Диссертация (1151678), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Оно имеетвид [51]:pF = 2,17 + w.(2.4.4)Состояние, отражающее влагосодержание, при котором наступаетравновесие между гравитационными силами – капиллярную влагоемкость(КВ), действующими на почвенную влагу и суммой сил другой природыописывается уравнением:pF = 2,17.(2.4.5)Значение константы 2,17 соответствует pF для капилляра радиусом 10мкм, на такое расстояние распространяется влияние поверхностных силтвёрдой фазы почвы.Таким образом (2.4.1) определяет влажность предела усадки; (2.4.2) –влажность завядания растений; (2.4.3) – влажность начала появлениялипкости и оптимальную для агрегирования почвы; (2.4.4) – полевуювлагоемкость; (2.4.5) – влажность верхнего предела пластичности.Пересечение прямых (2.4.1)-(2.4.5) с кривыми ОГХ основных типовпочв Чувашской Республики приведено на рисунке 2.21.
Величинывлажности почвы соответствующие переходам воды из одной категории вдругую можно достаточно точно рассчитать численными методами спомощью специальных математических программ или электронных таблиц.Установленные А.Д.Ворониным [50, 51, 53] зависимости позволяютопределить по кривым ОГХ интервалы, в которых почва ведет себя как113твердообразное, вязко-упругое, хрупкое тело; как упруговязкое пластичноетело, и как вязкопластичное тело. Определение величины отдельныхкомпонентовпотенциаловпочвеннойвлагидаетвозможностьохарактеризовать водоудерживающую силу почв, что имеет большоезначение для водного питания растений, а также для структурномеханических свойств почвы.6,00pFдерново - подзолистаятемно - серая ллеснасветло - серая ллесначернозем5,004,003,002,001,000,0000,10,20,330,40,50,63w, м /мРисунок 2.21 – ОГХ и зависимости А.Д.ВоронинаВажным моментом при использовании энергетической концепцииА.Д.Воронина является то, что зависимости получены из анализа кривойОГХ выраженной в pF являющейся десятичным логарифмом давления.Логарифмические координаты выбраны для удобства обозрения кривой ОГХ,а число 10 не является «особенным» и его замена другим числом не должнаприводить к потере информации.
Однако при использовании болеелогичного натурального логарифма значения точек перегиба ОГХ меняются,а коэффициенты в уравнениях следует пересчитать. Более того, самА.Д.Воронинподчеркивал:«…вестественныхпочвахотмеченныекритические состояния характеризуют, как правило, область близкихпараметров, а представленные на рисунках точки пересечения скорее114являются среднестатистическими параметрами.
Это обусловлено как ихфизической сущностью, так и методическими погрешностями, в том числе ис теми, которые связаны с нарушением термостатичности и равновесности».Поэтому уравнения А.Д.Воронина можно считать регрессионными, но приэтом частично имеющими некоторую физическую обоснованность. Анализреологических моделей почвы [54, 131] показал, что использованиеаэродинамического метода и трехмерных моделей позволяет осуществитьболее строгий подход к оценке энергетического состояния почвенной влагина основе исследования уравнений полученных по ОГХ, влагосохранения,липкости и трения.Как уже описано выше, если провести прямую регрессии через точку(0; 2,17) и значения ОГХ, вычисленные в точках соответствующихмаксимуму, функции ψK, она принимает вид pF=2,17+15,381w, практическисовпадающий с уравнением (2.4.2) описывающим влажность завяданиярастений.Влажности, соответствующие точкам начального залипания (см далееп.3.1.2) определенные из графика по предложенной зависимости длялипкости L(w) соответствуют «спелому» состоянию почвы.
Они вполнемогут заменить уравнение (2.4.3).Влажности, соответствующие точкам максимума на предложеннойзависимости для коэффициента трения (см далее п. 3.1.3) могут заменитьследующее реологическое уравнение.Длясравнения,втаблицахниже,приведенывлажностисоответствующие переходам от одного энергетического состояния в другое,рассчитанные по различным концепциям.Как показывает анализ данных таблиц 2.7-2.10, различия значенийобъемнойсостояниямвлажностипочвеннойсоответствующихвлагиразличнымрассчитанныхэнергетическимразличнымиспособаминесущественны.
Поэтому предлагается использовать не феноменологическиеили регрессионные уравнения А.Д.Воронина, а физически обоснованные115уравнения для липкости, трения и ОГХ.Таблица 2.7 - Значения влажностей соответствующих максимальнойпрочности почвы [17]ПочваДерново- подзол.
легко суглинистаяСветло серая леснаяТемно серая леснаяЧернозем выщелоченныйΩ, м2/г31,446,266,592,0w, %по уравнениюпо аэродин.А.Д.Воронинаметоду2,22,12,62,53,33,63,53,8Таблица 2.8- Значения влажностей соответствующих пределу пластичностипочвы [17]ПочваДерново- подзол. легко суглинистаяСветло серая леснаяТемно серая леснаяЧернозем выщелоченный2Ω, м /г31,446,266,592,0w, %по уравнениюпо аэродин.А.Д.Воронинаметоду12,612,412,812,513,312,814,514,6Таблица 2.9 - Значения влажностей соответствующих «спелому» состояниюпочвы [17]ПочваДерново- подзол. легко суглинистаяСветло серая леснаяТемно серая леснаяЧернозем выщелоченный2Ω, м /г31,446,266,592,0w, %по уравнениюпо аэродин.А.Д.Воронинаметоду30,629,232,831,634,135,137,137,9Таблица 2.10 - Значения влажностей соответствующих пластичномусостоянию почвы [17]ПочваДерново- подзол.
легко суглинистаяСветло серая леснаяТемно серая леснаяЧернозем выщелоченный2Ω, м /г31,446,266,592,0w, %по уравнениюпо аэродин.А.Д.Воронинаметоду35,235,031,632,139,138,543,042,2Вычисленные значения влажностей соответствующих максимальному116значению функции позволяют построить уравнение регрессии, усредненноепо всем значениям уплотнений. Значения влажностей соответствующихмаксимуму для разных значений пористости приведены в таблице 2.11.Таблица 2.11 - Значения критических влажностей при различныхпористостях (уплотнениях)Пористость0,400,450,500,550,60Максимальноезначение (V΄(w)=0)0,0910,1000,1170,1230,129pF4,3214,2784,2064,1804,156Максимальнаяскорость (V˝(w)=0)0,1860,2060,2390,2540,265pF3,9353,8543,7113,6473,5962.4.2. Определение гидрофизических характеристик смесевых почвОднимиизвидовкультуртехническоймелиорацииявляютсяпескование и глинование.
В процессе освоения любых типов почвпроводится их окультуривание для улучшения механического состава иводно-воздушного режима почв. В песчаных почвах глинованием создаютплодородный слой (насыпают слой глины 5-6 см, а затем слой суглинистойили супесчаной почвы). Постепенно плодородный слой увеличивается до 40см.Для окультуривания глинистых почв их делают более рыхлымипескованием (путем внесения речного песка под вспашку). Физикомеханические свойства получаемой смешиванием с песком, глинистойпочвы, смещаются в область значений характерных суглинистой почве.Очевидно, что наибольшее влияние на изменение гидрофизическиххарактеристик почвы при внесении глины оказывает ее удельная поверхностьт.к.
она значительно превышает значение удельной поверхности дляпесчаной почвы. Получим формулу, используя которую можно рассчитатьудельную поверхности смесевых почв. Наиболее часто используемыеприемы «пескование» и «глинование» можно количественно обосноватьрасчетом двухкомпонентной смеси «глина – песчаная почва». Согласно117определению удельной поверхности почвы Ω1=S1/V1, где V1– объем твердойфазы песчаной почвы; S1- поверхность частиц песчаной почвы и аналогичнодля глины Ω1=S1/V1, для удельной поверхности смеси можно записать:Ω=S1 + S 2 Ω1V1 + Ω 2V2=,V1 + V2V1 + V2(2.4.6)Учитывая, что объем твердой фазы смеси V=V1+V2, а V1=n1V, V2=n2V, n1и n2- объемные доли компонент мктурных отдельностейожно записать:Ω=n1Ω1 + n2Ω2,(2.4.7)Поскольку Ω1 >> Ω2 выражение (2.4.7) показывает, что, по меревнесения глины в почву удельная поверхность смеси растет.2.4.3.
Изучение связей между водопроницаемостью и водоудержанием впочвахИспарение воды из почвы зависит как от ее свойств, так и от внешнихусловий. Факторы, определяющие испарение изучены недостаточно ипоэтомуприпрогнозированиивозникаетрядтрудностей.Общегоуниверсального метода для описания испарения в литературе не найдено, аимеющиеся модели ограничены применением только в определенныхусловиях из-за сделанных допущений.Расход влаги из почвы условно можно разделить на два вида:производительный-потреблениевлагирастительнымпокровоминепроизводительный - испарение с поверхности почвы, инфильтрация, стокводы и т.п. После стока вод и инфильтрации наибольшая доля расходаприходится на испарение с поверхности почвы [73, 230].
Почва при этомможет иссушаться до глубины 20 см, а в засушливых районах 40 см и более.Кроме свойств почвы скорость испарения зависит от таких внешних условийкак температура, скорость ветра, форма поверхности и растительный покров.Испарение воды во многом зависит от температуры, котораяопределяет энергетику почвенной влаги. При рассмотрении испарения,118однако учтем дополнительные затраты энергии связанных с тем, что в почвепри уменьшении объема влаги величина поверхности конденсированнойфазы увеличивается. А для увеличения поверхности, как известно, требуетсяэнергия, причемΔЕ = σ Ω cfгде Ω cf′w′wΔw,(Π − w + α − αΠ 0 + αw)(1 − Π 0 ) ⎛⎜1 − w ⎞⎟= Ω0 0⎜ Π ⎟(1 − Π 0 + w)20⎠⎝(2.4.8)α.Скорость испарения зависит не только от вида жидкости, но и отформы ее поверхности.
В пористых телах, какими являются почвы,поверхность жидкости для подавляющего большинства пор имеет вогнутуюформу. Такая форма затрудняет испарение жидкости. Это объясняется тем,что при испарении жидкости с вогнутой поверхности при уменьшенииобъема жидкости площадь ее поверхности возрастает. Для увеличенияплощади необходимы дополнительные затраты энергии, которые и должныбыть получены при испарении с вогнутой поверхности. Полученная в пп.2.1.1 и 2.1.2 зависимость удельной поверхности конденсированной фазы отобъемной влажности Ωcf (w), а также связь величины поверхности с энергиейпозволяет связать процессы испарения с потенциалом почвенной влаги илиОГХ.Удельная поверхность почвы является тем стабильным во временисвойством почвообразующей породы, которое определяет ее емкостныехарактеристики по отношению к воде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
