2.6. Водопроницаемость почвы (впитывание и фильтрация)

Начальная стадия быстрого проникновения воды в не насыщенную влагой почву при некотором гидравлическом напоре называется впитыванием (или инфильтрацией). Затем, по мере насыщения всего порового пространства почвы водой, поток стабилизируется. Наступает стадия движения воды в насыщенной почве – стадия фильтрации. Таким образом, процесс водопроницаемости включает в себя два процесса: впитывания воды в не насыщенную влагой почву и, при заполнении всего порового пространства водой, – фильтрацию. Итак, впитывание – перемещение свободной воды в не насыщенную влагой почву, – первая стадия водопроницаемости. Вторая стадия водопроницаемости – движение влаги вода в насыщенной влагой почве, – фильтрация. Но в любой момент времени мы можем рассчитать поток влаги в почву, как количество воды (Q, см3), прошедшее в почву в единицу времени (t, мин) через единицу площади экспериментального цилиндра (S, см²): [см/мин].

Для соответствующих стадий этот поток будет равен коэффициенту впитывания (Квпит) и коэффициенту фильтрации (Кф), так как градиент гидравлического давления близок к единице. Оба они будут иметь ту же размерность, что и поток влаги q. Как правило, конечно, Квпит заметно больше Кф, что и видно на рис. III.8.

Кроме того, при расчете Квпит следует указывать, в какой момент времени процесса водопроницаемости он был рассчитан. Обычно, для сравнительной оценки указывают количество воды (в мм водного слоя) впитавшееся в 1-й час эксперимента, т.е. размерность в этом случае мм/час. А вот Кф является стабильной, отражающей основные свойства почв величиной. Поэтому рекомендуется определять именно эту величину, именно величина Кф и используется во всевозможных гидрологических расчетах.

Если все поровое пространство заполнено водой, то процесс движения влаги в такой двухфазной (только твердая и жидкая фазы) системе называют фильтрацией. При описании этого процесса считают, что по всем порам вода движется с одинаковой скоростью, формируя фильтрационный фронт в насыщенной водой почве. Такие условия в почве бывают нечасто и в основном характерны для движения грунтовых вод, верховодки, для условий весеннего снеготаяния. Именно фильтрация воды в почве является основой для понимания процессов движения воды в почве.

Коэффициент фильтрации (К_ф) – это способность почвы проводить насыщенный поток влаги под действием градиента гидравлического давления. Обычно, при градиенте давления, близком к единице.

Приведенные в табл. 2.6.9. градации коэффициента фильтрации – ориентировочные, в основном применимы для суглинистых почв. Песчаные почвы имеют обычно очень высокий коэффициент фильтрации, > 550 см/сут.

Таблица 2.6.9.

Классификационные градации коэффициента фильтрации почв по

Эггельсманну (Menning, 1983, цит. по Зайдельман, 1985)

Класс коэффициента фильтрации	Наименование	Значение (см/сут)
I	Исключительно низкий (водоупор)	<1
II	Очень низкий (для почвенных горизонтов – водоупорный)	1–6
III	Низкий	6–15
IV	Средний	15–40
V	Высокий	40–100
VI	Очень высокий	100–250
VII	Исключительно высокий	>250

И если в этих почвах К_ф будет составлять по этой классификации высокие значения (40–100 см/сут), то следует говорить о невысоких для песчаных почв коэффициентах фильтрации. В связи с этим ниже приведена дополнительная таблица для различных по гранулометрическому составу почвенных объектов (табл. 2.6.10.).

Таблица 2.6.10.