METODY POLOWE OZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA FILTRACJI

W ruchu wody wolnej, grawitacyjnej, poruszającej się w profilu glebowym, rozróżnić należy dwa zjawiska: filtrację i przesiąkanie. Oba te zjawiska zależą od warunków ruchu.. wody oraz od właściwości ośrodka, mianowicie od jego przepuszczalności.

Przepuszczalnością nazywamy zdolność gleby jako ośrodka porowatego do przewodzenia cieczy pod ciśnieniem w warunkach wypełnienia wszystkich przestworków w rozpatrywanej warstwie gleby, co zachodzi w fazie filtracji.

Filtracja jest to przepływ wody przez glebę przy pełnym jej nasyceniu wodą. Miarą filtracji jest współczynnik filtracji który można określić jako przewodnictwo hydrauliczne w warunkach pełnego nasycenia gleby wodą.

Przesiąkanie natomiast zachodzi w fazie poprzedzającej całkowite wypełnienie przestworów glebowych lub w fazie końcowej, gdy część wody opróżni już przestworki.

Zdolność gleby do przewodzenia wody zależy przede wszystkim od jej składu granulo metrycznego, porowatości, struktury i tekstury, a także od fizyczno chemicznych właściwości wody, głównie od jej lepkości. Przewodzenie wody w glebie w dużym stopniu zależne jest również od zawartości w niej. koloidów, próchnicy oraz niektórych składników, jak np. związków

żelaza, które mogą uszczelniać przestworki między cząstkami gleby.

Współczynnik filtracji oblicza się. na podstawie prawa Darcy'ego:

V = K * I [ cm.s-1] (1)

gdzie:

v - prędkość filtracji wody, tj. stosunek natężenia przepływu Q

do całkowitej powierzchni przekroju próbki F ( V = Q / F)

K - współczynnik filtracji,

I - spadek hydrauliczny wyrażony stosunkiem różnicy ciśnień h na końcach próbki do jej wysokości I (h/I)

Po przekształceniu wzoru (1) współczynnik filtracji oblicza się stosując następujący wzór:

K = Q / F * I [ cm 5-1 ] (2 )

Zastosowanie właściwej metodyki oznaczania współczynnika filtracji ma duże praktyczne znaczenie. Obecnie stosuje się szereg metod pomiaru "K" , które ogólnie można podzielić na metody laboratoryjne i polowe. Metody laboratoryjne umożliwiają wyznaczanie współczynnika filtracji w sposób wynikający bezpośrednio z prawa Darcy'ego i dlatego są w pewnym sensie metodami podstawowymi. Metody polowe oparte są najczęściej na uproszczonych schematach hydraulicznych ruchu wody gruntowej, stąd wyniki pomiarów są tylko wówczas właściwe, gdy przyjęty schemat jest dostatecznie zbliżony do układu rzeczywistego. Mimo to, oznaczanie współczynnika filtracji metodami polowymi pozwala na uzyskanie bardziej miarodajnych wyników, albowiem pomiary prowadzi się na stosunkowo dużej części badanej warstwy wodonośnej.

W ramach niniejszych ćwiczeń zajmiemy się oznaczaniem współczynnika filtracji jedną z metod polowych, tj. metodą polegającą na pomiarze szybkości podnoszenia się poziomu wody w studzience wierconej przy swobodnym zwierciadle wody gruntowej. Ponadto omówione będą jeszcze dwie inne metody polowe, zaś metody laboratoryjne oparte na hydraulicznym schemacie Darcy'ego zostaną podane na wykładach.

Omówione zostaną trzy metody polowe, z których dwie polegają na pomiarach napływu wody do studzienek wierconych, a jedna oparta jest na pomiarze prędkości wsiąkania wody do gleby. Dwie pierwsze metod stosowane są do wyznaczania "K w zawodnionych warstwach gruntu, natomiast trzecia może być wykorzystywana w badaniach warstw płytkich znajdujących się ponad zwierciadłem wody gruntowej.

2. Oznaczanie współczynnika filtracji na podstawie pomiarów szybkości podnoszenia się poziomu wody w studzience wierconej przy swobodnym zwierciadle wody gruntowej.

2.1. Opis metody oraz warunki i zakres jej stosowania

Jedną z bardziej rozpowszechnionych polowych metod oznaczania współczynnika filtracji dla potrzeb melioracji jest metoda oparta na pomiarze szybkości podnoszenia się poziomu wody w studzience wierconej po jego uprzednim nagłym obniżeniu. Obniżenie to uzyskuje się usuwając wodę ze studzienki specjalnym czerpakiem. Przed przystąpieniem do wyznaczania współczynnika filtracji poziom wody w studzience powinien być ustalony, tzn. zrównany z poziomem wody gruntowej. Metodę tę można stosować w glebach jednorodnych, gdy poziom wody gruntowej występuje nie głębiej niż 1,5 m, lub co najmniej 0,3 m powyżej spągu badanej warstwy. Znajduje ona zastosowanie przede wszystkim na terenach płaskich o wysokim poziomie wody gruntowej.

Metoda ta nie powinna być stosowana przy występowaniu wód naporowych oraz przy znacznych spadkach zwierciadła wody gruntowej, w pobliżu rowów, zbiorników wodnych itp.

Otrzymane wyniki pomiarów dotyczą strefy o promieniu 30 - 50 cm, ograniczonej od góry poziomem wody gruntowej i sięgającej kilkunastu centymetrów poniżej dna studzienki. Głębokość zależy między innymi od rodzaju badanych utworów. W gruntach jednorodnych słabo lub średnio przepuszczalnych studzienka powinna sięgać 60 - 70 cm poniżej zwierciadła wody gruntowej, natomiast w gruntach przepuszczalnych 40 - 50 cm.

W gruntach piaszczystych po wywierceniu studzienki należy umieścić w niej perforowaną rurę obsadową, która zabezpiecza ją przed zamuleniem oraz utrzymuje właściwy kształt. Po ustaleniu się poziomu wody w studzience głębokość zw. wody względem przyjętego poziomu

(rys.2).

Czas potrzebny do ustalenia się poziomu wody zależy od rodzaju gruntu i waha się od kilkunastu minut w gruntach przepuszczalnych do kilku godzin w słabo przepuszczalnych. Następnie odpowiednim czerpakiem usuwa się wodę w celu obniżenia jej poziomu o około 30 - 60 cm.

W glebach słabo przepuszczalnych usuwa się 50 - 60 cm sł. wody, natomiast w glebach przepuszczalnych wystarczy 30 - 40 cm.