Ruch wody w glebie

W ruchu wody w glebie wyróżnia się trzy fazy:

- wchłanianie przez glebę wsiąkającej wody - infiltrację
- przesiąkanie wody przez glebę- perkolację
- przewodzenie wody przez glebę przy pełnym jej nasyceniu –
filtrację
lub przewodnictwo hydrauliczne

Rodzaj ruchu wody glebowej jest ściśle uzależniony od
stopnia wypełnienia wodą porów glebowych.

Infiltracja:

Jest to ruch wody w strefie nienasyconej –

część porów

glebowych wypełnionych jest powietrzem i stopniowo

zwilżane są coraz

to nowe warstwy. Określa ona proces frontalnego wsiąkania

wody

(deszczowej, roztopowej, itp.) z powierzchni do wnętrza

profilu. Jej

prędkość z reguły maleje z upływem czasu – pory wypełniane

są wodą.

Jest cechą zmienną.

Perkolacja:

Pod tym terminem rozumie się ruch

wody w profilu glebowym wraz z rozpuszczonymi w niej
składnikami. Zależnie od dominującego kierunku ruchu
wody wyróżnia się następujące typy gospodarki wodnej
gleb:

-endoperkolatywny - ruch w głąb profilu

-egzoperkolatywny - ruch ku powierzchni gleby

-amfiperkolatywny - ruch przemienny ku górze i w dół
profilu

-periperkolatywny - ruch we wszystkich kierunkach.

Infiltracja – ruch
wody w strefie
nienasycinej

Sandy loam – glina piaszczysta

Clay loam – glina ilasta

Jednym z głównych czynników determinujących szybkość infiltracji
jest skład granulometryczny

Szybkość infiltracji zależy przede wszystkim od:
- Składu granulometrycznego
- Porowatości
- Struktury
- Wilgotności gleby

Nazwa klasy

Wartość infiltracji

ustalonej

(cm•h

-1

)

Bardzo mała

<0,1

Mała

0,1-0,5

Średnio mała

0,5-2,0

Średnia

2,0-6,5

Średnio duża

6,5-17,5

Duża

17,5-24,5

Bardzo duża

>24,5

Klasy infiltracji wg. FAO (1971)

Lp.

Cylinder D

1

Cylinder D

2

Godzin

y

pomiar

u

t

i

min.

odczyty

ze

zbiorni

ka

B (x

i

)

wsiąkni

ęt

a

woda

w glebę

(V

i

)

x

Godzin

y

pomiar

u

t

i

min.

odczyty

ze

zbiorni

ka

C (x

i

)

wsiąkni

ęt

a

woda

w glebę

(V

i

)

x

(cm)

(cm)

1

10:00

0

0

0

10:00

0

0,0

0,0

2

10:03

3

0,5

0,5

10:03

3

3,0

3,0

3

10:06

6

3,0

3,0

10:06

6

5,0

5,0

4

10:10

10

6,0

6,0

10:10

10

7,0

7,0

5

10:20

20

8,0

8,0

10:20

20

9,0

9,0

6

10:40

40

11,0

11,0

10:40

40

12,0

12,0

7

11:10

70

14,5

14,5

11:10

70

15,0

15,0

8

11:40

100

20,0

20,0

11:40

100

18,0

18,0

9

12:10

130

25,0

25,0

12:10

130

21,0

21,0

10

12:40

160

30,0

30,0

12:40

160

24,0

24,0

( Vi )

x

= xi (gdyż r2 = r1)

a = 15 n = 0,753

a = 16 n = 0,404

Iu = 15 · 0,753 · 2,47

-0,247

= 9,03

Iu = 16 · 0,404 · 5,96

-0,596

= 2,23





1

63

,

5

2

23

,

2

03

,

9











h

cm

Iu

I

u

= a•n•10(1-n)

n-1

(cm•h

-1)

a- punkt przecięcia
się prostej z osią
rzędnych przy ti=60

n- tangens kąta
nachylenia prostej

D

1

D

2

 2 2



  7



V [c m ]

i

t [m in ]

i

Wykres prezentujący przebieg
infiltracji

Filtracja:

Filtracja wody glebowej przebiega w porach gleby w pełni
nasyconych wodą, przy przeważającym poziomym kierunku ruchu
wody. Jeżeli woda gruntowo-glebowa znajduje się w różnych
punktach terenu pod niejednakowym naporem to woda

przemieszcza się

w kierunku naporu mniejszego. Szybkość wchłaniania wody przez

glebę

zależy od współczynnika filtracji k i od spadku hydraulicznego I.
Tak zwany wydatek wody Q wyrażający ilościowo jej przepływ

określa się

prawem Darcy’ego

Q = k *I * w *t

gdzie:

Q - wydatek wody
k - współczynnik filtracji
I - spadek hydrauliczny zwierciadła wody gruntowej wyrażający
stosunek różnicy naporów ΔH do długości drogi filtracji L, ΔH/L
w - powierzchnia przekroju
t - czas przepływu
Współczynnik filtracji k wyrażany jest najczęściej w cm*s

-1

lub

w m*s

-1

Istnieje szereg metod oznaczania

współczynnika filtracji. Są to m.in.

metody:

1. obliczeniowe z wykorzystaniem wzorów

empirycznych (na

podstawie krzywej uziarnienia),
2. laboratoryjne np. metoda Black’a
3. polowe (próbnego pompowania, zalewania studni i

dołów

chłonnych, obserwacji wzniosu wody podziemnej w

studni).

WSPÓŁCZYNNIK

FILTRACJI DLA RÓŻNYCH
UTWORÓW GLEBOWYCH

UTWÓR GLEBOWY

WSPÓŁCZYNNIK

FILTRACJI M˙S

-1

Ił

n˙10

-11

Ił pylasty

n˙10

-9,-10

Glina ciężka

n˙10

-9

Glina średnia

n˙10

-7,-8

Glina lekka

n˙10

-6,-7

Piasek gliniasty

n˙10

-5,-6

Piasek luźny

n˙10

-4

Żwir drobny

n˙10

-2,-3

Torf słabo

rozłożony

n˙10

-4,-6

Torf silnie

rozłożony

n˙10

-7,-9

Oznaczanie współczynnika filtracji na

podstawie krzywej uziarnienia

Stosowanie tej metody, jak wszystkich metod

obliczeniowych, wymaga wykonania analizy

granulometrycznej. Zasadą metody jest wykonanie

analizy granulometrycznej gruntu w celu uzyskania

krzywej uziarnienia, z której odczytuje się średnice

miarodajne (efektywne, zastępcze). Średnica miarodajna

jest wielkością, na podstawie której określa się - poprzez

wzory empiryczne - wartość współczynnika filtracji.

Średnica miarodajna de

- to średnica fikcyjnej skały

filtracyjnej, składającej się z ziaren kulistych o
jednakowej

średnicy,

która

ma

taką

samą

wodoprzepuszczalność, jak skała badana. Średnicę
miarodajną określa się jako tę średnicę, poniżej której
zawartość ziaren w składzie granulometrycznym skały
stanowi określony procent, np.: średnica miarodajna de
= d10 oznacza, że 10 % skały stanowią ziarna o średnicy
mniejszej od miarodajnej d10, a 90 % ziarna większe.
Średnica miarodajna d10 jest to więc taka średnica na
krzywej uziarnienia, od której 10% kruszywa ma ziarna
mniejsze.

Skład granulometryczny

Tabela 2.

Numer
próbki

ZAWARTOŚĆ FRAKCJI [%]

Średnica ziarn [mm]

Podgrupa

granulometrycz

na

według PTG

2 –0,5

0,5 –

0,

25

0,25 –
0,1

0,1 –
0,05

0,05 –
0,02

0,02 –
0,005

0,005 -
0,002

<0,00

2

1

24,22

41,13

23,65

4

2

3

1

1

pl

2

3,35

35,10

46,55

7

3

2

0

2

pl

3

3,27

35,42

51,31

6

1

1

1

1

pl

4

3,12

37,67

49,21

7

0

2

1

1

pl

5

4,97

29,00

50,03

10

2

1

1

2

pl

. Opracowanie wyników
1) Wykreślić krzywą uziarnienia wykorzystując dane z tabeli

(dla każdej badanej gleby).

2) Z uzyskanej krzywej uziarnienia odczytać średnice

miarodajne: de = d10 oraz d60 (dla wzoru Hazena) oraz
d20 i d50 (dla pozostałych wzorów).

) Obliczyć współczynnik niejednorodności uziarnienia:

U =d60/d10

Im współczynnik U jest bliższy jedności, tym bardziej

równomierne jest

uziarnienie i tym lepsza jest przepuszczalność ośrodka

porowatego

(skały, gruntu, gleby).

4) Obliczyć współczynnik filtracji k ze wzorów: Hazena,

Seeldheima, USBR

oraz według wzoru Darcyego

1. Q = 1,0 cm, 1 minuta, w = 19,6 cm2 , I = 2, k =

0,00046

2. Q = 14,2 cm, 1 minuta, w = 19,6 cm2 , I = 2, k =

0,0059

. Q = 16,4 cm, 1 minuta, w = 19,6 cm2 , I = 2, k =

0,00687

4. Q = 18,4 cm, 1 minuta, w = 19,6 cm2 , I = 2, k =

0,00769

5. Q = 6,8 cm, 1 minuta, w = 19,6 cm2 , I = 2, k =

0,0028