Поиск

Свободная вода в почвах
29.10.2015

Свободная вода представлена в почвах несколькими разновидностями. Для нее характерны жидкое состояние, стремление к вертикальному— нисходящему (или боковому — по уклону местности) движению под воздействием силы тяжести, высокий растворяющий эффект и способность передвигать в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы, тонкие суспензии.
Присутствие свободной воды в почве свидетельствует о том, что либо поровое пространство заполнено влагой и предел удерживающей способности менисков перейден, либо свободная вода прорвалась по крупным полостям.
Присутствие значительных количеств свободной воды в почве является признаком неблагоприятным, свидетельствующим о временном или постоянном избыточном увлажнении и заболачивании, что обычно вызывает анаэробные и глеевые процессы, снижающие урожаи сельскохозяйственных растений.
Осушительные мелиорации направлены на уменьшение запасов свободной воды в почвах.
Гравитационная вода. В качестве основной разновидности свободной воды различают гравитационную воду, т. е. воду, которая в данный момент просачивается в почве в нисходящем или боковом направлении. Появление просачивающейся воды связано с накоплением в почве влаги, превышающей несущую силу менисков в капиллярах. Постеленное накопление воды в почве влечет за собой уменьшение кривизны и уплощение менисков, уменьшение сосущей силы, вызываемой ими. В результате то количество воды, которое превышает водоудерживающую способность почвы, начинает под воздействием силы тяжести передвигаться в нисходящем направлении.
Гравитационная вода может достигать зеркала грунтовых вод, наслаиваться на них и повышать их уровень. В случае большой глубины залегания грунтовых вод гравитационная вода в процессе нисходящего движения постепенно рассасывается, переходя в состояние капиллярно-подвешенной и пленочной воды.
Грунтовая вода. Второй разновидностью свободной воды в почвах и грунтах является грунтовая вода. Она образуется при заполнении всей скважности грунта свободной водой. Это может быть результатом наличия водонепроницаемого горизонта, задерживающего нисходящий ток гравитационной воды, а также превышения объема поступающей гравитационной воды над объемом ее оттока.
Образование грунтовых вод может быть также связано с напором и выклиниванием глубинных подземных вод или формированием грунтового потока в предгорьях, речных долинах и дельтах. При наличии в почве грунтовой воды все норовое пространство занято влагой, хотя 2—3% объема могут быть представлены пузырьками защемленного и поглощенного воздуха. Влажность водоносного горизонта под уровнем грунтовой воды приближается к величине пористости этого горизонта, т. е. измеряется величиной 40—55% объема.
Однако объем действительно свободной воды при этом не равен 40—55%, а значительно меньше — порядка 3—5% в глинах, 7—10% в суглинках и 12—15% в супесях и песках. Оставшийся после вычета этих величин объем порового пространства водоносного горизонта занят капиллярной, пленочной и гигроскопической водой. Свободная вода занимает лишь так называемую гравитационную пористость водоносного горизонта. Объем свободной воды, содержащейся в водоносном горизонте, выраженный в процентах, называется коэффициентом водоотдачи. Этот коэффициент позволяет подсчитать количество свободной воды, которую необходимо и возможно отвести при осушительных работах или при строительстве дренажных устройств и насосных колодцев.
Поверхность уровня грунтовой воды, условно называемая «зеркалом», приближается к горизонтальной либо находится к последней под некоторым углом. В общем виде рельеф поверхности грунтовых вод повторяет и отражает рельеф поверхности.
Грунтовая вода может быть застойной. В этих случаях развиваются интенсивные анаэробные процессы, а в условиях сухого и жаркого климата при длительном испарении грунтовых вод в них накапливаются большие количества солей.
Грунтовая вода может иметь также больший или меньший отток, если водоносные горизонты отличаются грубым механическим составом или высокой скважностью. Наибольшей подвижностью грунтовые воды отличаются в песках и галечниках, наименьшей — в глинах.
В низменностях с мало расчлененным рельефом грунтовая вода залегает близко от поверхности (1,0—2,5 м) и через капиллярную кайму снабжает растительный покров влагой (луговые условия, гидроморфный режим). Если грунтовая вода минерализована, то испарение капиллярной воды вызывает образование солончаков (в условиях сухого жаркого климата).
На водоразделах, предгорных равнинах, на древних высоких террасах, рассеченных реками и оврагами, грунтовая вода залегает обычно на большой глубине, исключающей возможность участия капиллярной каймы в почвообразовательных процессах и питании растений (глубже 10—15 м).
Лед. Особой разновидностью свободной воды является лед, т. е. вода, находящаяся в состоянии твердого кристаллического тела. Появление воды в форме льда может иметь сезонный или вековой характер.
Сезонное появление воды в почвах в форме льда, так называемая сезонная мерзлота, связано с зимним периодом и имеет весьма варьирующую продолжительность, которая зависит от продолжительности зимнего периода и характера весны. Сезонная мерзлота играет большую роль в водном режиме почв, способствуя конденсации парообразной воды, переходу капиллярной воды в лед и тем самым вызывая в течение холодного времени года накопление большого запаса влаги в верхней части почвенного профиля
В северо-восточных районах Европейской части и особенно в Азиатской части России широко распространена «вечная» мерзлота. Почвогрунты, находящиеся в состоянии вековой мерзлоты, характеризуются многолетним пребыванием свободной воды в состоянии льда. Толща мерзлоты может достигать 200—300 м. Поверхностный горизонт мерзлоты в зависимости от времени года может изменять свое положение на 1,5—3 м, опускаясь в течение лета и поднимаясь до поверхности зимой. Запасы льда в «вечномерзлом» почвогрунте в летнее время зачастую играют роль, аналогичную грунтовой воде. Лед при оттаивании, переходя в жидкое состояние, является источником образования капиллярной воды и капиллярного восходящего движения почвенных растворов, с перемещением растворенных соединений к поверхности.
Поверхностная свободная вода. Наконец, следует упомянуть поверхностную свободную воду, стекающую по уклону местности в периоды, когда приток значительно превышает скорость впитывания и фильтрации влаги в почве.
В табл. 5 даются основные характеристики рассмотренных форм воды. Границы между ними условны и не всегда четки. Необходимы изменения в номенклатуре и классификации форм воды. Уже и сейчас ясно, что подвижность различных форм воды более всего является функцией влажности, дисперсности почв, сосущей силы менисков, сорбции и осмотических сил. Однако для практических целей принятые подразделения форм воды достаточно хорошо объясняют явления водного режима почв.

Свободная вода в почвах