Файл: Шкинкис, Ц. Н. Проблемы гидрологии дренажа.pdf

составляет 14—35% среднегодовой суммы осадков (575 мм). По данным И. М. Нестеренко и Ю. Г. Симонова [96], в условиях Карелии в мерзлом слое недренированной почвы часто накапли­ вается такое количество воды, которое превышает запас ее в снеге

кначалу весеннего снеготаяния.

2.Миграция почвенной влаги, потенциал влаги

Взимний период при охлаждении верхнего слоя почвы происходит миграция воды снизу вверх и накопление ее в этом слое. Вопросам миграции почвенной влаги под влиянием темпе­ ратурного градиента посвящено много интересных работ [29, 31, 81, 213]. Однако процесс миграции влаги в природе очень слож­ ный и до конца еще не выяснен. Пока по этому поводу имеются лишь более или менее обоснованные предположения и некоторые приближенные решения. Вопрос миграции почвенной влаги в зим­ ний период с мелиоративной точки зрения изучен очень слабо, несмотря на его большое практическое значение.

По данным А. М. Глобуса [33], передвижение влаги в промер­ зающем слое может осуществляться .путем пародиффузионного потока, термокапиллярного потока и потока, вызванного резким уменьшением потенциала влаги при образовании льда. При влаж­ ности почвы ниже максимальной гигроскопичности передвижение влаги снизу вверх происходит путем диффузии водяного пара и описывается уравнением диффузии

Р — барометрическое давление, мм рт. ст.; Pv — давление насыщен­ ного водяного пара, мм рт. ст.; Т — температура, °С; D — коэффи­ циент диффузии водяного пара, см3/с.

При влажности почвы в пределах от максимальной гигроско­ пичности до влажности разрыва капилляров миграция влаги в ос­ новном осуществляется путем последовательного перехода из жид­

истинный градиент температуры в воздушных порах.

В упомянутых интервалах влажности почвы миграция влаги в зимний и летний периоды аналогична.

186

При влажности почвы выше влажности разрыва капилляров на­ чинается термокапиллярный поток жидкой фазы, вызванный ка­ пиллярными силами и понижением капиллярного потенциала жид­ кости в промерзшем слое. При отсутствии мерзлоты термокапил­ лярный поток компенсируется обратным потоком жидкой фазы и в результате существенное перераспределение влаги не имеет места. Понижение потенциала влаги А. М. Глобус объясняет выморажи­ ванием жидкости, возникновением новой поверхности твердой фазы (льда), изменением распределения пор по размерам и особой фор­ мой вновь образующих пор.

При дальнейшем увеличении влажности почвы, близкой к пол­ ной влагоемкости, миграция влаги в основном осуществляется вследствие понижения потенциала влаги в мерзлом слое и дей­ ствием температурного градиента на защемленный воздух. Значе­ ние термокапиллярного потока в миграции влаги уменьшается.

Установлено, что интенсивность потока влаги из талого слоя почвы в мерзлую зависит от расстояния между нижней границей промерзания и уровнем грунтовых вод, т. е. от Н — Ам, где hM— глубина промерзания. Так, по исследованиям Г. И. Афанасика, про­ веденным на древесно-тростниковом торфянике со степенью раз­ ложения 40—45%, по мере уменьшения Н — hMот 1,0 до 0,1 м плот­ ность потока влаги увеличилась от 0,022 до 1,4 г/см2 в сутки.

Влага в почве находится под влиянием нескольких сил разной природы (гравитационной, капиллярной и др.). Напряженность поля суммарных сил характеризуется полным потенциалом влаги. Передвижения влаги происходят от большого потенциала к мень­ шему.

По определению А. А. Роде [109], полный потенциал почвенной влаги П — это работа, которая должна быть затрачена (в расчете на 1 г чистой воды) для того, чтобы обратимо и изотермически пе­ ренести в заданную точку почвы бесконечно малое количество воды из объема чистой воды, находящегося при атмосферном давлении и на условном высотном уровне сравнения. Частными потенциалами являются: осмотический О, гравитационный Z, капиллярный М и потенциал внешнего газового давления Г. Размерность потенциала

в тех случаях, когда давление внешнего газа отличается от атмо­ сферного, чего в натурных условиях не бывает. Поэтому полный по­ тенциал обычно слагается из трех компонент: M + Z + 0.

где 0 — содержание влаги в долях объема почвы; V — объем воды,

187

передвигающийся в единицу времени через поперечное сечение, пер­

Знак минус (—) означает, что движение происходит в направле­ нии, противоположном тому, в котором возрастает потенциал.

Уравнение потока жидкости должно удовлетворять также за­ кону сохранения материи, т. е. разность между скоростями пото­

Знак минус (—) относится к восходящему движению, а знак плюс ( + ) — к нисходящему. Между диффузивностью и влажно­ стью существует следующая зависимость

1-88

Общее решение уравнения- (124) пока еще не найдено из-за сложности зависимостей между 0, М, D и х. Но имеется ряд попы­ ток непосредственного измерения потенциала влажности почвы.

При промерзании почвы создается градиент температур. А. В. Лыков [85] показал, что вследствие этого движение влаги вы­

Рис. 71. Схема влагопотенциометра К. Н. Шишкова.

/ — керамический фильтр; 2 — соединительная трубка; 3 — воздухоулавливатель: 4 — ртутный манометр.

влиянием ее сосущей силы до тех пор, пока не наступит равнове­ сие. Отрицательным давлением внутри прибора уравновешивается

где р — отрицательное давление в фильтре прибора; ув и ур — удель­ ный вес воды и ртути.

Или

189