Основи переносу вологи в зоні аерації

Тема розкриває ряд важливих понять, що характеризують зону аерації та процеси, що відбуваються там в зв’язку з переносом вологи. Дана детальна характеристика процесів та явищ, що мають місце в насичених, ненасичених та квазінасичених ґрунтах. Описана математична модель переносу вологи в ненасичених ґрунтах..

Запитання, що розглядаються в даній темі:

1. Що таке “зона аерації”?

Це простір між поверхнею землі та постійним водоносним горизонтом (горизонтом з вільною поверхнею).Зона аерації являє собою багатофазову систему – грунт, вода як розчин, повітря

2. В якому стані може знаходитись повітря в зоні аерації?

Вільному, затиснутому, розчиненому адсорбційному.

3. В якому стані може знаходитись вода в зоні аерації?

У вигляді рідини, льоду та пару.

4. Які області розподілу вологи виділяються в зоні аерації?

Верхня область активного волого обміну, середня область невеликої вологості, нижня область високої вологості.

5. Які типи стану ґрунту виділяють в зоні аерації?

Насичений, ненасичений, квазінасичений

6. Який стан ґрунту називають “насиченим”?

Коли вологість ґрунту відповідає повній вологоємності. Має місце двохфазова система – грунт та вода. Повітря відсутнє. Рух води відбувається за рахунок сили тяжіння, тобто має місце процес фільтрації у відповідності до закону Дарсі.

7. Який стан ґрунту називають “ненасиченим”?

Вологість ґрунту завжди менша, ніж повна вологоємність. Має місце трьохфазова система – грунт, вода та повітря. Вода у ненасичених ґрунтах є вільною, не передає гідростатичного тиску, не витікає, переміщується під дією внутрішніх сил та гравітації у вигляді рідини та пару.

8. Який стан ґрунту називають “квазінасиченим”?

Має місце трьохфазова система – грунт, вода, повітря.

Повітря знаходиться у затиснутому стані Вологість ґрунту менша, ніж повна вологоємність. Такий стан виникає в зоні коливань рівня ґрунтових вод, а також в зоні аерації при інтенсивному просочуванні вологи зверху. Водопроникність породи тут залежить від кількості стиснутого повітря, кількість якого поступово зменшується в зв’язку з процесом його розчинення у воді. Якщо вологість ґрунту висока - вода переміщується за рахунок капілярного тиску, якщо мала – то у плівках, що покривають поверхню ґрунту. Рідина та пар знаходяьтся у стані постійної взаємодії, тому тут має місце комбінований перенос вологи, тобто рухаючи сили змінюються.

9. Що таке “повний термодинамічний потенціал вологи”?

Це робота, що повинна бути витрачена на для того, щоб зворотно та ізотермічно перенести у певну точку ґрунту нескінченно малу кількість води, яка знаходиться на умовному висотному рівні порівняння в умовах атмосферного тиску. Виражається такою залежністю:

, де

потенціал тензометричного тиску;

гравітаційний потенціал вологи.

10. Що таке “гравітаційний потенціал вологи”?

, де

відстань від площини порівняння до точки, що розглядається;

прискорення сили тяжіння.

11. Що таке “потенціал тензометричного тиску”?

Це робота сил тиску, що віднесена до маси:

, вважаючи, що - щільність.

Таким чином повний гідродинамічний потенціал визначається таким виразом:

12. Що означає поняття “всмоктуючий тиск” та “всмоктуючи висота”?

У ненасичених ґрунтах тиск (), що виражає дію внутрішніх сил, завжди є негативним по відношенню до атмосферного, який прийнятий за нульовий. Такий тиск називається всмоктуючим, а вираз:

,

має назву – висота всмоктування.

13 .Як формулюється закон переносу вологи?

, де

коефіцієнт переносу вологи;

повний гідродинамічний напір ненасиченого стану грунту.

14. В чому суть поняття “коефіцієнт переносу вологи”?

це характеристика волого провідності ненасиченого ґрунту. Максимального значення досягає при повному насиченні ґрунту водою. В такому випадку він відповідає коефіцієнту фільтрації. Розмірність коефіцієнту переносу волого –м/добу.

15. Що таке основна гідрофізична характеристика ґрунту?

Це залежність всмоктую чого тиску від вологості ґрунту () від вологості гранту. Ця характеристика дозволяє оцінити енергетичний стан води у ґрунті та пов’язувати величину повного гідродинамічного напору з величиною вологості ґрунту, всмоктуючого тиску, висоти всмоктування та параметрів волого переносу.