Виды воды в почве. Закон Дарси

Вода в почвогрунтах может находиться в твердом, жидком и парообразном состоянии и подразделяется на парообразную, связную и свободную. Парообразная влага заполняет свободные пустоты (поры) грунта в форме пара, передвигаясь из областей с повышенной упругостью в места с более низкой. Связная влага подразделяется на гигроскопическую и пленочную.

Гигроскопическая влага накапливается в почве за счет сорбционных сил почвенных частиц и удерживается молекулярными силами. Содержание гигроскопической влаги зависит от количества парообразной влаги в воздухе. Высший предел гигроскопической влаги, сорбированной почвой, соответствует максимальной гигроскопичности.

Пленочная вода, удерживаемая молекулярными силами почвенных частиц и воды, может увеличиваться до максимальной молекулярной влагоем кости. Передвижение такой воды возможно только путем перетекания от частиц почвы с толстыми пленками влаги к частицам с тонкими пленками. Перемещение влаги идет очень медленно без участия силы тяжести.

Свободная влага удерживается в почве за счет сорбционных сил и капиллярных свойств почв или грунтов. Она подразделяется на стыковую, капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую. Максимальное содержание капиллярно-подвешенной влаги в почве соответствует полевой влагоемкости (наименьшей влагоемкости). Под полевой влагоемкостью понимают способность почвы удерживать в капиллярах максимально возможное количество воды без стекания вниз. Передвижение воды в таком состоянии возможно только при увеличении увлажнения, проявляясь путем увеличения слоя промачивания. Свободной фильтрации воды нет. Максимально возможное содержание воды в почвогрунтах, когда происходит полное заполнение всех пор влагой, определяет понятие полной влагоемкости.

Вода, заполняющая поры почвы и передвигающаяся под влиянием сил тяжести, называется гравитационной. При полном насыщении водой почвогрунтов, когда заполнены все поры, движение воды происходит вследствие гидродинамического давления. Гравитационную воду часто называют грунтовой водой. Движение грунтовой (или гравитационной) воды в пористой среде называется фильтрацией, измеряемой скоростью и количеством расхода воды, протекающей в единицу времени через единицу площади, выделенную в пористой среде. Закономерности движения жидкости в пористой среде установлены в середине XIX века французским инженером Дарси.

В пористой среде, каковой является почва, фильтрующаяся вода вследствие вязкости испытывает большое сопротивление. Движение воды может происходить только при наличии определенного уклона, изменяющегося в зависимости от водно-физических свойств почв и, прежде всего, пористости грунта.

В порах крупнозернистых грунтов (гравий, галька, щебень и др.) скорости фильтрации может быть очень большой и не зависеть от пористости; в таком случае вода движется как в открытом потоке и ее движение не подчиняется закону Дарси, что является верхней границей применения уравнения Дарси.

К грунтовой следует относить гравитационную воду, движение которой в почве подчиняется закону Дарси независимо от глубины залегания в почве или грунте. Существующие в почвоведении понятия «верховодка», «почвенная вода», «грунтовая вода» суть разновидности грунтовой воды.