РОЗДІЛ 2
ОГЛЯД МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ ГРУНТОВОЇ ВОЛОГИ
Існує три принципово різних підходи до вимірювання вологості ґрунту.
Перший з них ґрунтується на вилученні із шару ґрунту, вологість в якому необхідно визначити, зразка і послідовним вимірюванням в ньому традиційним гравіметричним методом маси води. Це єдиний прямий інструментальний метод вимірювання вологості ґрунту.
Другий підхід об'єднує непрямі методи вимірювання вологості ґрунту (електромагнітні і ядерні методи). Він передбачає встановлення в різних шарах ґрунту давачів постійних приладів, що діють за тим чи іншим принципом і дозволяють шляхом відповідних відліків на будь-який момент часу виміряти вологість в точці, де встановлено давач [18].
Третій підхід до вимірювання вологості ґрунту об'єднує дистанційні методи, які дозволяють визначати вологість ґрунту на порівняно великій території [18]. Вони ґрунтуються на вимірюванні відбивання або випромінювання електромагнітної енергії поверхнею ґрунту.
Існує також декілька підходів до розрахунків вологості ґрунту. Так, одні дослідники для розрахунків вологозапасів використовують стандартні метеорологічні дані: температуру, вологість або дефіцит вологості повітря [54]. Інші залучають до розрахунків опади та вологість ґрунту за попередній період [16, 45]. Деякі дослідники використовують рівняння водного балансу, де складовою є вологозапаси в ґрунті [28, 59, 118].
2.1. Інструментальні методи
Термостатно-ваговий (або буровий, або ваговий) метод визначення вологості ґрунту прийнято вважати еталонним; він може застосовуватись в дуже широкому діапазоні вологості ґрунту [99], за виключенням величин, близьких до повної вологоємності, коли він дає іноді помилкові результати внаслідок вижимання буром вологи із зразків ґрунту. Сутність методу, як відомо, полягає в тому, що вміст вологи у взятих за допомогою бура зразках ґрунту визначається після їх висушування [80, 103].
При визначенні вологості ґрунту термостатно-ваговим методом необхідно дотримуватись певної повторюваності взяття зразків ґрунту. Їх відбирають кожен раз в іншій точці, а тому похибки кожного вимірювання становлять собою суму інструментальної та дискретної похибок. Це спричиняє певні труднощі при співставленні результатів подальших вимірювань із попередніми. Багатьма спеціалістами визначалась велика мінливість вологозапасів у просторі, навіть якщо дослідна ділянка досить мала [103]. Ймовірно природна варіація вологості ґрунту по площі збільшується ще і за рахунок недоліків термостатно-вагового методу, тобто внаслідок того, що зразок малий і достатньо велика ймовірність взяття випадкового зразка ґрунту.
З питань необхідної кількості повторюваностей взяття зразків ґрунту у літературі поки що немає єдиної думки. На мережі метеорологічних станцій Держкомгідромету вологість ґрунту визначають з чотирьохкратною повторюваністю, яка при ймовірності 80% гарантує похибки вимірювань вологозапасів у метровому шарі ґрунту до ±10 % [80]. На думку деяких фахівців, така повторюваність недостатня, і її необхідно збільшити від 5-6 кратної в районах достатнього зволоження і до 6-7 кратної - в районах недостатнього зволоження [103]. На думку О.А. Роде вона може бути установлена приблизно п'ятикратною для верхніх горизонтів ґрунту і трьохкратною - для нижніх [96]. Для оцінки похибок вимірювання вологозапасів в залежності від кількості повторюваностей О.Ф. Литовченком проводились спеціальні досліди по вимірюванню вологості ґрунту з 30-кратною повторюваністю. При цьому об'ємна маса ґрунту визначалась за шарами з 10-кратною повторюваністю. За даними цих досліджень виявлена залежність похибок вимірювання вологозапасів від кількості повторюваностей і ступеня зволоженості ґрунту [63]. Було встановлено, що при чотирьохкратній повторюваності похибки вимірювань при різному рівні зволоженості ґрунту не перевищують ±10 %.
Крім цього при визначенні вологості ґрунту, звичайно, використовують стале значення його об'ємної маси, а в окремих випадках переносять її значення на сусідні ділянки. Слід мати на увазі, що об'ємна вага може дещо змінюватись як по роках, так і протягом вегетаційного періоду [103]. В роботі [64] встановлено, що для верхнього 30-ти сантиметрового шару чорнозему коливання об'ємної маси протягом вегетаційного періоду можуть досягати 4-5 %, а для більш глибоких шарів - в середньому 5-6 %. Напевно, аналогічні зміни можуть спостерігатись і на досліджуваній території. Отже, якщо не враховувати вказані зміни об'ємної маси ґрунту при визначенні вологозапасів, то величина похибки буде мати той же порядок.
Для визначення кількості вологи в ґрунті, крім висушування деколи застосовують так званий хімічний метод. Він полягає в обробці зразка ґрунту хімічним реагентом. При цьому вода розкладається з утворенням нових речовин, за кількістю яких визначають вміст вологи в ґрунті. В якості реагенту частіше використовують карбід кальцію. В залежності від способу обліку продукту реакції застосовують декілька варіантів цього методу [15].
До електричних відносять методи, що ґрунтуються на визначенні електричного опору безпосередньо між електродами, які встановлюють в ґрунт [18, 26], або шляхом вимірювання електроопору шпаруватого тіла, розміщеного в ґрунті, а також методи, які ґрунтуються на вимірюванні зміни електроємності конденсатора як функції від вологості ґрунту. Із електричних методів отримали розвиток кондуктометричні і дієлькометричні [10, 79].
У першому типі приладів в якості шпаристих тіл використовують гіпсові блоки або давачі з нейлону або скловолокна [18]. В кожен блок або давач вмонтована пара металічних чи вугільних електродів.
Давачі встановлюють у ґрунт на глибинах, де необхідно виміряти вологість, а дріт від електродів виводять на поверхню ґрунту. Шпарувате тіло вбирає в себе вологу, приходячи у рівновагу з вологістю ґрунту; в подальшому його вологість відповідно змінюється. Зміна вологості шпаруватого тіла реєструється шляхом вимірюван