Штучна зміна водних властивостей грунту - грунтознавство


Істотний вплив на водопроникність грунту надає промерзання ґрунту. Якщо грунт з осені була більш-менш зволожена і в такому вигляді замерзла, то її водопроникність, навіть при гарній структурі, різко зменшується, іноді до нуля. У таких випадках навіть в лісі, де водопроникність грунту зазвичай вище, утворюється поверхневий стік. На ріллі в цих умовах майже вся снігова вода може бути скинута поверхневим стоком. Підвищенню водопроникності сприятиме все, що перешкоджає замерзанню грунту або сприяє її раннього відтавання. До числа таких заходів відноситься перш за все накопичення снігу, який знижує глибину промерзання і сприяє більш ранньому відтавання за рахунок надходження тепла знизу. Крім того, можуть бути рекомендовані такі кошти, як пропахіваніе снігу смугами поперек схилу перед сніготаненням і посипання снігу сажею, золою, розпорошеної грунтом або іншим темнофарбованим речовиною.
Пропахівая сніг до поверхні грунту, ми сприяємо відтавання грунту під впливом прямих сонячних променів і створюємо водовбирні відталі смуги, які будуть перехоплювати воду, що стікає з сусідніх ділянок, що залишилися під снігом. Смуги з сажі, золи або розпорошеної грунту викликають протаіваніе під ними снігу і утворення таких же водопоглинаючої смуг ґрунту.
У землеробстві, як правило, доводиться зустрічатися із завданням підвищення водопроникності з метою поліпшення вологозабезпеченості рослин. Однак при вирішенні деяких гідротехнічних питань, також пов'язаних із землеробством, іноді виникає зворотна задача - зниження водопроникності грунтів або ґрунтів (наприклад, при будівництві водосховищ, зрошувальних каналів і т. Д.).
В даний час є три основних прийому боротьби з фільтрацією шляхом зниження водопроникності грунтів.
Перший - спорудження так званих шаруватих екранів, яке було запропоновано А. Ф. Лебедєвим і далі розроблялося Н. А. Качинським. Сутність цього прийому заснована на тому факті, що якщо взяти два дрібнопористих матеріалу з різним розміром пір, як, наприклад, пісок і торф, і приготувати екран з чергуються прошарків цих двох матеріалів, то водопроникність такого шаруватого екрану буде в десятки разів менше, ніж водопроникність навіть менше водопроникної компонента, в даному випадку - торфу. Н. А. Качинський показав, що такого ж ефекту можна досягти, застосовуючи шари з одного і того ж матеріалу, але з різною вихідною вологістю.
Причиною низької водопроникності таких шаруватих екранів є «защемлення» в чергуються шарах великої кількості бульбашок повітря в порах. Ці бульбашки відокремлюються одна від одної перемичками з води, укладених між двома менисками. Коли в екрані, що містить велику кількість таких бульбашок, створюється тиск, наприклад, зверху, то водяні перемички зсуваються донизу. Внаслідок зсуву перемичок їх нижні меніски стають більш плоскими, а верхні - більш увігнутими. Значить, поверхневе тиск нижніх менісків підвищився, а верхніх - зменшилася. Отже, з'явилося відоме капілярний протитиск, спрямоване вгору, яке і перешкоджає воді, гнітючої зверху, проникнути вниз. Крім того, необхідно відзначити, що існування бульбашок в найбільш розширених частинах пір вимикає ці пори з процесу фільтрації вологи, змушуючи її при проходженні через ці пори рухатися по тонким пристінним плівкам, поперечний переріз яких дуже мало, а тертя води дуже велике.
Ці дві причини - виникнення капілярного противодавления в численних перемичках між бульбашками повітря і зниження фактичного перетину струмків фільтрується води і обумовлюють головним чином низьку водопроникність шаруватих екранів.
Другий спосіб зниження водопроникності грунтів, який розробляється академіком А. Н. Соколовським, заснований на відкритому академіком К. К. Гедройц вплив обмінного натрію на фізичний стан грунту.
Переважна частина грунтів, різних суглинних наносів, насичена кальцієм і магнієм, т. Е. В складі обмінних катіонів в цих групах присутні виключно, або майже виключно, ці два катіона, з яких зазвичай переважає кальцій. Насиченість цими двовалентними катіонами є головною причиною того, що такі грунти мають гарну микроструктурой, окремі частинки глини в них існують не окремо, а склеєні один з одним в невеликі грудочки з діаметром в декілька сотих часток міліметра. Завдяки наявності такої мікроструктури, а також дрібних пір іншого походження, ці грунти мають хоча і не високою, але помітною водопроникність. Якщо в такому грунті обмінні катіони кальцію і магнію замістити катіоном натрію, то мікроагрегати починають розпадатися на складові їх окремі частинки мінералів, в тому числі - дуже дрібні частинки глини мінералів. Ці частинки настільки дрібні, що, утворивши навколо себе оболонку з зв'язаної води, вони пов'язують всю воду, що міститься в грунті, т. Е. Вільної води в останньому не залишається. А швидко пересуватися в грунті може, як ми знаємо, лише вільна волога. Тому, коли на поверхню такого грунту подається вода, вона не може просочитися через нього, водопроникність такого грунту виявляється рівною нулю. Практично цей спосіб здійснюється так: у водойму перед наповненням його водою вноситься в необхідній кількості кухонна сіль. Вода розчиняє кухонну сіль, починає фільтруватися через дно і стінки водойми, несучи з собою сіль натрію, яким витісняються з прохідних нею шарів грунту обмінні кальцій і магній. Мікроструктура грунту руйнується, і він втрачає свою водопроникність.
Цей метод називається осолонцювання грунтів, так як присутність обмінного натрію (з витікаючими звідси фізичними властивостями грунтів, в тому числі дуже низьку водопроникність) характерно для грунтів, званих солонцями.
Третій метод зниження водопроникності грунтів і грунтів полягає в їх так званої гідрофобізації. Він заснований на обробці грунту або грунту такими речовинами, які знижують їх змочуваність. Внаслідок зниження смачиваемости грунту або грунту значно зростає зусилля, необхідне для проштовхування води через пори гидрофобизированной грунту або грунту. Одночасно різко знижується і водопідйомна здатність грунту або грунту. Речовинами, що викликають це явище, можуть бути різні мила. Однак просте застосування тільки одних розчинів мила не дає бажаного ефекту, бо саме мило недостатньо міцно зв'язується з частинками грунту або грунту. Тому грунт або грунт спочатку просочують розчином залізного купоросу, який сприяє міцному закріпленню на поверхні ґрунтових частинок мильної плівки. Гідрофобоізолююча грунт або грунт, вжиті навіть у вигляді тонкого шару (товщиною в кілька сантиметрів) і кілька утрамбовані, в десятки і сотні разів знижують водопроникність. Цей метод був запропонований Агрофізичні інститутом ВАСГНІЛ (Ф. Е. КОЛЯСА і ін.).

Схожі статті