Поиск

Капиллярное движение воды в почве
26.06.2015

1. Капиллярным движением мы называем движение воды вверх по узким трубкам или щелевым пространствам (капиллярам), осуществляющееся силой менисков. В природных почвогрунтах этот вид движения всегда имеет место над уровнем грунтовых вод. Если мы исследуем влажность любого грунта в зоне, непосредственно примыкающей к уровню грунтовой воды, то всегда найдем картину, аналогичную той, которая уже рассмотрена нами выше для искусственной высокой колонны, насыщенной водой, а именно: над самым уровнем воды, на некотором протяжении, мы будем иметь наиболее высокую и постоянную (при условии постоянства механического состава грунта и его сложения) влажность. Это будет зона заполнения всех капилляров грунта. Выше этой зоны влажность последовательно убывает, что определяется тем обстоятельством, что сюда воду поднимают только все более и более тонкие капилляры, тогда как более толстые остаются уже пустыми. Выше зоны максимальной высоты капиллярного поднятия идет уже только пленочная влажность.
2. Общие закономерности капиллярного движения воды определяются в основном следующими двумя правилами:
а) высота капиллярного поднятия обратно пропорциональна (приблизительно) диаметру капилляра, т. е. чем уже капилляр, тем на большую высоту он может поднять воду;
б) скорость капиллярного движения прямо пропорциональна диаметру, т. е. в широком капилляре поднятие совершается быстро (но на малую высоту), а в узком — медленно (но на большую высоту).
3. В почвогрунтах размеры диаметров капилляров определяются главным образом механическим составом почвенной массы. Соответственно этому в песчаных грунтах капилляры наиболее широки, и поднятие воды в них происходит обычно на небольшую высоту порядка 20—50 см, но зато с большой скоростью, в пределах нескольких часов.
В суглинках и глинах, наоборот, капиллярные промежутки очень тонки, и соответственно этому капиллярное поднятие достигает здесь обычно величин 2,5—3,0 м (и даже до 4 м), но осуществляется зато весьма медленно и обычно требует для своего завершения ряда месяцев.
Многочисленные попытки установить математическую зависимость высоты капиллярного поднятия от физических свойств почвы приводят пока к построению лишь приближенных эмпирических формул. В качестве примера можно привести следующую формулу (Козени):

Капиллярное движение воды в почве

4. Если нижний конец капилляра опущен в воду, а на верхнем открытом конце его происходит в силу каких-либо причин, например испарения, потеря воды, то эта потеря будет непрерывно пополняться с той или иной скоростью восходящим капиллярным током.
Точно таким же образом протекает явление и в почвогрунте: если в зоне капиллярного поднятия происходит потеря воды за счет испарения или потребления воды корневыми системами растений, то сюда направляется непрерывный капиллярный поток из грунтовой воды, компенсирующий потерю.
Этот тип явления капиллярного движения в области непосредственного питания капилляра свободной водной поверхностью очевиден по механизму своего осуществления и имеет исключительно крупное значение в почвообразовании. Так в северных областях, если зона капиллярного поднятия воды выходит на поверхность земли, обычно это вызывает широкое развитие заболачивания и следовательно применение мелиораций.
В южных ирригационных областях воды всегда содержат в себе то или иное количество растворимых солей, которые и передвигаются с восходящим током воды. Пo мере испарения воды соли выпадают из раствора, и потому в южных широтах все области капиллярного питания поверхности почв всегда являются областями распространения засоленных почв или солончаков, которые для своего улучшения требуют применения сложных мелиоративных мероприятий.
Следовательно практическая значимость явлений капиллярного поднятия воды становится очевидной.
5. В толще естественных почвогрунтов мы часто находим капиллярную воду не только в области непосредственного капиллярного подъема из грунтовых вод, но и выше. Эти случаи легко себе представить после выпадения на поверхность земли осадков, после каждого искусственного полива. Здесь заполненный капилляр не опирается нижним концом на свободную водную поверхность, он является как бы висячим. Из верхнего конца его испарение осуществляется так же, как и в первом случае. Спрашивается, будет ли в этом случае происходить компенсация потерянной воды за счет других частей капилляра, иначе говоря, может ли осуществляться поднятие вверх воды в висячем капилляре? Для уяснения этого вопроса рассмотрим три следующих схемы явления (черт. 16).
Капиллярное движение воды в почве

Допустим, что мы имеем капилляр А, в котором водяной столбик имеет мениски а ив вогнутыми внутрь, как показано на чертеже. Если теперь сверху испарять воду, то очевидно, что мениск а будет последовательно принимать положение а1, а2, а3 и т. д., но никакой компенсации потери, передвижения воды по капилляру вверх, не происходит. Интерпретируя эту схему явления для почвенных условий, мы должны были бы следовательно сказать, что в случае висячих капилляров передвижения воды в них вверх осуществляться не может, и потому например усыхание такой почвенной массы должно итти последовательными параллельными слоями сверху вниз.
Рассмотрим теперь схему, обозначенную на чертеже буквой В. Отличие ее от схемы А заключается только в том, что воды в капилляре несколько большей потому нижний мениск в приобрел форму выпуклую.
Если начать удалять сверху воду в этом капилляре, то заметим, что мениск а понижаться не будет, а будет изменяться форма мениска в, принимая последовательно форму в1, в2 и наконец в3, когда она станет аналогичной выше рассмотренной схеме А. В этом случае очевидно, что в известный период времени происходит компенсация потери воды сверху за счет уменьшения воды внизу, т. е. вся масса воды передвигается в капилляре снизу вверх. Особенно ярко выявляется этот случай передвижения воды в висячем капилляре, если мы возьмем капилляр не простой, а сложный, имеющий различные диаметры, как это показано на схеме С. В этом случае при удалении воды сверху положение верхнего мениска а также не будет изменяться, так как вода будет подаваться сюда из расширенной части капилляра до тех пор, пока не исчезнет в нем совсем, как это показано положением менисков в1, в2 и в3. Здесь следовательно передвижение воды вверх может осуществляться особенно длительно и в значительных количествах.
Интерпретируя эти две последних схемы явления для природных почвенных условий, нужно сказать, что здесь мы в подавляющем числе случаев имеем дело с капиллярами неточными, т. е. резко переменных диаметров по своей длине, и потому естественно, что условия для передвижения воды в таких висячих капиллярах особенно благоприятны. Наоборот, случаи наличия в почве прямых простых капилляров, аналогичных схеме A, хотя и не могут быть исключены, но несомненно редки и имеют малое удельное значение. Поэтому следует принять, что в природных почвенных условиях должен доминировать второй тип явления, т. е. передвижение капиллярной воды вверх в висячих капиллярах при достаточных влажностях почвы (например после поливов) должно иметь широкое распространение.
Установление этого обстоятельства имеет большое практическое значение не только с точки зрения водного баланса почвы, но и ее солевого режима, поскольку в почвах никогда не передвигается чистая вода, а всегда солевой раствор. Ниже, при изучении солончаков, мы на этом способе передвижения солей остановимся подробнее и укажем специфическое мелиоративное значение его.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите два слова, показанных на изображении: *