2.2. Фильтрация в зоне аэрации

Специфическим признаком зоны аэрации является неполное водонасыщение, тесно связанное с проявлением капиллярных сил.

При гравитационном влагопереносе в зоне неполного насыщения скорость фильтрации определяется законом, идентичным закону Дарси, в котором коэффициент пропорциональности существенно зависит от влажности.

где - коэффициент влагопереноса в зоне неполного насыщения (коэффициент фильтрации), м/сут.

Из теоретических соображений и анализа экспериментальных данных следует, что зависимость коэффициента влагопереноса от относительной влажности имеет степенной характер вида:

где - коэффициент влагопереноса при полном водонасыщении (коэффициент фильтрации), м/сут.

где: - относительная влажность; - текущее влагосодержание свободной (несвязанной) воды; - влажность, при которой движение влаги практически отсутствует; - полная влагоемкость.

Для показателя степени рекомендуется использовать значения n = 3 4.

В определенном диапазоне изменения влажности можно пользоваться экспоненциальной зависимостью коэффициента фильтрации от влажности:

где по литературным данным принимают

В теории влагопереноса обычно вместо высоты давления используется величина давления всасывания. Зависимость коэффициента фильтрации (влагопереноса) от давления всасывания рекомендуется выражение:

где: : - давление всасывания, м; - высота давления, м; параметр m для песков принимают равным 2, для тяжелых суглинков - 4.

Уравнение вертикального влагопереноса:

где - капиллярная диффузивность, или диффузивность почвенной влаги, м²/сут.

Скорость инфильтрационного просачивания рассчитывается:

где: - скорость инфильтрационного просачивания, м/сут.; w - интенсивность дождевания, м/сут.; - начальное значение влажности.

При n = 3 получено решение:

При интенсивном протекании процессов влагопереноса существенно проявляется неупорядоченная неоднородность строения зоны аэрации, которая обуславливается литолого-фациальной изменчивостью пород, наличием ходов землероев и остатков растений. Для учета этого фактора при математическом описании влагопереноса используется модель блоковой гетерогенной среды, аналогичной среде с двойной емкостью. Влияние гетерогенности пород зоны аэрации на процессы инфильтрации подтверждается существующими данными о довольно резкой площадной неравномерности инфильтрации.