Способ определения накапливаниявлаги b мерзлых слояхпочвогрунтов

1 ц 824001 ОПИСАНИЕИ.ЗОВРЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИД 1 ТИЛЬСТВУ Сфез Сов втеки нСфцивпистическинРеспублик(22) Заявлено 24.04 79 (21),: 2760046/18-25 с присоединением заявки М -ВеуюретеенныЯ кеинтет СССР ав ален нзебретеннЯ н ютнритнЯ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЗЙНИЯ НАКАПЛИВАНИЯ ВЛАГИ В МЕРЗЛЫХ СЛОЯХ ПОЧВОГРУНТОВ 1.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в лесном и сельском хозяйствепри водобалансовых исследованиях какна мелиоративных,так и в естественных.землях,Известен способ ойределения накапливания влаги в мерзлых слоях,почвогрунтов, включающий измеренияпотенциала влаги более глубоких неза 10мерзших слоев грунта, применяя тензиметры разных конструкций и расчетныеизвестные формулы 11Однако йо данному методу определяется только плотность потока влагиИ, к замерзшему слою в жидком виде, Привлажности почвы в пределах от максимальной гигроскопичности до влажности разрыва капилляров миграции влагив основном осуществляется путем последовательного перехода иэ жидкогов нарообраэног состояние и поэтомуэтот метод может быть применен толь, ко при замерзании особенно влажных грунтов, т.е. грунтов насыщенных 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 2Однако измерения влагозапасов общеизвестным методом замерзшего слоям почвогрунта можно осуществлять только приблизительно, так как при замерзании грунта образуются прослой" ки льда, которые в отдельные случаи могут достигать 60-100 мм, в связи с чем постоянно изменяется обьемный вес и сама глубина аэрационного; слоя почвы.Цель изобретения - повышение точности и облегчение установления количества влаги, накопившейся в эамер2400 35 45 н -нфьср 3 8закнцем почвогрунте под влиянием температурного градиента.Поставленная цель достигаетсятем, что производят определение насамой влажности почвогрунта, а количество. влаги и испытываемых образцах, отклонившееся от предельной.полевой влагоемкости Для этого визвестном способе, через заданныйпромежуток времени берут монолитыс ненарушенной структурой замерзшегопочвогрунта, помещают их.в контейнер и в оттайцшем состоянии,смачивают известным количеством воды довлажности выше, предельной полевойвлагоемкости, и измеряют количествоводы, просочившейся через испытываемый образец, а количество накопивщейся влаги в мерзлом слое почвогрунта определяют по разнице отклонившейся влаги в испытываемом образце,взятом в начале и в конце заданногопериода от предельной полевой влагоемкости.При определении количества накопившейся влаги (е) в промежутке(й.- й) времени не только до начала заданного периода в замерзшемслое (И), но и в процессе нарастанияглубины мерзлого слоя (Ь) в промежутке. (1+1 -1 п) времени, заранеепрогнозируется величина (ЬЬ) и берутся образцы почвогрунтов для определения в них влаги отклонившейся отпредельной полевой влагоеикости в начале периода каждого опыта до глубины (Н + ЬЬ) ипи глубже,Так как более удобно брать и транспортировать только замерзшие образцыпочвогрунта устанавливают величину(ц), с незначительной дополнительнойошибкой, не превышающей 0,3-0,6 Ж привзятии только испытываемых образцов .,из замерзших слоев почвогрунта.За промежуточный период (Ф, -й )между взятием образцов, если этот период не превышает 5 сут в безснежныеморозные периоды и 10-15 сут в периодах .спостоянным снежным покровом,средний слой промерзания (Мер,) определяют по формуле где Н - глубина промерзшего почвогрунта в началеф Н, - в конце периода (й+ -С,) взятия образцов.(й+4" Сп)в новозамерзшем слое (Н+- Н) определяют по уравнениюсри-(2)где 0 - количество накопнвшеисявлаги в слое Н за промежу-.ток (С-й) времени.Величины Н,Н,с определяются10 непосредственно по опытам. Глубйнумерзлого почвогрунта устанавливаютпо образцам в оттаившем состоянии.Среднеквадратическая ошибка установления цЬЬ, применяя (2), равна15 9,8 Х, но так как (цЬЬ) составляетот величина (цн) только 4-63, тоошибка установления (уЬЬ), считаяот общего количества накопившейсявлаги в замерзшем грунте, составляет20 только 0,3-,0,6 Ж.Общее количество накопившейсявлаги (ц + ц, =0)в замерзающемслое грунта за начальной промежуток(С 4 - йо) времени подсчитывают по25 формуле. НН, Ч РНа 2(3)Угде Р" и Р" - количество воды,израсЯходованное для намачи вания до влажности выше предельной полевойвлагоемкости соответственно в конце первого и второго расчетного периода взятых образцов почвогрунта доглубины (Н) замерзания на конец первогорасчетного периода;Р и Р- количество, просочившееся через монолитводы при намачиваниииспытываемых образцовсоответственно количеством воды Р и Р 2На за любой (йп-Сп)промежуток времени потакому уравнению 50 где Р",и Р,4- количество водыуизрасходованное для намачивания до влажности выше предельной полевойвлагоемкости соответ.55ственно в начале и конце расчетного периодавзятых образцов почвогрунта до глубины замерзания (Н);5Р" и Р"ь - количество просочив 1+шейся воды через монолиты почвогрунта при намачивании их соот-,.ветственно Ви ЙЬ ВИколичеством воды.Количество воды накопившееся за весь холодный период в замерзшем слое почвогрунта определяется как сумма (Ц) за отдельные периоды времени.Предлагаемый способ осуществляется за весь холодный период в замерз- . шем слое почвогрунта определяется как сумма (0.) за отдельные периоды времени.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.Иеханическим 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 глубиныпромерзания, техника и частота взятия проб устанавливаются по наставлении гидрологическим станциям .и постам,Вотборных мерзлых образцах изме-. ряют их высоту (Н+,1) и, сравнивая с предыдущими измерениями (Нс ), определяют предполагаемую глубину нарастания мерзлоты Д Ь = Н.о - Н, .Дальше в дублированных образцах снизу отрезают .ножовкой слой мерзлого грун-. та, равный величине ДЬ, 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.3После оттаивания грунта постепенно намачивают монолиты водой до начала стекания воды через дно монолитов,. измеряя для этой цели израсходованное количество воды (Й ), Окончание стекание воды черезмонолиты определяют по кривым роста объема в измерительный сосуд попавшей воды (Р ). Так как в расчетные Формулы (3) и Ь) все величины приведены для слоя почвогрунта измеренного в оттаившем состоянии, то повторно измеряют высоту (Н) дублированных окороченных иНвысоту (Н) основных неокорочеяицх образцов в оттаившем состоянии, Разделяя величину (Н) на (Н+ )полуНчают коэффициент К= - неравномерНаК 824001 6ности усадки образцов, взятых в двухближайших датах (йп) и (111) опытапри их оттаивании. Чтобы можно былоколичество воды (К1) израсходованЗ ное для насыщения до влажности вышепредельной полевой влагоемкости образцов укороченных на величину нарастания мерзлоты ( Д И ), измеренную1в мерзлом состоянии (ЬМ Н,- Н 1 )ф 10 перевести на количество воды (ЙД),которое израсходовалось бы для намачивания дублированных образцов,еспи они были бы укорочены на вели,чину (ЬЬ) нарастания мерзлоты, из- . Ю;:меренну 0 в оттаившем состоянии (ДЬ =ьН - И), величину 8+1 следует умножить на коэффициент К. Таким образомполучается К вКВ + , На коэфкФициент К умножают и количество20 (Р,) воды просочившейся через дублированные окороченным образцы щщнамачивании их количеством воды(к) .В этом случае имеет место Р, К= 2 =Рь . Имея величины Н, Н811 Р+ и Рф лго рассчитать накопившееся количество воды в мариам.слое почвогрунта под влиянием температурных градиентов. з П р и м е р. Определяется количество воды Я инакопившейся в мерзлом грунте между тремя периодами (й 1, С, й) взятия образцов. Во все три периода (С,1, йу, й) опыта берутся основные образцы с ненарушенной структурой замерзшего грунта на всю глубину промерзания. Во время (12) и (.З) берутся основные и дублированные образцы. Глубина промерзания грунта во время (Й,1),измеренная по образцам в замерзшем состоянии, равна 20 см (Н нн 20 см), а измеренная по оттаившим образцам равна 18 см (Н18 см), Глубина промерзания во время , (й) оказалась равной соответственно 21 и 19 см (Н =21 см) (Н( = 19 см); в во време тв - соответственно.22 см и 20 см (Н = 22 см; Нр 20 у). Для дублированных образцов отрезается снизу толщина нарастаниямерзлоты ( Д.Ь ) за последний промежуток опыта," .которая для периода1 (С 2- Ф) равна Н - И= 21-20=1 смвв АЬ а для периода (й - Еу).- фф Н" Н 1 щ 22 - 21 = 1 см =. Ь И.3 Й.Таким образом толщина дублированных образцов, взятых во время (Ьу),остается Н - ДЬ .21- 1=10 см НфИ7 . 824а толщина дублированных образцов,1взятых во время (й ) равна Н11 Ъ22 1 щ 21 см=Н ЬИДля намачивания основных образцоввзятых во время й,11 й 2 р й, до стека-,ния воды через дно монолитов, израсходуются соответственно слои воды,равные К 3 см; й = 2 см и В 1Н Н 2 Н 9О Р ФЪ:1 см, а слой воды:просочившиеся через уно монолитов соответственно равны РО 2 см; Р.= 3 см; Р= 3 см.н,Слои воды, израсходованные для намачивания дублированных укороченных об-.разцов взятых во время (й) и (й)до стекания воды через,дно монолитов 1 юсоответственно равны й, =1,8 см;т тирЙ 09 см, а слои, просочившиеся через дно этих монолитов 2 соответственноравны Р 2 = 2,8 см и Р, 2,9 см. ПосЛе ттаиваи дублированных укорочен- Орных образцов оказалось, что высота(Й 2 ) образцов, взятых во время (й)равна 17,9 см = Н+2 9 а для образцов,взятых во время (1 Э)р равна 18,9 см11Нй Имея эти опйтные данные, рассчитаюткоэффициент Х для образцоввзятых во время (й) и (й 2)И,Ок, = "--1005621 "ф Л;922 Заи для образцов, взятых во время И 2)и (Ф)К,: - ,:= 1005 Ъ.2н" %,9эЗатем рассчитывают ЙВ Ф 2 К-"1,8 х 1,0156 = 1,81 см; Й=0,9 1,0053 пп4 и 220 091 СМрР. = Р К= 2,8 х),0056=2,82 см;Р. = 299 х 1900532992 см, 411Количество накопившейся воды(1),1 иЮь)в замерзших образцах подсчитываат по формуле(4)Н Н Й Н 1 "ИЙ Ъ =Р -ь" Р 1 ф Н,.2 21232-1 ЫФЬ,ОО 2,00) 1 Ф ф 2,07 оц 119-181 001 8Таким образом количество водыр накопившейся в мерзлом грунте между пе; риодами (й,1 - й 2) взятия образцов за счет температурных градиентов, равнослою 2,07 см, а между периодами (й 2 и йз), равно слою 1,04 см.Использование предполагаемого изобретения поможет более точно выявить па. дення уровней почвенно-грунтовых водза 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. изобретенияСпособ определения накапливайя 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 вышепредельной 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 конце заданного периода от предельной полевой влагоемкости. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Труды БНИИМВХ 9 Минск, 1966,Редактор Т. Киселева 73 аказ 2096/61 Тираж 907 . одписноеВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППППатент , г, Ужгород, ул. Проектная, 4 рН 2 1 Н 2 рн 2 ртт 21 фЪ 2 т. 14, с, 40 47.2Ъ 1 9 2 12 Ч 2 Й 12: /2. Шебеха В.ф. Гидрологический20-9 фф режим осушаемых территорий. Минск,щ 2 Мт 200 ОООЙ+ - , ф 109 си. 1970, о. 79 (прототип) .Составитель А. ПлатоваТехред М.Голинка Корректор С. Шекма