2. Виды воды в порах грунта

Вода в порах грунта подвержена влиянию различных физиче­ских сил и находится в различном состоянии.

Основные силы, действующие на воду в порах грунта,— это силы молекулярного взаимодействия (между разными молекулами воды, между молекулами воды и частицами грунта); капиллярные силы, обусловленные поверхностным натяжением воды; силы тяжести и гидростатического давления; сосущая сила корневой системы рас­тений (десукция), обусловленная осмотическим процессом.

В зависимости от физического состояния, подвижности и ха­рактера связи с грунтом выделяют несколько видов воды в грунтах: химически и физически связанная, капиллярная, свободная (грави­тационная), вода в твердом и парообразном состоянии.

Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов, например гипса CaS0₄ • 2Н₂0, мирабилита Na₂S0₄ • 10Н₂0, медного купороса CuS0₄ - 5Н₂0. Вода из таких минералов может быть уда­лена в большинстве случаев лишь при нагревании до 300—400 °С.

Физически связанная вода удерживается на поверхности минера­лов и частиц грунта молекулярными силами и может быть удалена из грунта только при температуре не менее 90—120 °С. Этот вид воды подразделяют на прочносвязанную (гигроскопическую) и рых­лосвязанную (пленочную).

Гигроскопическая вода (рис. 5.1, а) образуется вслед­ствие адсорбции частицами грунта молекул воды. На поверхности частиц гигроскопическая вода удерживается молекулярными и элек­трическими силами. Свойство грунта удерживать гигроскопиче­скую воду называют гигроскопичностью. Различают неполную гигро­скопичность, когда влага не образует вокруг частиц грунта сплош­ного слоя, и максимальную гигроскопичность. В первом случае толщина слоя составляет 1—3 молекулы, во втором — 10—20 мо­лекул.

Пл еночная вода (рис. 5.1 ,б) образует пленку поверх гигроскопиче­ской воды, когда влажность грунта ста­новится выше его максимальной гигро­скопичности. Эта вода может передви­гаться от одной частицы грунта к дру­гой: от мест, где толщина пленки больше, к местам, где ее толщина меньше.

Ф

б)

«)

Рис. 5.1. Различные виды воды на частицах фунта (по А. Ф. Ле­бедеву):

изически связанная вода (за исклю­чением некоторого количества пленоч­ной воды), как и химически связанная, в круговороте воды в природе практи­чески участия не принимает, и поэтому в состав подземных вод, которые изучает гидрология, не включается.

К

а — гигроскопическая вода при не­полной (7) и максимальной (2) ги­гроскопичности; б— пленочная вода, движущаяся от частицы с более тол­стой (J) к частице с более тонкой (4) пленкой; в — свободная (гравитаци­онная) вода

апиллярная вода образуется в порах грунта после насыщения их пленочной водой, заполняет поры и тонкие трещи­ны и перемещается в них под действием капиллярных сил. Капиллярную воду в порах грунта подразделяют на к а п и л - лярно-подвешенную, образующуюся в верхней части поч­венного слоя, питающуюся атмосферными осадками и не связан­ную с нижерасположенными грунтовыми водами; капиллярно- поднятую, располагающуюся в виде капиллярной зоны («капил­лярной каймы») над уровнем грунтовых вод и тесно с ним связанную; капиллярно-разобщенную, находящуюся в остальной тол­ще грунта.

Капиллярная вода играет важную роль в насыщении почв во­дами, режиме грунтовых вод и питании растений. Капиллярная вода через поверхность почвы или листья растений испаряется, поэтому она участвует в круговороте воды в природе и ее следует включать в состав подземных вод, изучаемых гидрологией.

Свободная, или гравитационная, вода (рис. 5.1, в) — наиболее под­вижный и важный компонент подземных вод. Эта вода в жидком виде находится в порах и трещинах грунта и перемещается под влиянием силы тяжести и градиентов гидростатического давления. Объем свободной (гравитационной) воды в насыщенном водой грунте зависит от его скважности, гранулометрического состава, количе­ства и размера пор.

В грунтах с крупными порами (галька, гравий, песок) свобод­ная (гравитационная) вода — главный вид подземных вод (разуме­ется, при наличии источника их поступления и при условии насы­щения фунта). В глинах, несмотря на большую пористость вслед­ствие малого размера пор, свободной (фавитационной) воды мало, здесь преобладает капиллярная и связанная вода.

Вода в твердом состоянии (лед) находится в грунте в виде кри­сталлов, прослоек и линз льда. В районах сезонного промерзания грунта эта вода периодически участвует в круговороте воды.

Вода в парообразном состоянии (водяной пар) заполняет вместе с воздухом не занятые водой пустоты в грунтах. Водяной пар в фун­тах обладает большой подвижностью и перемещается от мест с боль­шей к местам с меньшей упругостью (меньшим давлением). Паро­образная вода в грунтах активно участвует в круговороте воды в природе.