13041 meteo1

skalne i przesuwa się w głąb pod wpływem siły grawitacji. Ruch ten występuje po uprzednim wypełnieniu wszystkich kapilarnych przestrzeni skalnych.

W wysokich szerokościach geograficznych stale (wieloletnia zmarzlina), a w umiarkowanych w porze zimowej może też występować w gruncie woda w postaci lodu. Zachowuje się ona tak jak woda krystalizacyjna.

3.2o Charakterystyki wilgotności gruntu

Wody występujące w gruncie w strefie aeracji, to jest para wodna, woda związana fizycznie, woda kapilarna i wolna woda wsiąkowa, są określane mianem wilgoci gruntowej. Ilość tej wilgoci jest zmienna i zależna od warunków pogodowych: wzrasta w czasie opadów i roztopów, maleje zaś w okresie suszy atmosferycznej.

Występująca w strefie aeracji woda kształtuje uwilgotnienie gruntu¹, wyrażone jako wilgotność wagowa, wilgotność objętościowa, wilgotność względna lub jako zapas wody.

Wilgotność wagowa jest to stosunek masy wody (mj do masy suchego gruntu (w_v), czyli:

Wilgotność objętościowa (zawartość wody w gruncie) jest to zawartość wody w stosunku do objętości gruntu w stanie naturalnym:

V

v

gdzie: 6 - wilgotność objętościowa, V_w - objętość fazy ciekłej (cm³), V- objętość próbki gruntu o nienaruszonej strukturze (cm³). Jeśli celowe jest określenie ilości wody w gruncie w milimetrach, wówczas 1% objętościowy odpowiada 1 mm warstwy wody w profilu o miąższości 10 cm.

Wilgotność względna określa stopień nasycenia wodą gruntu; jest to stosunek ilości wody w gruncie do ilości wody, jaka mogłaby się w tym gruncie pomieścić:

_W/-_

gdzie: wy- wilgotność względna, V_w - objętość fazy ciekłej gruntu (cm³), V_a - objętość fazy gazowej gruntu (cm³).

W geologii stosowanej wilgotność względną nazywa się stopniem wilgotności (S_r). Ze względu na wielkość tego stopnia grunty dzieli się na: suche (S_r = 0), mało wilgotne (0 < S_r < 0,4), średnio wilgotne (0,4 < S_r< 0,8) i wilgotne (0,8 < S_r < 1,0).

Zapas wody, czyli ilość wody w gruncie, jest obliczany jako:

^ws-hP‘-^

gdzie: WS - zapas wody (mm), 6_t - średnia wielkość wilgotności objętościowej gruntu w i-tej warstwie profilu, Az,_: - miąższość i-tej warstwy profilu.

Zróżnicowanie przestrzenne i zmienność czasowa zapasu wody w strefie aeracji są jednym z ważniejszych ogniw cyklu hydrologicznego. Od zapasu wody w strefie aeracji zależy bowiem dalsza rola wody opadowej w procesach parowania, wsiąkania i formowania odpływu rzecznego.

W strefie aeracji zmiany wilgotności gruntu mogą zachodzić w ściśle określonych granicach, to jest od stanu skrajnie suchego do stanu saturacji, czyli pełnego nasycenia wodą. Uwilgotnienie tej strefy zmienia się wraz z głębokością i jest zależne przede wszystkim od ilości wody kapilarnej występującej w gruncie. W profilu strefy aeracji wyróżnia się trzy warstwy o różnym stopniu uwilgotnienia (Piątkowski, Czarnota-Bojarski, 1964):

® warstwa nad zwierciadłem wody gruntowej, znajdująca się w strefie wzniosu kapilarnego, nasycona prawie w 100% wodą kapilarną;

® wyżej leżąca warstwa o uwilgotnieniu ok. 80%, w której część porów gruntu wypełnia powietrze, a część, w postaci nieprzerwanej sieci kanalików, woda kapilarna;

® warstwa dochodząca do powierzchni terenu, w której woda kapilarna znajduje się w oderwanych, drobnych układach niepowiązanych ze sobą w jedną całość, aczkolwiek po opadach i roztopach stan wilgotności tej warstwy może się znacznie zwiększyć.

Głównym źródłem wilgoci gruntowej jest woda atmosferyczna, pochodząca przede wszystkim z opadów trafiających na powierzchnię gruntu, ale też i para wodna pochłaniania z atmosfery. Ilość wsiąkającej w grunt wody i pochłoniętej z atmosfery pary wodnej zależą przede wszystkim od przepuszczalności utworów powierzchniowych² i zdolności gruntu do pochłaniania i utrzymywania w sobie pewnej ilości wody³ oraz od natężenia opadu. Znaczącą rolę odgrywają także inne czynniki meteorologiczne, m.in. temperatura i wilgotność powietrza. Wysoka temperatura powietrza ułatwia i przyspiesza parowanie wody z gruntu, przez co ujemnie wpływa na stan wilgoci gruntowej; parowanie wody z gruntu zwiększa także niska wilgotność powietrza. Ilość pochłoniętej przez grunt, a zwłaszcza przez glebę, pary wodnej zależy także od zawartej w niej materii organicznej, od ilości i rodzaju koloidów glebowych (zwłaszcza hydrofil-nych) oraz od rodzaju jonów nasycających sorbenty glebowe.

Przepuszczalność gruntu, warunkująca wsiąkanie wody opadowej, zależy od wymiaru i kształtu wolnych przestrzeni w gruncie, a więc od jego porowatości. Liczbową miarą porowatości jest współczynnik porowatości (porowatość ogólna), będący stosunkiem objętości wolnych przestrzeni zajętych przez powietrze i wodę do całkowitej objętości gruntu:

r = -L. ioo%

⁰ V

gdzie: P_a - porowatość ogólna, V całkowita objętość porów, V- całkowita objętoM gruntu. Porowatość wyrażamy zatem w częściach jedności albo w procentach.

W

48

1

Ilość wody znajdującej się w całej strefie aeracji określa wilgotność grantu, a ilość wody w glebie wilgotność gleby.

2

   Przepuszczalność utworów powierzchniowych określa zdolność przewodzenia wody wolnej. Jej minoi jest prędkość pionowego ruchu wody w pełnym nasyceniu ośrodka skalnego i pod normalnym ciśnicnn iii Utwory bardzo dobrze przepuszczalne chlon;| opad (np piaski bez roślinności wchłaniają 58% opadu z po wierzchni), natomiast utwory trudno pr/.cpus - nim n 11 n. 111 i a pi jego wsiąkanie.

3

Miarą zdolności gruntu do pochłaniania inii.-s my w a w sobie pewnej ilości wody jest pojemność wodna