Трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почвы

Трубка предназначена для полевого метода определения водопроницаемости и фильтрации с постоянным водным напором почвы и грунта ненарушенного сложения с поверхности и по отдельным генетическим горизонтам или слоям с большим числом повторностей. Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных свойств трубки, повышение точности измерений, снижение трудоемкости процесса для широкого диапазона почв и грунтов ненарушенного сложения. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в возможности использования устройства (трубки) в любых условиях, как в стационарных так и, экспедиционных. Поставленная задача достигается тем, что трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почв состоит из полихлорвиниловой трубки 1 внешним диаметром 5 см и опорного кольца 4 внешним диаметром 9 см, соединяемых между собой клеевым соединением или специальной сваркой полихлорвиниловых труб, смотрового окна 3 и водомерного диска 2. Устройство прост в изготовлении и эксплуатации. Заявляемый образец иллюстрируется двумя чертежами.

Трубка предназначена для полевого метода определения водопроницаемости и фильтрации с постоянным водным напором почвы и грунта ненарушенного сложения с поверхности и по отдельным генетическим горизонтам или слоям с большим числом повторностей.

Водопроницаемость одно из важнейших водно-физических свойств почвы. Водопроницаемость в сильной степени зависит от плотности, пористости почвы и грунта - от величины и формы пор, что в свою очередь, связано с гранулометрическим и агрегатным составом почвы.

Для полевых определений водопроницаемости наиболее распространенными являются методы рам, методы заливаемых площадей, лизиметрический и метод трубок.

Рамы, имеющие различную площадь и форму (цилиндрическую, квадратную и прямоугольную). Изготовленные из металла или дерева врезают в почву, в них заливают воду и учитывают скорость впитывания ее за определенные интервалы времени, при постоянном или переменном напоре.

Комплект состоит из двух рам: малая рама (внутренняя) площадью 25х25 см - учетная и большая (наружная) площадью 50х50 см - защитная, ограничивающая боковой отток воды из внутренней рамы. Наполнение водой контрольных рам производится поочередно. Сначала воду наливают ведрами, предварительно вымеренными, пока уровень ее не достигнет нужной метки. С этого момента начинают учет воды, подливая ее все время уже мерными стаканами или кружкой, для поддержания постоянного уровня в двух рамах, а в конце интервала подсчитывают объем воды, долитой в каждую раму. Общий срок наблюдений составляет 5-6 часов. Определение проводится с тройным контролем (3 комплекта рам). Расстояние между комплектами 50 см [Учебное руководство

к полевой практике по физике почв. Под ред. А.Д.Воронина. - М.: МГУ, 1988. - 90 с.].

Используемые рамы дают как качественную, так и количественную характеристики, но имеют существенный недостаток - очень трудоемки и водоемки.

Для определения водопроницаемости имеется прибор Нестерова ПВН-00. Прибор ПВН-00 с автоматической подачей воды представляет собой комплект, в которой который входят стальные рамы: внутренняя диаметром 22,5 и наружная диаметром 45,0 см; три герметически закрывающиеся пробками бачка для воды, снабженных двумя подвижными трубками, проходящими через дно сосуда, с помощью которых по принципу Мариотта регулируется уровень воды над поверхностью почвы. Для установки бачков над рамами в комплекте имеется штатив-распорка с отвесом для проверки правильности установки прибора. На внутренней стороне рам нанесены деления от 0 до 10 см для контроля уровня или напора воды на поверхности почвы.

Ход работы такой же, как и в методе рам, цилиндрические рамы устанавливаются на подготовленную для определения водопроницаемости площадку. Кроме того, рядом с установленным прибором необходимо приготовить запас воды (несколько сотен литров) для постоянного поддержания напора воды в цилиндрах. Следует также учитывать, что при нагревании стенок бачка воздух внутри него также нагревается и выталкивает воды больше, чем ее впитывается в почву. Особенно это сказывается в жаркую погоду и при малой водопроницаемости. Поэтому при работе следует предохранять бачки от перегрева. Недостатком данного метода являются большой расход воды и неточность определения коэффициентов водопроницаемости и фильтрации [Учебное руководство к полевой практике по физике почв. Под ред. А.Д.Воронина. - М.: МГУ, 1988. - 90 с.].

Известно устройство для определения коэффициента фильтрации, содержащий напорный бак с водоподающей, водоотводящей и сливной трубками, фильтрационный прибор с водоподающей, камерой фильтрационными дисками, водосливной трубкой и мерным цилиндром для замеров фильтрационных

расходов воды [патент РФ №2011964 МПК G01N 15/08, 30.04.1994].

Недостатками прибора являются трудоемкость обслуживания, так как требуется большой расход воды, небольшая точность измерений, невозможность фиксации процесса фильтрации во времени, а также пригодность для конкретного типа грунтов.

Известно устройство для определения коэффициента фильтрации грунтов, включающее систему водоподачи с напорным бачком и имеющим возможность перемещения вдоль вертикальной стойки уравнительным бачком, соединенных с друг с другом водоподводящей трубкой, а также фильтрационный блок с водовыпуском, соединенный водоподающей трубкой с уравнительным бачком и приспособлением для замеров расхода фильтрационной воды [патент РФ №2011964 МПК G01N 15/08, 30.04.1994].

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно работает в системе водопровода-водослива и требует регулирования уровня воды в уравнительном баке, периодического измерения объема профильтровавшейся через грунт воды. Результаты исследований не отличаются точностью. Устройство сложно и громоздко при этом еще нарушается поверхностное сложение почвы и грунта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является металлическая трубка диаметром 5-6 см и высотой 13 см. Трубки по сравнению вышеперечисленными устройствами менее трудоемки и не требуют большого количества воды. Поэтому трубка может быть использована для изучения водопроницаемости и фильтрации почвы и грунта ненарушенного сложения с поверхности и по отдельным генетическим горизонтам или слоям с большим числом повторностей [Учебное руководство к полевой практике по физике почв. Под ред. А.Д.Воронина. - М.: МГУ, 1988. - 90 с.].

Существенным недостатком этого устройства является то, что металлические трубки быстро ржавеют. Если работы проводятся в «разрезах», то за расходом воды наблюдать невозможно или необходимо еще один человек, который бы фиксировал уровень воды в трубке сверху. При заливке воды в трубки

часто нарушается верхний слой почвы. При установке трубок на горизонтальную почвенную площадку на глубину 5-7 мм с внешней стороны каждой трубки идет боковой отток воды, хотя почву уплотняют рукояткой молотка или ножа. С другой стороны, если грунт песчаный, невозможно четко контролировать глубину погружения трубки в почву, тем самым нарушается высота столба воды (напора). В зависимости от почвенного грунта трубки устанавливаются не вертикально.

Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных свойств трубки, повышение точности измерений, снижение трудоемкости процесса для широкого диапазона почв и грунтов ненарушенного сложения.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в возможности использования устройства (трубки) в любых условиях, как в стационарных так и экспедиционных.

Поставленная задача достигается тем, что трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почв состоит из полихлорвиниловой трубки 1 внешним диаметром 5 см, водомерного диска 2, смотрового окна 3 и опорного кольца 4 внешним диаметром 9 см, соединенного корпусом трубки клеевым соединением или специальной сваркой полихлорвиниловых труб.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство трубки для определения водопроницаемости и фильтрации почв, а на фиг.2 - его чертеж для изготовления.

Полихлорвиниловая трубка 1 предназначена для поддержания в наполненном состоянии объем воды или водный напор на высоте 8-10 см от горизонта почвы.

Опорное кольцо 4 предназначено для установки трубки вертикальном положении, устранения бокового оттока воды из трубки и погрузки в почву строго на определенную глубину (7 мм) заостренным концом. Смотровое окно 3 и водомерный диск 2 позволяют наблюдать за расходом воды в трубке или напора воды на поверхности почвы и одновременно предохраняет от нарушения верхний слой структуры почвы на дне трубки при заполнении ее водой.

Устройство работает следующим образом (фиг.1).

Коэффициент фильтрации почвы широко варьирует в пределах одного почвенного горизонта, поэтому его определение требует повторностей. С почвенной площадки 1х1 м удаляют растительность и устанавливают трубки в 3-4 ряда (9-12 трубок) на расстоянии не менее 30 см с тем, чтобы фронт промачивания соседних трубок не перекрывался. Трубки диаметром 5 см устанавливают на глубину 7 мм и заливают водой до заданного уровня (8-10 см). В течение нескольких часов (3-4 часа) трубки поддерживают в наполненном состоянии, не учитывая объем доливаемой воды. Это время необходимо для стабилизации расхода влаги на впитывание.

Измерение интенсивности впитывания начинают одновременно во всех трубках. Заданный уровень воды в трубках поддерживают, доливая равные объемы воды в зависимости от интенсивности впитывания и фиксируя интервалы времени между доливами. Измерения проводят в течение 1 часа. Если интервал времени в течение часа сохранялся неизменным, эксперимент прекращают, полагая, что установившийся режим впитывания достигнут. Результаты эксперимента представляют в виде графиков.

Для учета испарения воды, одновременно с заполнением трубок, в конце их раду устанавливают два стакана, наполненные водой до краев. В конце наблюдения замеряют убыль воды в стакане, рассчитывают испарение в мм и учитывают при расчете водопроницаемости и фильтрации.

Преимуществом предложенного устройства является возможность снижения количества воды, необходимое для определения коэффициентов впитывания и фильтрации в 2 раза, в сравнении с аналогами и позволяет наблюдать за напором воды на поверхности почвы, контролировать глубину погружения в почву всех трубок и устанавливать их вертикально, а также предохранения от нарушения верхнего слоя структуры почвы и боковой отток воды из трубки.

Устройство прост в изготовлении и эксплуатации и является переносным.

1. Трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почвы, содержащая цилиндрический корпус, заостренный на конце внешней стороны, отличающаяся тем, что корпус выполнен из полихлорвинилового материала, с целью бокового оттока воды, вертикальной установки и контроля глубины погружения трубки в почву, с внешней стороны приварено опорное кольцо.

2. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью постоянного наблюдения за напором воды, внутри цилиндрического корпуса приварен водомерный диск.

3. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что в верхней части трубки на расстоянии 9-11 см от заостренного конца вырезано смотровое окно 2×2 см и заклеенное прозрачным пластиком.