Закономірності поширення тепла в грунті.

Добові і річні коливання температури поверхні грунту внаслідок теплопровідності передаються в більш глибокі шари. Поширення температурних коливань вглиб грунту (при однорідному складі грунту) відбувається у відповідності з наступними законами Фур'є:

• Період коливань з глибиною не змінюється, тобто як на поверхні грунту, так і на всіх глибинах інтервал між двома послідовними мінімумами і максимумами температури становить у добовому ході 24 год, а в річному 12 місяців.

• Якщо глибина зростає в арифметичній прогресії, то амплітуда зменшується в геометричній прогресії, тобто зі збільшенням глибини амплітуда швидко зменшується.

Шар грунту, температура в якому протягом доби не змінюється, називають шаром добової температури. У середніх широтах цей шар починається з глибини 70-100 см. Шар постійної річної температури в середніх широтах залягає глибше 15-20 м.

• Максимальні та мінімальні температури на глибинах наступають пізніше, ніж на поверхні грунту. Це запізнення прямо пропорційно глибині. Добові максимуми і мінімуми запізнюються на кожні 10 см глибини в середньому на 2,5-3,5 год, а річні на кожен метр глибини запізнюються на 20-30 діб.

Згідно з теоретичними розрахунками Фур'є, глибина, до якої проявляється річний хід температури грунту, повинна приблизно в 19 разів перевищувати глибину прояву добових коливань. Насправді спостерігаються значні відхилення від теоретичних розрахунків, і в багатьох випадках глибина проникнення річних коливань виявляється більше розрахункової. Це обумовлено розходженням у вологості грунту за глибинами та в часі, зміною температуропровідності грунту з глибиною і іншими причинами.

У північних широтах глибина проникнення річного ходу температури грунту становить у середньому 25 м, в середніх широтах - 15-20 м, в південних - близько 10 м.

Термоізоплети Матеріали багаторічних спостережень за температурою грунту на різних глибинах можуть бути представлені графічно.

Рис.12. Ізоплети температури грунту на глибинах

На такому графіку показано взаємозв’язок температури грунту, глибини і часу. Для побудови графіка на вертикальній осі відкладають глибини, а на горизонтальній - час (зазвичай місяці). На графік наносять середню місячну температуру грунту на різних глибинах. Потім крапки з однаковою температурою з'єднують плавними лініями, які називають термоізоплетами (рис. 12). Термоізоплети дають наочне уявлення про температуру активного шару грунту на будь-якій глибині в кожен місяць. Такі графіки використовують, наприклад, для визначення глибини проникнення критичних температур, які ушкоджують кореневу систему плодових дерев.

Ці графіки використовують також у комунальному господарстві, у промисловому і дорожньому будівництві, при меліорації. Потужність мерзлого шару обов'язково враховується при закладанні дрен (труба чи підземний канал для відведення грунтових вод) в меліорованих районах.

Рис. 13. Ґрунтові витяжні термометри та терміновий (строковий) ґрунтовий термометр

Рис. 14. Комплект 4-х термометрів Савінова ТМ-5 у коробці