9.3 Водяні властивості ґрунтів
Основними водяними властивостями ґрунтів є водоутримуюча здатність, водопроникність і водопідйомна здатність.
Властивість ґрунту утримувати воду, обумовлена дією сорбційних і капілярних сил, називається водоутримуючою здатністю. Найбільша кількість води, що спроможна утримувати ґрунт тими або іншими силами, називається вологоємністю.
У повітряно-сухому стані в ґрунті утримується деяка кількість гігроскопічної (прочнозв’язаной) води, адсорбованої з водяних парів ґрунтового або атмосферного повітря.
Спроможність ґрунту сорбувати пароподібну воду називається гігроскопічністю. Утримання гігроскопічної води (Г) у ґрунті залежить від відносної вологості повітря і властивостей самого ґрунту. Ніж важче її механічний склад, чим більше в ній утримується органічних і мінеральних колоїдів, тим вище гігроскопічна вологість.
Для одної і тієї ж ґрунту утримання гігроскопічної води змінюється в залежності від насиченості повітря парами води. При відносній вологості менше 20% утвориться мономолекулярний прошарок адсорбованої води. Подальше насичення повітря парами води збільшує кількість сорбирує води.
Коли відносна вологість повітря наближається до 100%, ґрунтів насичується водою до максимальної гігроскопічності (МГ). Адсорбція парів води при високій відносній вологості повітря супроводжується капілярною конденсацією, утворенням краплинно-рідкої води, на стиках ґрунтових часток, у їхніх поглибленнях (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Сорбція води ґрунтом (по Н.А.Качинскому):
1 - ґрунтова частка; 2 - прошарок прочносвязанной, строго орієнтованої води; 3 - прошарок рихлозв’язаної, слабко орієнтованої води; 4 - вода капілярної конденсації.
Найбільша кількість прочнозв’язаної, строго орієнтованої води, утримуваної адсорбційними силами, характеризує максимальну адсорбційну вологоємність (МАВ). Вона складає біля 60-70% МГ.
Максимальна гігроскопічна вологість досить стабільний розмір. Її використовують для обчислення вологості зав’ядання, крім того, вона подає інформацію про ступінь дисперсності ґрунту. Значення МГ у піщаних ґрунтах коливаються в межах 0,1-1%, у глинистих, гумусированих ґрунтах досягають 10-15%, а в органогенних ґрунтах - 20-40%. Найбільше можливе утримання рихлозв’язанної води, утримуваної сорбційними силами або силами молекулярного тяжіння, характеризує максимальна молекулярна вологоємність (ММВ).
Рихлозв’язана вода, поступово збільшуя товщину плівок із притокою вологи, переходить у вільну, що згодом цілком заповнює капілярні і некапілярні пори. Коли всі пори в ґрунті заповнюються водою, наступає стан зволоження, називаний повною вологоємністю або водомісткістю.
Повна вологоємність (ПВ) - найбільша кількість води, що може вмістити ґрунт при повному заповненні всіх пір водою. Якщо гравітаційна вода не підпирається ґрунтовими водами, то вона стікає в більш глибокі обрії. Найбільша кількість води, що залишається в ґрунті після багатого зволоження і стікання всієї гравітаційної води при відсутності шаруватості ґрунту і дії ґрунтових вод, що підпирає, називається найменшою або граничною-польовою вологоємністю (НВ або ППВ).
В міру випару і споживання води рослинами губиться сплошность заповнення водою капілярів, зменшується рухливість води і доступність її рослинам. Вологість, що відповідає розірванню суцільності капілярів, називається вологістю розірвання капілярів (ВРК). Для суглинних і глинистих ґрунтів ВРК складає 65-70% НВ.
Найменша вологоємність залежить від механічного і мінералогічного складу, утримання гумусу, структурного стана, шпаристості і щільності ґрунту. Для піщаних і супіщаних ґрунтів вона складає від 5 до 20%, для суглинних і глинистих - від 20 до 45%.
Максимальна кількість капілярно-підпертої вологи, що може утримуватися в ґрунті над рівнем ґрунтових вод, називається капілярною вологоємністю (КВ). Ніж ближче до дзеркала ґрунтових вод, тим вище капілярна вологоємність для даного ґрунту.
Водопроникність - спроможність ґрунту убирати і пропускати воду. Першу стадію водопроникності характеризує усмоктування, коли вільні пори послідовно заповнюються водою. Пересування води в ґрунті під впливом сили ваги і градієнту напору при повному насиченні ґрунти водою називають фільтрацією. Водопроникність вимірюється обсягом води, що протікає через одиницю площі поверхні ґрунту в одиницю часу, виражається в мм водяного стовпа в одиницю часу.
Водопроникність залежить від загального обсягу пір у ґрунті, їхнього розміру. У легких по механічному складі ґрунтах водопроникність завжди висока. Суглинні і глинисті ґрунти, що володіють водопрочною грудкувато-зернистою структурою, також відрізняються високою водопроникністю. У ґрунтах важкого механічного складу з глибисто-пиловатою структурою водопроникність низька.
Градація ґрунтів по водопроникності виглядає в такий спосіб. Якщо ґрунт пропускає за 1ч більш 1000мм води при напорі 5см і температурі 10°С, водопроникність рахується провальной, від 1000 до 500мм - зайво високої, від 500 до 100мм - найкращої, від 100 до 70 - гарної, від 70 до 30 - задовільної, менше 30 мм - незадовільної.
При низкою водопроникності може відбуватися затаювання води на поверхні, стекание її по ухилі і розвиток ерозії.
При дуже високій водопроникності не створюється гарний запас води в корнеобитает прошарку ґрунти.
Водопідйомна здатність. Властивість ґрунту викликати висхідне пересування вологи, що утримується в ній, за рахунок капілярних сил називається водопідйомною здатністю. Капілярні сили починають виявлятися в порах діаметром 8мм, але особливо яскраво виражені в порах діаметром 0,1-0,003 мм. Більш тонкі пори заповнені пов'язаною водою. Тому водопідйомна спроможність росте від піщаних ґрунтів до суглинного і знижується в глинистих. Максимальна висота підйому води над рівнем ґрунтових вод для піщаних ґрунтів 0,5-0,7м, для суглинних - 3-6 м.