивность, равная adV, где а —-удельная активность воды в скважине в данный момент времени t. Итак, получаем следую­ щее уравнение баланса активности:

Как видно, изменение удельной активности воды в скважине происходит по экспоненциальному закону.

204

Из формулы (7.58) получаем формулу для расчета расхода грунтового потока через скважину:

Таким образом, по изменению удельной активности можно судить о расходе грунтового потока через сечение скважины. Вычисление расхода грунтового потока q удобно производить, пользуясь полулогарифмическим графиком In (a0ja) = f ( t ) .

Согласно формуле (7.59), при <7= const зависимость 1п(а0/а) от t линейна:

Удовлетворительные результаты при использовании метода наблюдательных скважин получаются при скорости движения грунтовых вод более 0,2 см/сутКи. При меньшей скорости изме­ рения могут быть не точными из-за влияния диффузии индика­ тора, скорость которой становится соизмеримой со скоростью движения грунтовых вод.

Объем воды в скважине К0 можно рассчитать по степени разбавления радиоактивного раствора, вводимого в скважину.

Если в скважину введен радиоактивный раствор объемом Vt< V 0 и удельной активностью ait то при разбавлении радио­ активного раствора в объеме К0 (объемом V\ по сравнению с Ко пренебрегаем) удельная активность воды в скважине будет рав­ на а0. Тогда в силу сохранения активности получим

Исходную удельную активность вносимого в скважину раст­ вора и начальную удельную активность воды в скважине опре­ деляют измерением проб в стандартных условиях. Измерение хода уменьшения удельной активности воды в скважине произ­ водят путем взятия и измерения активности проб на стандарт­ ном радиометре. Однако применение изотопа с жестким излуче­ нием и полевого радиометра с герметичным зондом в водонепро­ ницаемой оболочке значительно упрощает работу. В скважину погружают счетчик-зонд и устанавливают его в стандартном положении по оси скважины. Счетчиком-зондом измеряют начальный уровень активности скважины Л0 и в последующие моменты времени А. Тогда отношение а0/а.=Ао1А, и вместо (7.60) напишем

205

Для измерения линейной скорости грунтового потока в по­ левых условиях используется метод волны меченой воды. Для этого в почвогрунте надо иметь несколько скважин. В одну

ется, и в почве распространяется волна меченой воды. В дру­ гих скважинах, расположенных от первой скважины на неко­ тором расстоянии, отбором 'проб воды или с помощью погруженных в скважины счетчиков-зондов следят за появле­ нием и ходом изменения активности воды. Задача заключа­ ется в том, чтобы установить момент прохождения через ту или иную наблюдательную скважину максимума волны мече­ ной воды. Зная расстояние между исходной и контролируемой скважинами (время отсчитывается от момента внесения ра­ диоактивного раствора в исходную скважину), рассчитывают среднюю скорость грунтового потока в направлении от исход­ ной скважины до контролируемой:

где L — расстояние между скважинами, ^макс — время переноса максимума волны меченой воды.

Целесообразно объединить две рассмотренные методики: по изменению активности радиоактивного индикатора в централь­ ной скважине определять расход грунтового потока через эту скважину q, а по изменению активности в соседних скважинах и по времени появления максимума волны меченой воды — ли­ нейную скорость переноса воды между скважинами.

Тогда, зная q и и, можно рассчитать среднее сечение пере­ носа меченой воды:

Методы изучения динамики вымывания меченых солей из почвогрунтов. Нет необходимости подробно пояснять важность проблемы изучения вымывания солей из почвогрунтов. Это од­ на из трудных проблем агрохимии и агромелиорации. Процессы вымывания из почв легкорастворимых удобрений, вымывания солей из засоленных почв для их рассоления подчиняются об­ щим закономерностям динамики переноса солей в пористых средах. Применение метода радиоактивных индикаторов поз­ воляет исследовать движение и распределение солей в почвогрунтах как на моделях, так и в полевых условиях. Эти мето­

206