> Техника, страница 74 > Просачивание

Просачивание

Просачивание, явление протекания жидкости сквозь поры тела. Величина П. воды в почву существенно зависит от свойств почвы и наклона ее поверхности; чем более водопроницаема почва и чем меньше наклон ее поверхности, тем больше П. Просачивающаяся в почву вода играет существенную роль в жизни растений; с одной стороны, вода является растворителем питательных веществ для растений, с другой,— она является средством передвижения для тех веществ, которые непосредственно недоступны корням растений; независимо от этого при П. воды засасывается свежий воздух, обогащающий почву кислородом. Вода, проникая в почву, проходит через верх ние слои ее, пока не достигнет водонепроницаемого слоя; здесь вода заполняет начиная снизу, все поры и образует т. о. слой почвенной воды. Если водонепроницаемый слой наклонен, вода стекает по наибольшему уклону; при мульдообразной (корытообразной) форме поверхности водонепроницаемого слоя вода стекает на дно мульды, где стоит неподвижно. Просачивающаяся в почву атмосферная вода движется вниз под действием тяжести, подвергаясь притом до глубины 0,3—0,6 метров также испарению. Чем меньше испаряемость и влагоемкость грунта, тем больше П. Количество просачивающейся воды измеряется высотою равного по объёму слоя ее, выраженною в миллиметров и называемого высотой П. Эта высота, отнесенная к продолжительности П. в ск., называется скоростью П., которая м. б. измерена особым прибором, представляющим собою открытую цилиндрич. стальную короткую трубу высотой 400 миллиметров и диам. в свету 200 миллиметров; внутри этой трубы на расстоянии 100 миллиметров от верхнего края перпендикулярно к ее оси имеется тонкое вынимающееся сито; на высоте 200 миллиметров приделан кольцеобразно охватывающий трубу поясок из углового железа; нижний край трубы заострен в виде резца. Этот прибор вгоняют в почву до упомянутого пояска, то есть на глубину 200 миллиметров, после чего через сито осторожно наливают до уровня сита воду, заполняющую в трубе пространство высотою 100 миллиметров, и диам. 200 миллиметров. Время окончания подливания воды записывают, после чего сито вынимают и заменяют крышкой для уменьшения испарения. Время окончания впитывания также замечают. Разность между отметками времени определяет длительность впитывания 100-лш слоя йоды в исследуемую почву; высота слоя в миллиметров, деленная на длительность впитывания в ск., дает величину скорости П. Рекомендуется также отмечать t° и барометрич. давление, оказывающие известное влияние на водопроницаемость почвы. Количество воды, просачивающейся в грунт, различно и находится в зависимости от высоты атмосферных осадков, климата, времени года, рода грунта и свойств его поверхности. Зависимость высоты П. от высоты атмосферных осадков видна из опытных данных, представленных в таблице 1. Эти опыты производились на протяжении нескольких лет в Роземстиде (Ro-thampstead), причем П. измерялось на глубине 1,5 метров от поверхности земли.

Т а б л. 1.—3 ависимость высоты П. от высоты атмосферных осадков.

Высота Я атмосферных осадков, миллиметров	Высота просачивания		Высота испарения, мм
	ММ	% ОТ Я
596	246	41,3	350
722	318	44,1	404
847	435	51,3	412

Чем больше высота атмосферных осадков, тем больше также и высота П. Наибольшее количество воды за определенный промежуток времени пропускает песок, за ним следует торф rf далее глина; примесь песка к другому грунту увеличивает П., примесь же глины или торфа уменьшает таковое. Чем крупнозернистее почва, чем положе и более шероховата ее поверхность, тем более П. В период роста растений часто совершенно отсутствует П., т. к. влага воспринимается самим растением; через почву на невозделанном поле просачивается значительно большее количество воды, чем на занятом под культуру. Опыты, произведенные Зельгорстом, выявили следующую зависимость П. от рода культуры растений, приведенную в таблице 2.

Таблица 2,—3 а в и с и м о с т ь величины просачивания от рода культуры растений.

Месяцы	Я* в миллиметров	Высота просачивания
		Рошь		Картофель		Пар
		ММ	в % от Я	ММ	в % от Я	ММ	в % от Я
XI	86	33	38	22	26	74	86
XII	63	34	54	32	51	35	56
I	48	37	77	36	75	44	92
II	41	59	144	57	139	66	161
III	54	23	43	24	44	25	46
IV	67	41	61	42	62	39	58
V	46	1	2	4	9	5	11
VI	105	—	—	10	10	32	31
VII	113	—	—	5	4	40	36
VIII	43	4	9	1	2	13	30
IX	67	4	6	4	6	41	61
X	111	44	40	42	38	82	74
За год.	744	280	38	279	37	496	67

* Замеренная высота атмосфер осадков.

В нек-рые месяцы высота П. больше высоты осадков, что объясняется одновременным П. более ранних по времени водных запасов почвы. Более точное определение величины П., при к-ром были бы учтены атмосферные осадки, выпавшие в предшествующее измерению П. время, м. б. сделано при помощи корреляционного метода исчисления. Скорость, с которой дождевая вода проникает в грунт, различна; она составляет для песчаного грунта ~1 м/ч; для торфа 0,4—0,6 м/ч и для глинистого грунта ОД—

0,2 м/ч. Скорость просачивания следует закону Дарси, по которому

v=kj, (1)

где h—активная высота столба воды (от свободной поверхности до уровня почвенных вод);

I—высота столба грунта, находящегося под действием этого столба воды; к—коэфици-ент пропускной способности грунта, зависящий от свойств грунта и коэф-та вязкости воды. Чем больше длина I пути П. воды, тем более сопротивление от трения, зависящее также от величины и формы поперечного сечения канальцев между отдельными зернами грунта, то есть от площади поперечного сечения этих канальцев и их смачиваемого периметра, зависящего в свою очередь от размера зерен грунта. При разных величинах смачиваемого периметра могут при одном и том же объёме пустот (пор) между зернами грунта получиться разные скорости просачивания. Чем уже поры грунта, чем меньших размеров след, канальцы его, тем больше смачиваемый пери метр их, а потому тем меньше скорость П. Последняя тем меньше, чем больше величина I и чем меньше величина h. После засухи например наполненная водой канава в первое время теряет от П. в грунт значительно больше воды, чем позже, когда б. или м. толстый слой грунта пропитался ею. Что касается коэф-та пропускной способности грунта, то для его определения были произведены многочисленные опыты, на основании которых были предложены различные ф-лы, не имеющие однако практич. значения, т. к. они были получены из данных для определенного состава и качества грунта; например для чистого песка было найдено, что к=(36-У50) d² см/ск, где d—средний диам. зерен грунта. Другие ф-лы дают результаты также в широких пределах отличающиеся друг от друга. Все это объясняется различием размеров зерен грунта и разнообразием свойств его. Ко всему этому присоединяется еще то обстоятельство, что на величину пропускной способности грунта влияют барометрич. давление и t°, от которой зависит коэф. вязкости. Все эти обстоятельства затрудняют определение коэф-та пропускной способности грунта расчетным путем. Поэтому является более целесообразным определить этот коэф. опытным путем; с этой целью измеряют величины I и h, а также протекающее в единицу времени через определенное поперечное сечение F исследуемого грунта количество воды Q. Т. к.

V=%, то из сопоставления этого выражения

Г

с равенством (1) получается;

Чтобы дать представление о величине коэф. к, приводим в таблице 3 результаты нек-рых лабораторных опытов. ^ ^

Знание скорости П. за известный промежуток времени существенно важно при проектировании орошения полей, давая критерий для определения необходимого расхода воды. Совершенно иной характер имеет П. из стоячих и текущих вод открытых водоемов по сравнению с П. атмосферных осадков на суше. В первом случае П. происходит непрерывно, вследствие чего высота П. получается значительно большей, чем в последнем случае. Знание этой величины существенно важно в вопросах о по-

Таблица 3.—3 ависимость коэфициента k пропускной способности грунта от свойств грунта.

Род исследованного	Размер зерен,	k,		Исследова-
грунта	ММ	М/СК		тели
Смесь песка.	Через сита с отвер-
	стиями:
	0,77 миллиметров прошло 58% )
	1,10 » » 13% > 2,00 » » 12% j	0,0003		Дарси
Дюнный песок (Гол-
ландия).	—	0,0002		Пеннинк
Песок со следами глины.		0,000В		Комиссия
Речной песок. » ». Фпльтерный песок (Гамбург).	0,1—0,3 0,1—0,8	0,0025 0,0088 0,0077.		ройке канала в Мюнстере
Мелкий гравий. Гравий средних раз-	2,0—4,0	0,0300		Величков- ский
меров.	4,0—7,0	0,0351

лучении искусственных грунтовых вод при проектировании водоснабжении и при расчетах судоходных каналов. Непосредственным измерением найдено, что в нек-рых каналах (Rhein—Heme, Rhein—Marne, Dortmund—Ems и Neckar—Donau) высота П. за день составляет 20—34 миллиметров. В известковопесчаных, глинистых и песчаных грунтах по опытным данным высота П. варьирует в пределах от 0,0058 до 0,1116 миллиметров/ск. Серьезный вопрос представляет П. воды через ги-дротехнич. сооружения, т. к. от большего или меньшего П. зависит целость этих построек. Плотины, шлюзы, перемычки и прочие гидротехнич. сооружения подвержены П. воды, если они недостаточно уплотнены и имеют недостаточную водонепроницаемую изоляцию. Такие сооружения м. б. разрушены просачивающейся сквозь них водою, если последняя выступает на наружном откосе их в виде ключа. Помимо потери воды при П. сквозь тело гидротехнич. сооружения необходимо выяснить высоту, на которой произойдет истечение воды, т. к. эта высота определяет тот предел, до которого откос должен быть предохранен от П. Для оценки П. воды через тело плотины или тому подобную вертикальную преграду может служить диферен-циальное ур-ие депрессионной поверхности просачивающейся через рассматриваемое тело воды:

(3)

0²№²), ЭЦЫ) _ _пI я,2

дх^{2 1} ду где h—глубина воды или апликата рассматриваемой точки депрессионной поверхности, а а; и у—абсцисса и ордината этой точки. Вопрос о П. воды вдоль плотины в данном случае отпадает, поэтому формула (3) примет вид:

^-0. №

В этом ур-ии величина h м. б. выражена параболич. ф-ией:

h=У А + Вх, (5)

где постоянные величины имеют значения:

А =

В =

Щх? — b,?₂Х1 Х±—Х2 ’

(6)

(?)

ад-Ха где и h₂—глубины воды в верхнем и ниж нем бьефах, а и ж₂—координаты соответствующих этим глубинам точек депрессионной кривой. Скорость фильтрации выразится ур-ием:

dh в h hl-hI ^

1- <*»_ 7. в h-hl-bl

dx ^ 2h 2h-x_a-Xi’

где fc—коэф. водопропускной способности материала, из которого сооружена плотина. Просачивающееся количество воды на п. м длины плотины определится из выражения:

Q=hv_x -·

2 Х% — Xj.

(9)

Величина Q служит критерием для оценки прочности сооруженной плотины. О материалах, применяемых для достижения водонепроницаемости гидротехнич. сооружений, см. Водонепроницаемость гидротехнических сооружений.

Лит.: Finser О., Meliorationen, В. 1, В., 1921; К г fl g e г E., Kulturtechnischer Wasserbau, В., 1921; Ziegler Р., Der Talsperrenbau, 3 Aufl., В. 1—2,

В., 192S—27; Jegher C., Zur Wasserbilanz des· Kraftwerkes Waggital, «Schweizerisehe Bauzeitung», Zurich, 1925, B. 86; Forchheimer Ph., Grund-riss d. Hydraulik, 2 Auil., Lpz. — B., 1926;

Prinz E., Handbuch d. Hydrologie, 2 Aufl., B., 1923; Forchheimer Ph., Hydraulik, 2 Aufl., Lpz., 1930; Schaffernak F., Ueber die Stand-sicherheit durchlassiger geschutteter Damme, «Deutsche^ Allg. Bauztg»; B., 1917; Sehoklitsch A., Der Wasserbau, В. 1—2, W., 1930; Friedrich A., Kulturtechnischer Wasserbau, В. 1, 4 Aufl., B., 1923, B. 2, 3 Aufl., 1914; Schmied J, Wasserbewegung im Dammkorper, B., 1928. С. Брилинг.