Диапазоны средних значений коэффициента фильтрации для различных по гранулометрическому составу почв

Почвенные объекты	Диапазон Кф, см/сут
Песчаные почвы	300–800
Суглинистые	20–100
Глины	1-50

И в этом случае следует сделать несколько уточняющих дополнений. Во-первых, даже глинистая почва может иметь коэффициент фильтрации более 60 см/сут, так как она может быть хорошо оструктуренной, и эта структура – водоустойчивой. Например, такие величины встречаются в черноземах на глинах, на карбонатных материнских породах, в ферраллитных почвах. Или напротив, песчаные почвы могут иметь очень низкий Кф, до нескольких десятков или даже единиц см/сут. Это случается тогда, когда песчаные почвы слоисты, имеют прослойки более плотного (ожелезненного) песка или отличающиеся по гранулометрическому составу. В самом общем случае следует считать, что если почвенный горизонт имеет коэффициент фильтрации ≤ 6 см/сут, то этот почвенный горизонт можно рассматривать как водоупорный, практически непроницаемый для воды вне зависимости от его гранулометрического состава и других свойств.

Рис. 2.6.10. Цилиндр для определения водопроницаемости почвы (а) и изменение скорости водопроницаемости, отражающее 2 стадии процесса водопроницаемости – впитывание и фильтрацию (б) (по Шеину, 2005).

Таким образом, впитывание воды [см/сут, м/сут, мм/час] – это начальная стадия водопроницаемости (инфильтрации) почвы. Поступление влаги в не насыщенную водой почву под влиянием градиентов сорбционных и капиллярных сил и гидравлического напора. Как правило, рассматривают впитывание воды с поверхности почвы. Характеризуют коэффициентом впитывания Квпит – аналогом коэффициента фильтрации Кф, указывая, в какое время от начала эксперимента он определен.

Водопроницаемость – процесс поступления воды в почву при определенном напоре, включающий стадию впитывания (инфильтрации) – проникновения воды в не насыщенную влагой почву и последующую стадию фильтрации – движение воды в насыщенной влагой почве.

Коэффициент впитывания (см/сут) за 1-й час эксперимента для тяжело- и среднесуглинистых почв классифицируется следующим образом (по Качинскому):

< 70 – неудовлетворительный,

70–150 – удовлетворительный,

150-250 – хороший,

250 – 1000 – наилучший,

>1000 – излишне высокий.

В дальнейшем, в своей работе мы будем использовать эти классификационные придержки для сравнения и оценки выбранных почвенных объектов.

2.6.1. Определение коэффициента впитывания и фильтрации почвы. Метод малых заливаемых площадей

Традиционно коэффициент фильтрации определяют с помощью метода малых заливаемых площадей, когда на поверхность почвы устанавливают квадратные и круглые рамы площадью около 2500 см² (внешняя) и 625 см² (внутренняя). Эти две рамы нужны для того, чтобы гарантировать линейный поток, предотвратить боковое растекание воды при фильтрации. Действительно, как видно из рис. 2.6.11 Б, вода при проникновении в почву будет растекаться и в стороны от рамы, но только из внешней. Из внутренней рамы поток воды в почве будет линейным.

А

Б

Рис. 2.6.11. Комплект оборудования (А) и общая схема проведения определения (Б) коэффициента фильтрации методом малых заливаемых площадей (методом рам)

Именно поэтому внешнюю раму называют «защитной», а внутреннюю «измерительной» или «учетной». Измеряя расход воды во времени во внутренней раме, поддерживая постоянный напор воды внутри обеих рам, можно рассчитать коэффициент фильтрации для того периода времени, когда поток становится установившимся. На рис. 2.6.12. изображена динамика потока воды из рамы во времени в виде динамики скорости впитывания, при установке рамы на поверхность почвы при естественной влажности. На этой стадии можно рассчитать коэффициент впитывания – К_впит. При дальнейшем проведении эксперимента (обычно примерно через 3–4 часа) при поддержании постоянного напора на поверхности почвы, равного 5 см, поток стабилизируется, и начинается стадия фильтрации. Вот в этот период, строго фиксируя количество приливаемой воды (Q, мл) в единицу времени (t, мин), зная площадь учетной внутренней рамы (S, см²), можно рассчитать и коэффициент фильтрации, учитывая, что градиент гидравлического давления близок к единице: , выраженный в см/мин. В дальнейшем, его легко можно пересчитать в необходимые единицы (м/сут, см/сут и проч.). В окончательном виде необходимо внести еще поправку на температуру воды, учитывая, что с изменением температуры вода изменяет свою вязкость. Все значения К_ф поэтому приводятся для температуры 10є, по следующей форму

л е:

где – это экспериментально определенный коэффициент фильтрации при температуры воды в эксперименте T, єС; К_ф10 – приведенный к температуре 10єС коэффициент фильтрации.