Способ определения накапливаниявлаги b мерзлых слояхпочвогрунтов

 

О П И С А Н И Е «i@24001

И 3OSPKTK Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сов втеки к

Социаиистическиз республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(51)М. Кл.

G 01 и 25/56 (22) Заявлено 24.04 ..79 (21),: 2760046/18-25

I с присоединением заявки М—

Веуюретееены3 кемвтет

СССР ав элем веееретенвИ н ютермтвв (23 ) Приоритет—

Опубликовано 23.04 81 ° Бюллетень М 15 (53) УДК 551.508..7(088.8) Дата. опубликования описания 25 04 81

Г

Ю. Ю. Русецкас 1

1 - а- . ° 1

Литовский научно-исследовательский институт леснсло,-:;. хозяйства (.72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛ3".НИЯ НАКАПЛИВАНИЯ ВЛАГИ

В МЕРЗЛЫХ СЛОЯХ ПОЧВОГРУНТОВ

1.

Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано в лесном и сельском хозяйстве при водобалансовых исследованиях как на мелиоративных,так и в естественных. землях.

Известен способ ойределения накапливания влаги в мерзлых слоях, почвогрунтов, включающий измерения потенциала влаги более глубоких неза10 мерзших слоев грунта, применяя тензи-. метры разных конструкций и расчетные известные формулы Pl), Однако йо данному методу определяется только плотность потока влаги И, к замерзшему слою в жидком виде. При влажности почвы в пределах от максимальной гигроскопичности до влажности разрыва капилляров миграции .влаги в основном осуществляется путем последовательного перехода иэ жидкого в нарообраэноа состояние и поэтому

1 этот метод может быть применен толь ко при замерзании особенно влажных грунтов, т.е. грунтов насыцеиных влагой выше влажности разрыва капил ляров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения накапливания влаги в мерзлых слоях почвы путем отбора образцов мерзлого грунта в начале, и конце периода проведения опыта, и определения по ним изменения влагозапасов в расчетных слоях грунта(2 ..

Однако измерения влагозапасов общеизвестным методом замерзшего слоя

1 v почвогрунта можно осуществлять только приблизительно, так как при замерзании грунта образуются прослойки льда, которые в отдельные случаи могут достигать 60-100 мм, в связи с чем постоянно изменяется обьемный

sec и сама глубина аэрационного; слоя почвы

Цель изобретения — повышение точности и облегчение установления количества влаги, накопившейся в эамеэ2400) 35

45 н -н ° Ф аЬ ср

3 8 закнцем почвогрунте под влиянием температурного градиента.

Поставленная цель достигается тем, что производят определение на самой влажности почвогрунта, а количество влаги и испытываемых образцах, отклонившееся от предельной .полевой влагоемкости Для этого в известном способе, через заданный промежуток времени берут монолиты с ненарушенной структурой замерзшего почвогрунта, помещают их в контейнер и в оттайцшем состоянии .смачивают известным количеством воды до влажности выше, предельной полевой влагоемкости, и измеряют количество воды, просочившейся через испытываемый образец, а количество накопившейся влаги в мерзлом слое почвогрунта определяют по разнице отклонившейся влаги в испытываемом образце, взятом в начале и в конце заданного периода от предельной полевой влагоемкости.

При определении количества накопившейся влаги (q) в промежутке (я» »- t»») времени He TOJIBKD po Нсгчала заданного периода в замерзшем слое (И), "но и в процессе нарастания глубины мерзлого слоя (gh) в промежутке. (t„+1 -t„) времени, заранее прогнозируется величина (dh) и берутся образцы почвогрунтов для определения в них влаги отклонившейся от предельной полевой влагоеикости в начале периода каждого опыта до глубины (Н + A,h) ипи глубже.

Так как более удобно брать и транспортировать только замерзшие образцы почвогрунта устанавливают величину (q), с незначительной дополнительной ошибкой, не превышающей 0,3-0,6Х при взятии только испытываемых образцов ., из замерзших слоев почвогрунта.

За промежуточный период (й»,»» -й ) между взятием образцов, если этот период не превышает 5 сут в безснежные морозные периоды и 10-l5 сут в периодах .с постоянным снежным покровом, средний слой промерзания (Ahzp,) определяют по формуле где Н вЂ” глубина промерзшего почво1 грунта в начале, Н ».» - в конце периода (й»»+„ "t ) взятия образцов..4

Накопившуюся влагу (qgjh) за период

{t»»».4- ЙП)в новозамерзшем слое (Н»..»Н ) определяют по уравнению

""ср

» и » — (2) где q . - количество накопнвшеися влаги в слое Н за промежу= ток (t>«-t»») времени.

Величины Н,Н „,»,qн определяются щ непосредственно по опытам. Глубину мерзлого почвогрунта устанавливают по образцам в оттаившем состоянии.

Среднеквадратическая ошибка ус.тановления qgh, применяя (2), равна

9,8Х, но так как (qAh) составляет от величина (q»»<) только 4-6Х, то ошибка установления (g»r,h), считая от общего количества накопившейся влаги в замерзшем грунте, составляет

zp только 0,3-0,6Х.

Общее количество накопившейся влаги (q1» + q> =Qy)в замерзающем слое грунта за начальной промежуток (t < - йо) времени подсчитывают по

25 формуле Н Н, Ч» Н„

{3)

2 где Rr»r и R" — количество воды,израсЯ ходованное для намачиЗа вания до влажности выаге предельной полевой влагоемкости соответственно в конце первого и второго расчетного периода взятых образцов почвогрунта до глубины (Н») замерзания на конец первого расчетного периода;

Р и Р— количество, просочив» шееся через монолит воды при намачивании испытываемых образцов соответственно количеcTsoM воды R„ H R

Н »»r а за любой (гп»» -t>) промежуток времени по такому уравнению где К и Rt количество воды,израсходованное для намачивания до влажности выше предельной полевой влагоемкости соответ55 ственно в начале и конце расчетного периода взятых образцов почвогрунта до глубины замерзания (Н );

P"< и Р"ь — количество просочивt+4 шейся воды через монолиты почвогрунта при намачивании их соответственно R и R

tH к оличес твом воды ..

Количество воды накопившееся за весь холодный период в замерзшем слое почвогрунта определяется как сумма (Ял,) за отдельные периоды времени.

Предлагаемый способ осуществляется sa весь холодный период в замерзшем слое почвогрунта определяется как сумма (Qt) за отдельные периоды времени.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Механическим буром с кольцевыми фрезами берутся основные монолиты замерзшего слоя почвогрунта до такого слоя с дублированием в каждом месте определения глубины замерзания почвогрунта. Схемы размещения мест определения глубины промерзания, техника и частота взятия проб устанавливаются по наставлении гидрологическим станциям .и постам, В отборных мерзлых образцах изме-. ряют их высоту (Нл.+Л ) и, .сравнивая с предыдущими измерениями (Н ), определяют предполагаемую глубину нарасФ тания мерзлоты д Ь = Н л,л — Ht..Дальше в дублированных образцах снизу отрезают .ножовкой слой мерзлого грун-. та, равный величине g h а стенки всех образцов укрепляют сцеллофаном и ставят отдельно окороченные и ос.новные образцы на сетчатое.дно кон- тейнеров, имеющих краны для выпуска просочившейся через монолиты воды в измерительные сосуды и присоединения для защищения монолитов от испарения.

После оттаивания грунта постепенно намачивают монолиты водой до начала стекання воды через дно монолитов,. измеряя для этой цели израсходованное количество воды (R ) . Окончание стекание воды через монолиты определяют по кривым роста объема в измерительный сосуд попавшей воды (Р ).

Так как в расчетные формулы (3) и (4) все величины приведены для слоя почвогрунта измеренного в оттаившем состоянии, то повторно измеряют высоту (Н Л) дублированных окороченных и к высоту (Н ) основных неокорочеяиых образцов в оттанвшем состоянии. Раз-. деляя величину (Н ) на (Н +Л ) полуН чают коэффициент К= — неравномерНа

К еЛ

824001 6 ности усадки образцов, взятых в двух ближайших датах (t„) a (t„<) опыта при их оттаивании. Чтобы можно было

I количество воды (Rtyq ) израсходованЗ ное для насыщения до влажности выше предельной полевой влагоемкости образцов укороченных на величину нарастания мерзлоты (g h ), измеренную 1

1 в мерзлом состоянии (4h=- Ht „- Н ), 10 перевести на количество воды (Й + ), которое израсходовалось бы для намачивания дублированных образцов, еспи они были бы укорочены на вели,чину (ДЬ) нарастания мерзлоты, из- ..

tS:;меренную в оттаившем состоянии (ДЬ = !

20 (Pt ) воды просочившейся через дублированные окороченным образцы щш намачивании их количеством воды (К+.л ).

В этом случае имеет место Р +Л К=

2З =Ролл . Имея величины Н, Ht+5

Н1

RH 1Р „; P и P, 4 легко рассчитать накопившееся количество воды в ме йщбмслое почвогрунта под влиянием температурных градиентов. за Пример. Определяется количество воды Я и накопившейся в мерзлом грунте между тремя периодами (t<, t<, t ) взятия образцов. Во все три периода (tЛ, Фу, t ) опыта берутjs ся основные образцы с ненарушенной структурой замерзшего грунта на всю

-глубину промерзания. Во время (й2) и (t3) берутся основные и дублированные образцы. Глубина промерзания грунта во время (tj) измеренная по образцам в замерзшем состоянии, равна

20 см (Н 20 см), а измеренная по оттаившим образцам равна 18 см (Н

<18 см). Глубина промерзания во время, л (t@3 оказалась равной соответственно

21 и 19 см (Н =21 см) (Н = 19 см); в во време (t 1 — соответственно.

22 см и 20 см (Нл = 22 см; Н р 20у).

Для дублированных образцов отре зается снизу толщина нарастания

I мерзлоты (Д.h ) за последний промежуток опыта," .которая для периода

1 I

1 (й2- Фл) равна" Н - Н л= 21-20 1см

4h<, а для периода (t — tg).+ Н " Н = 22 — 21 = 1 см =. khan

3 .Таким образом толщина дублированных образцов, взятых во время (tg), 1 остается Н вЂ” gh .21- 1=10см Н

2 по формуле (4) н, н, Й 1 "И-" Й

Ч=р, -, " -; н..2 2

» (202-1 Ыа000-200) 1т 2 1оо 207ои>

19-18 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Труды БНИИМВХ, Минск, 1966, (. и Ид Н Hg Я "t Ht ) т.14, с, 40-47. ф, 1, Ц 2Я1,. / 2. Шебека В.Ф. Гидрологический

Я»19 % режим осушаемых территорий. Минскр

12то-091т200-9,00ф+ —,, -"1,09ои. 1970, о. 79 (ппототип) .

Составитель А. Платова

Техред М.Голинка Корректор С. Шекма

Редактор Т. Киселева

Тираж 907 одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

73аказ 2096/61

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

7 .. 824 а толщина дублированных образцов, I . взятых во время (t ) равна Н -Lh17- =

Ъ Ъ

° 22-1 =21см=Н 1.

И

Для. намачивания основных образцов взятых во время t< 9 й2 р t > до стека-, ния воды через дно монолитов, израсходуются соответственно слои воды, равные R 3 см; R - =2 см и В1 нр ° н2 Н9

0, Ф .. Ъ

=1 см, а слой воды:просочившиеся через дно монолитов соответственно рав- 16 ны Pt 2 см; Р. = 3 см; Р = 3 см.: н, 1

Слои воды, израсходованные для намачивания дублированных укороченных об-. разцов взятых во время (tg) и (tg) до стекания воды через,дно монолитов соответственно равны Rg, =1,8 см; т р и 0„9 см, а слои, просочившиеся через дно этих монолитов соответственно равны Р 2,8 см и Р . 2,9 см. ПосЛе оттаивания дублированных укорочен- 222 ных образцов оказалось, что высота

{Н ) образцов, взятых во время .(t<) равна 17,9 см = Н+, а для образцов, . взятых во время (t ), равна 18,9 см ю

»Н tg. Имея эти опйтные данные, рассчитаюткоэ@фициент Х для образцов взятых во время (tq) и (ty)

Н1„ЖО

К =- - "- -1 0056

21" 17;9 зе и-для образцов, взятых во время (t>).

jm (tq) — = 1,005Ъ.

, И0 2 н, %9

Н .. ЭЗ

Затем рассчитывают Rg Й t К1

-"1,8 х 1,0056 = 1,81 см; Rg =099 1 0053=

420,091 см,.

P . - = Р К g = 2,8х),0056=2,82 см; Р = 2,9х1,0053р2992 см.,щ

Количество накопившейся воды(1),1и

02,)в замерзших образцах подсчитывают

001 8

Таким образом количество воды, накопившейся в мерзлом грунте между пе.— риодами (й,1 - t<) взятия образцов за счет температурных градиентов, равно слою 2,07 см, а между периодами (t2 и

t3), равно слою 1,04 см.

Использование предполагаемого изобретения поможет более точно выявить па. дення уровней почвенно-грунтовых вод за счет накапливания влаги в замерзших слоях почвогрунтов и тем самым послужить точному расчету вертикального и горизонтального водообмена отдельных площадей водосборов.

Кроме того, предлагаемый способ

; дает возможность точно определить количество накопившейся влаги в мерзлых почвогрунтах выше предельной полевой влагоемкости, что необходимо при подборе параметров осушительных сетей.

Формула. изобретения

Способ определения накапливания влаги в мерзлых слоях почвогрунтов, путем отбора, образцов мерзлого грунта в начале и конце периода проведения опыта, и определения по ннм изменения влагозапасов в расчетных слоях грунта, о т,л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности определения, через заданный промежуток времени берут монолиты с ненарушенной структурой замерзшего почвогрунта, помещают их в контейнер и в оттаившем состоянии смачивают известным количеством воды до влажности выше,,предельной полевой влагоемкости, и измеряют количество воды, просочившейся через испытываемый образец, а количество накопившейся

0 влаги в мерзлом слое почвогрунта оп- . ределяют по разнице отклонившейся. влаги в испытываемом образце, взятом . в начале и конце заданного периода от предельной полевой влагоемкости.