Wilgotność gleby

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Wilgotność gleby, wilgotność gruntu wyraża ilość wody w gruncie (glebie). Zasobność gleby (gruntu) w wodę jest wyrażona wilgotnością poszczególnych warstw jej profilu.

Definicje[edytuj | edytuj kod]

Wilgotność (wagowa)[edytuj | edytuj kod]

Wilgotność gleby lub gruntu[1] W określa się jako stosunek masy wody zawartej w glebie Mw do masy fazy stałej gleby Ms (masy po wysuszeniu w temp. 105 °C). Wyraża się ją w procentach wagowych i nazywa niekiedy wilgotnością wagową:

W=\frac{M_w}{M_s}*100%

Jak wynika z tego wzoru, wilgotność W jest różna od potocznego jej rozumienia jako zawartość wody w gruncie naturalnym i może być nawet znacznie większa niż 100%.

Wilgotność objętościowa[edytuj | edytuj kod]

Wilgotność gleby wyrażana jest również często w procentach objętościowych, jako tzw. wilgotność objętościowa Wo. Określa ona stosunek objętościowy wody w glebie Vw do objętości całej próby gleby V:

W_o=\frac{V_w}{V}*100%

Stopień wilgotności[edytuj | edytuj kod]

Zawartość wody w glebie można wyrażać za pomocą stopnia wilgotności Sw (Sr). Określa on stosunek objętości wody Vw w glebie do całkowitej objętości wolnych przestrzeni w glebie Vp:

S_w=\frac{V_w}{V_p}

Znając wilgotność i porowatość można wyznaczyć stopień wilgotności z następującego wzoru:

S_w=\frac{V_w}{n*V}=\frac{W*\rho_s*(1-n)}{100%*n*\rho_w}=\frac{W*\rho_v}{100%*n*\rho_w}=\frac{m_m-m_s}{V-\frac{m_s}{\rho_s}}*\frac{1}{\rho_w}
gdzie:
\rho_s - gęstość właściwa szkieletu gruntowego
\rho_v (\rho_d) - gęstość objętościowa szkieletu gruntowego (gruntu suchego)
\rho_w - gęstość właściwa wody w porach gruntu
n - porowatość
m_m, m_s - masa gruntu wilgotnego o wilgotności naturalnej (NW), masa gruntu po wysuszeniu
V - objętość badanej próbki, o nienaruszonej strukturze (NNS, np. wyciętej z gruntu pierścieniem tnącym)

Stopień wilgotności przyjmuje wartość od 0 (układ dwufazowy-faza stała i gazowa) do 1 (faza stała i ciekła).

Metody oznaczania[edytuj | edytuj kod]

Wilgotność gleby decyduje o wszelkich procesach zachodzących w glebie, dlatego jej pomiar jest jednym z najistotniejszych problemów w meteorologii.
Wilgotność jest też bardzo istotna w badaniach gruntoznawczych, gdyż zależą od niej inne istotne (np. w geotechnice) parametry gruntów (szczególnie granice konsystencji lub wilgotność optymalna).

Obliczeniowe (z innych parametrów)[edytuj | edytuj kod]

Najczęściej wilgotność oblicza się według powyższych i przekształconych wzorów z innych wielkości (wyznaczanych nie wprost, szczególnie gęstości), najczęściej wyznaczonych laboratoryjnie.

Laboratoryjne[edytuj | edytuj kod]

Wilgotność można laboratoryjnie określić szczególnie, badając masy gruntu przed i po suszeniu i przeliczając według powyższych wzorów.

Terenowe[edytuj | edytuj kod]

Wilgotność wyznacza się metodą grawimetryczną z poszczególnych warstw lub posługując się nowoczesnymi metodami pomiarowymi, umożliwiającymi monitoring wilgotności w czasie i przestrzeni.

Klasyczny grawimetryczny pomiar wilgotności gleby nie może być stosowany w automatycznej akwizycji danych. Neutronowa metoda pomiaru wilgotności, z powodzeniem używana w badaniach geofizycznych, nie spełnia warunku wymaganej rozdzielczości przestrzennej dla badań stratyfikacji wilgotności w profilu glebowym. Wymaga ona indywidualnego cechowania dla każdej gleby, a szczególnie dla jej warstwy ornej, ze względu na spowalnianie neutronów przy zderzeniach z protonami-jądrami wodoru wchodzącymi w skład wody, jak również w skład związków zawartych w substancji organicznej.

Pomiar wilgotności gleby oparty na metodzie reflektometrii w domenie czasu TDR (Time Domain Reflectometry) polega na pomiarze prędkości rozchodzenia się impulsu elektromagnetycznego w badanym ośrodku, która zależy od stałej dielektrycznej tego ośrodka. Woda ma względna stałą dielektryczną (ok. 81), dużo większą od względnej stałej dielektrycznej fazy stałej gleby (ok. 4) i powietrza glebowego (ok. 1). Zawartość wody istotnie modyfikuje stałą dielektryczną gleby, a zatem wpływa na prędkość propagacji w niej fali elektromagnetycznej. Aparat mierzy czas rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w umieszczonej w wybranej warstwie gleby sondzie stanowiącej falowód. Opracowanie reflektometrycznego miernika wilgotności wymagało pokonania poważnej bariery technicznej, tzn. skonstruowania układu umożliwiającego pomiar czasu rzędu pikosekundy. Inne metody określania względnej wilgotności to badania elektro-oporowe i georadarowe.

Dawniej używano także metod chemicznych, bazujących na wykorzystaniu reakcji wilgoci zawartej w próbce gruntu z karbidem i mierzeniu objętości wywiązującego się w tej reakcji acetylenu. Służyły do tego odpowiednio przygotowane aparaty wielkości walizki. Metoda ta jest jednak kłopotliwa, powolna i w wielu sytuacjach zawodna.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. zob. też: Myślińska E., Laboratoryjne badania gruntów, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 1998, ISBN 83-01-12423-7