Найцікавіше

Методи вимірювання вологості грунту

Більшість фізичних або хімічних властивостей грунту змінюються зі зміною його вологості. Вимірювання вологості грунту є обов’язковою складовою його аналізу. Вологість грунту зазвичай подається як безрозмірне співвідношення між двома масовими або об’ємними величинами. Також можна вирахувати процентне співвідношення вологості за масою або об’ємом. Якщо не вказується, на базі чого визначається вологість грунту, то зазвичай за замовчуванням подається показник, вирахуваний за масою. Визначення вологості грунту за об’ємом передбачає спочатку визначення за масою. Коли дані за масою визначені, показник за об’ємом вираховується шляхом множення на об’ємну густину.

Гравіметричні методи. Гравіметричні методи вимірювання вологості грунту базуються на вилученні води зі зразка шляхом випаровування, вимивання або хімічної реакції. Кількість вилученої зі зразка води вимірюється і на цій основі вираховується вологість грунту. Вимірювання кількості вилученої води відбувається кількома методами. Найпростіший метод — вимірювання зменшення ваги зразка. Вимірювання кількості вилученої води також може проводитися шляхом дистиляції або вбирання осушувачем. Врешті, вміст води в зразку може бути визначений кількісним вимірюванням продуктів реакції, вилучених зі зразка.

Нейтронне розсіювання. Середнє значення втрати енергії або термалізація нейтронів значно вищі, коли нейтрони стикаються з атомами з низькою атомною вагою, ніж коли з важчими атомами. В грунті атоми з малою вагою представлені переважно воднем. В результаті водень уповільнює швидкі нейтрони значно ефективніше, ніж будь-який інший елемент у грунті. Оскільки найбільшим джерелом атомів водню в грунті є вода, існує зв’язок між вологістю і термалізацією нейтронів.

Згасання гамма-випромінювання. Метод згасання гамма-випромінювання можна використовувати для вимірювання вологості грунту в шарі 1–2 см. Принцип поглинання гамма-випромінювання речовиною добре відомий. Ступінь зниження інтенсивності гамма-променів під час їх проходження через грунт залежить від складу грунту та його щільності. Розсіяння і поглинання гамма-променів залежить від щільності речовини, через яку вони проходять.

Електромагнітні методи. Сюди входять методи, які базуються на впливі вологості на електричні властивості грунту. За допомогою цих методів можливий як контактний, так і дистанційний аналіз вологості грунту. Розроблено цілий асортимент вбудованих сенсорів, які реагують на опір, поляризацію або на обидві ці характеристики. Ці сенсори виявились дуже перспективними в плані вимірювання вологості в поверхневому шарі грунту. На жаль, вимірювання датчиками електричних характеристик грунту глибше поверхневої зони не показали чіткої кореляції з вологістю.

Тензіометричний метод. Найвідоміший метод вимірювання капілярної або загальної вологоємності грунту базується на здатності останнього вбирати воду. Прилади, що використовують цей метод, здатні фіксувати зміни вологоємності грунту, що є наслідком інфільтрації води, поливу, підйому грунтових вод, випаровування та транспірації. Нуль на шкалі тензіометра означає, що грунт повністю насичений вологою. Водночас максимальний показник тензіометра — 1 бар. Таким чином, діапазон вологості грунту, в якому тенізометр може працювати, обмежений. І на грунтах високої потенційної вологоємності у дуже сухих умовах тензіометри зашкалювали і ламалися.

Мікрохвильові методи. Вода має унікально низькі електро- та теплопровідність. Відповідно, електричні й теплові характеристики грунту, зокрема, показники випромінювання і відбивання, залежать від його вологості. Випромінювання тепла поверхнею грунту в мікрохвильовому діапазоні можна визначити дистанційно відповідними вимірювальними приладами — пасивними (радіометричними) або активними (радар) методами.

Ядерно-магнітний резонанс. Базується на здатності резонансу виявити концентрацію атомів водню і, відповідно, вологи в грунті. Недоліки у нього майже ті самі, що у нейтронного розсіювання. Перевагою є здатність фіксувати атоми водню й молекули води різного ступеня зв’язаності: міцно зв’язаної (у складі гідратів),  слабо зв’язаної (абсорбованої) і вільної. Здатен аналізувати зразки малого об’єму і забезпечувати високу швидкість аналізу.

Практичному застосуванню методу в полях перешкоджають габарити та дорожнеча обладнання.

Термічні методи. Базуються на зв’язку теплової інерції грунту та його вологості. Ускладнює зв’язок зниження чистого поглинання сонячної енергії грунтом внаслідок випаровування з поверхні. Випаровування також знижує добову амплітуду коливань температури поверхні грунту. Таким чином, різниця денної й нічної температури відбиває вологість грунту і випаровування з його поверхні.

Рефлектометричний метод. Один з найновіших методів вимірювання вологості грунту. Полягає у вимірюванні часу проходження електричного імпульсу по кабелю, який залежить від електропровідності, а, отже, вологості, грунту. Кореляція з гравіметричним методом вимірювання вологості перевищує 0,9. Досягається точність вимірювання у 2%.

Оптичні методи.Метод поляризованого світла базується на тому, що за наявності вологи на поверхні світло, відбите від неї, поляризується. Ближній інфрачервоний метод базується на поглинанні молекулами води в поверхневому шарі ІЧ-випромінювання на певних частотах. Не підходить для випадків, коли волога розподілена дуже нерівномірно. Технологія забезпечує швидке проведення вимірювань, але залежить від нерівності поверхні і показує тільки поверхневу вологість.

 

 

Перейти ВВЕРХ