Як утворюються яри – водопроникність ґрунту – ґрунтові води
Вражаючим єосвіта ярів. Невдало проведена борозна вниз схилом — і через рік-два дощові потоки утворюють тут глибокий яр.
Руйнівну діяльність води щокроку можна побачити на берегах морів. Потужні удари штормових хвиль розбивають і кришать ґрунти, що становлять берегові укоси.
Великі неприємності завдає розмив берегів Великобританії. Так, у графстві Суссекс в окремі роки береги відступають углиб острова до 6 м.
Давайте тепер поглянемо "в корінь" цього явища. Не викликає сумніву, що тут діють два фактори: енергія води, що рухається, і здатність грунтових масивів до розмиву. Вивченням цієї здатності ґрунтів вчені займаються вже давно. Останнім часом вона оцінюється двома показниками. Перший показник — це швидкість, коли він починається відрив частинок від масиву. Неважко здогадатися, що найбільш розмиваються повинні бути мули "Їх руйнування починається при швидкостях потоку від 0,2 до 0,5 м / с" Більш стійкі піски. Вони розмиваються в залежності від крупності складових їх піщинок при швидкостях руху води від 0,25 до 0,9 м/с.
Глинисті ґрунти дуже різноманітні за складом та структурою, тому вони поводяться по-різному. Наприклад, леси починають руйнуватися при швидкостях 0,3-0,9 м/с, а морені суглинки (утворені льодовиками)-від 0,6-1,1 м/с. Найменше здатні до розмиву глини та уламкові ґрунти (жвір, галька). Їх руйнування виникає за швидкостей 1,0—2,5 м/с ( 34).
Виявилося, що чим вологіше глинисті ґрунти, тим повільніше вони розмиваються. Цю особливість стали використовувати гідротехніки для боротьби з розмивом. Канали, які будуються у глинистих ґрунтах, попередньо замочуються. Цей процес здійснюєтьсяпропуском через щойно побудований канал води з малою швидкістю.
Скельні ґрунти практично не руйнуються водою (якщо вони тільки не складаються з водорозчинних мінералів).
Велику роль виникненні розмиву грає здатність ґрунтів до розмокання. Зрозуміло, що швидше грунт розмокає, розпадаючись у своїй на дрібні частинки, тим за менших швидкостях буде починатися розмив.
Другим показником, який застосовує ґрунтознавець для прогнозу розмивання ґрунтів, служить їх здатність до руйнування водним потоком. Вона є величиною шару зразка, який розмивається при даній швидкості за певний час. Показником розмивання є товщина шару, що змивається в міліметрах протягом хвилини при певній швидкості потоку. Легко зрозуміти, що чим більша інтенсивність подібного розмиву, тим швидше такий ґрунт руйнуватиметься річкою чи морськими хвилями.
Схильність пухких ґрунтів до розмиву завдає багато неприємностей будівельникам каналів зрошувальних систем. Справді, з одного боку, до зрошуваних полів потрібно подати якнайбільше води. Для цього потрібні максимальні швидкості руху. Але вони обмежуються величинами, при яких стінки та дно каналів починають розмиватися. Перевищення цих критичних швидкостей загрожує великими неприємностями. Як бути? Є два виходи з цього положення: або зміцнити стінки та дно каналу, або просто одягнути їх бетоном, який не піддається розмиву водою.
З іншого боку, виникає питання: як практично визначити швидкість, що розмиває, і здатність до розмиву?
Потрібно сказати, що це завдання виявилося досить складним. Найкраще її рішення - організація спостереження за розмивом ґрунтів на дослідних ділянках каналів. Але це тривалий і дорогий шлях.Тому найчастіше грунтознавець судить про швидкості, що розмивають, і інтенсивність процесу за результатами випробувань зразків грунтів у спеціальних лотках. У ці лотки містяться моноліти, які піддаються дії потоку. Його швидкість поступово збільшується до початку розмиву.
Крім того, накопичився великий досвід спостережень за розмивом ґрунтів берегів річок, каналів та морських узбереж. Він дозволяє прогнозувати швидкість руйнування порід.
Ц. Є. Мірцхулава, використовуючи ЕОМ, запропонував математичний метод оцінки швидкості, що розмиває, за цілим комплексом інших властивостей грунтів. Однак цей метод поки що має більше теоретичне, ніж практичне значення.
На вулиці йде дощ. Перехожі обходять великі та маленькі калюжі. Дітлахи з криками носяться босоніж по воді. Але дощ закінчився. Виглянуло сонце. За кілька годин, а то й раніше всі сліди дощу зникли. Тільки в деяких місцях ще поблискують жалюгідні залишки дощової води, що нагромадилися в поглибленнях поверхні. Куди ж зникла переважна більшість води? На це питання відповісти не так просто. Звичайно, в місті влаштована дощова каналізація, по якій вода спрямовується в річки та моря. З асфальту вона під спекотними променями сонця також швидко випаровується. Але, наприклад, за містом немає каналізації, та й асфальт лише ria автомагістралях, а вода під час дощу навіть не встигає утворити калюжі. Дощ іде, а калюж ні.
У чому ж справа? Чому на одних ділянках калюж немає, а на інших є?
Виявляється, вся річ уводопроникності грунтів.
Згадаймо морський піщаний пляж. Набіжить ліниво хвиля, її потік збереться по ухилу, а замість того, щоб відкотитися назад, більшість води на наших очах буквально провалюється в пісок.
Ми вже знаємо, що піски маютьвеликі пори (розміром понад 0,01 мм), а це чудовий шлях для руху води. Тому пісок, подібно до ситу, не може втримати рідини. Складними шляхами вона проникає все глибше і глибше (вчені говорять «інфікується»), доки не зустріне інший ґрунт, що не пропускає воду, наприклад глину. Далі потоку колії немає. Глина майже не містить великих пір, а її тонка пористість не пропускає вільної води.
Звичайно, дуже повільно вода просочується і в глину, але цей рух відбувається зовсім інакше.
Фахівці здатність ґрунтів пропускати воду називають водопроникністю. Її оцінюють показником, який отримав назву коефіцієнта фільтрації
Водопроникність- дуже важлива характеристика ґрунтів. Вона насамперед залежить від змісту великих пір.
Найбільш проникний для води - великоблочний ґрунт, що складається з валунів, щебеню, галечників та гравію. Вода тече великими тріщинами скельних порід (граніти, гнейси та інших.), як у водопровідним трубам. Швидкість її руху, звичайно, менша, ніж у поверхневих потоках. Але все ж таки за добу вона може пробігати кілометрові відстані.
Багато великих пір і в крупнозернистих пісках, що містять зерна розміром 0,5-2 мм, а іноді і гравійні частинки діаметром 2-40 мм. У таких ґрунтах водопроникність виявляється досить великою. Їхній коефіцієнт фільтрації коливається від 100 до 600 м/добу. Це означає, що при нахилі потоку 45 ° вода може пробігти за добу 100-600 м.
Чим менше піщинка, тим тоншими стають пори. Рух води у ґрунтах уповільнюється. Так, у пісках, що складаються із середніх за розміром частинок (діаметром 0,25-0,5 мм), величина коефіцієнта фільтрації падає до 10-50 м/добу (при тому ж ухилі потоку 45е). Якщо дрібні піски (діаметр частинок менше 0,25 мм), то водарухається дуже повільно - від 0,5 до 5 м/добу.
Розглянемо глинисті ґрунти, що складаються значною мірою із частинок розміром менше 0,002 мм. Пори в таких глинах також дуже малі (менше 0,005 мм), тому рух вільної води (або фільтрації) не відбувається. Більшість тонких пір глин заповнена в природі пов'язаною водою. Коли в ці грунти надходять нові молекули Н20, то плівки, розташовані ближче до джерела, стають товщі. У цьому випадку починається переміщення вологи від більших плівок до тонших. Виникає так званий плівковий струм води.
Крім того, у глинистих ґрунтах можливий осмотичний струм вологи. Він виникає тоді, коли в різних ділянках глини є розчини з різною концентрацією солей. У цьому випадку струм вологи спрямований до ділянок із менш солонуватими водами.
Нарешті, на рух води в подібних ґрунтах значно впливає зміна температури, особливо її перепади в різних частинах масиву.
Незважаючи на існування в глинах всіх цих видів руху вологи, її швидкість виявляється у тисячі разів повільніше, ніж фільтрація вільної води.
У лесових ґрунтах, як ми вже знаємо, міститься багато великих пір. Ось тому вони мають досить хорошу водопроникність, яка досягає 2 м/сут.
На 35 показані порівняльні швидкості фільтрації води у різних ґрунтах.
Тепер зрозуміло, що коли йде дощ, то на грунтах, що добре фільтруються, вода не накопичується, а на водонепроникних утворюються калюжі. Вода, інфільтруючись у піщані пласти і досягаючи поверхні глин, далі починає рухатися вниз її ухилом. Так виникає потік ґрунтової води.
Неважко зрозуміти, що водопроникність є важливою властивістю ґрунтів. Її величину визначають аболабораторії на спеціальних фільтраційних приладах або в польових умовах. В останньому випадку про величину коефіцієнта фільтрації сухих ґрунтів судять за швидкістю вбирання води, що наливається у спеціальні стандартні кільця. При оцінці водопроникності водь насичених ґрунтових масивів використовується метод відкачування. Він полягає у визначенні коефіцієнта фільтрації за кількістю води, що видобувається при певному зниженні рівня - чим більше відкачується води, тим значніше водопроникність грунтів.
Знати величину водопроникності необхідно при створенні водосховищ, штучних морів, гребель, каналів, зрошувальних систем і в багатьох інших випадках. Вона дозволяє розрахувати водовтрати із цих споруд.
§ 2. Основні будівельні властивості та класифікація ґрунтів. Ґрунтами називають породи, що залягають у верхніх шарах земної кори.
- Глава 1. ДОСЛІДЖЕННЯ ГРУНТІВ 1.
вод заболочування та засолення земель, ерозію ґрунтів, утворення ярів, зсувів, селевих потоків "та інших явищ".
Розвитку ярів сприяє наявність пухких гірських і глинистих порід, лісоподібних суглинків, що легко піддаються розмиву.