PONIRANJE VODE U ZEMLJIŠTE- Upijanje, filtracija i slobodno poniranje -

Pod pojmom poniranje u širem smislu podrazumeva se pojava kod koje voda ulazi u zemljište i kreće se na dole prema slobodnom nivou podzemnih voda.

Predstavlja jednu od najznačajnijih komponenti formiranja rečnog oticaja

Određuje Karakter odvodnjavanja zemljišta Intenzitet površinskog oticaja Povećanje zaliha podzemnih voda

KVANTITATIVNE KARAKTERISTIKE

Brzina (intenzitet) poniranja Vf (koeficijent infiltracije i brzina infiltracije) – količina vode (u mm) koja ponire prema jedinici površine zemljišta u jedinici vremena (čas).

Brzina kvašenja Vk (brzina napredovanja granice kvašenja) Srednja brzina kvašenja t

zv maxk

Zmax – maksimalna dubina do koje u datom trenutku, po poniranju, dolazi do promene vlažnostit - vreme od početka prisustva vode na površini zemlje do momenta vlažnosti na dubini Zmax.

Istinita brzina napredovanja poniranja

ddsvk

Poniranje vode u zemljištu se ostvaruje u obliku Strujnica – turbulentno kretanje vode po prslinama, porama i

pukotinama Kapilarnog (laminarnog) kretanja – po kanalima i porama sitnijih

razmera Dejstva kapilarnih sila

Kako će se kretati zavisi od karaktera šupljina i pora i nivoa podzemnih voda

Početni stadijum poniranja: sile trenja i sile otpora vazduha su male, preovladavaju kapilarne sile – upijanje (infiltracija)

Sa povećavanjem dubine zemljišta: pore su ispunjene vodom –kretanje se odvija uglavnom pod dejstvom gravitacije i zavisi odkoeficijenta filtracije datog zemljišta - filtracija

Slobodno poniranje – voda odnosi čestice zemljišta, ne popunjavajući pore, a pri tome se vlaga prenosi skoro do nivoa podzemnih vodaSlobodno poniranje može se pojaviti i u početnom stadijumu poniranja, kada količina vode koja je dospela u zemljište nije popunila sve pore.

0.6 – 2.5Navodnjavana zemljišta - podzoli

0.06 – 0.7Glina0.66 – 1.5Suglina1.5 – 3Supesak3 – 34Pesak

Brzina filtracije (mm/min)

zemljište

Brzina filtracije ili koeficijent filtracije

MEHANIZAM PRODIRANJA VODE KROZ ZEMLJIŠTE

Dejstvuju sile Sile gravitacije stuba vode koji ponire S Apsorpcione sile kapilara HL, merene preko visine kapilarnog

upijanja H u datom zemljištu Pritisak površinskog sloja vode h Razlika pritiska zemljišta P i atmosferskog pritiska PoPo

h

P HL

S

S

PPS

hHKS

PPhHSKiKv oof 1

Pretpostavka: kretanje je laminarno – važi Darsijev zakon za brzinu infiltracije

Gde suK - koeficijent filtracije datog zemljištaS + H + Po – P - pritisci koji izazivaju kretanje vodei - gradijent pritiska ili relativna brzina poniranja vode u zemljište u odnosu na koeficijent filtracije

SPPhHS

Kv

i of

Ako Postoji vazdušni uzgon Po – P = 0 Zanemari površinski sloj vode h = 0

SHKK

SHSKv f

Brzina filtracije Vf´ - zavisi od sila gravitacijeVf´ = K = const

Brzina kapilarnog penjanjaVf´´ - smanjuje se sa povećanjem dubine zemljišta S po hiperboličnom zakonu

SHKvII

f

postepeno prelazi u filtraciju

KvIImin,f

Jednačina bilansa zasićenja zemljišta vlagom

dvds f gde je deficit (nedostatak) vlažnosti zemljišta

sUU Sumarni sloj ponirajuće vode u zemljištu do dubine S

s

0s

t

0ff dsdvv

Raspored deficitavlažnosti zemljištas i sumarnogsloja infiltracijevode u zemljištupo dubini 

0 0.1 0.2 0.3

50

100

150

200f

s

Brzina kretanja fronta kvašenja Vk

kako je 0 ≤ s ≤ 1 sledi da Vk ≥ Vfs

fk

vddsv

SHSKv

ddsv

ss

fk

SHKK

dv

ss

sk

Brzina kvasenja

Kako je ova brzina takođe sastavljena iz dve brzine VfIII

(gravitacione brzine poniranja) i VfIV (brzine kapilarnog

usisavanja)

s

IIIf

KV

S

KHVs

IVf

Pod pretpostavkom da je S/H ≤ 2 sledi

odnosno

2

HS

21

HS1ln

HS

HK2S

sHK

dds 1

HS1ln

HS

KH

HKS

HS

KH

221 22

Pa je brzina infiltracije

AKKHKv f

5.0

22

2HKK

HKHKK

SHKKVs

KRIVA INFILTRACIJE

Kriva infiltracije izražava sposobnost zemljišta da apsorbuje određenu količinu vode u zavisnosti od intenziteta upijanja po vremenu

Zavisi od Reljefa Fizičko-mehaničkih, hemijskih osobina o stanja obrade zemljišta Vegetacionog pokrivača Intenziteta padavina

Zanemaruje se često koeficijent oticaja Teorijska jednačina (važi u slučaju da je zemljište pokriveno

slojem vode)

AKv f

Empirijske formule

Gde suVf – intenzitet infiltracije u mm/minKf – koeficijent filtracijeKo i n – empirijski parametri zavise od mehaničkog sastava zemljišta, intenziteta kiše i dr. Ko – intenzitet upijanja na kraju prvog trenutka vremena.

no

ffKKv

2 CmKo

Gde sum i c– parametri a zavise od mehaničkih i drugih osobina zemljišta - deficit vlažnosti zemljišta na h = 0.5 m.

Rešenje S.F. Fedorov – neplodna slana zemljišta (utvrdio da je n = 2/3)

OPŠTA FORMULA ZA PRORAČUN INTENZITETA INFILTRACIJE

Gde suVf - intenzitet infiltracije u mm/minKf - koeficijent infiltracije u mm/mini - intenzitet kiše u mm/min - deficit vlažnosti zemljišta u mm - vreme u minutama od početka kišee - osnova prirodnog logaritma

i

fff eKiKv

Formula HORTON-a

eKVKv foffVo - početni intezitet infiltracije - parametar

Formila POPOV-a

f

i

f Kiev

BAV f 2

1

Formila FILIP-a

OPŠTI OBLIK KRIVE INFILTRACIJE

V(mm/min)

f

Ko

Kf

1 32 4 5 6 7

no

ffKKv

ZNAČENJE PARAMETARA U HORTONOVOJ JEDNAČINI

Vf

Vo

1

12

2

Kf

Fo

Fk

- mala vrednost parametra

- velika vrednost parametra

VEZA IZMEĐU INTENTITETA PALE KIŠE, INFILTRACIJE I HIDROGRAMA DIREKTNOG OTICAJA

va

vb

va

vd

vf

i(mm/cm)

Qm /s3

t

t

a) b)

d)

a)

tiV

tiV

bb

aa

VLAŽNOST ZEMLJIŠTA

Sposobnost zemljišta da molekularnim silama zadrži znatne količine vode (% ili mm).

Definiše početne uslove zakona infiltracije (Ko, Vo i Kf) Na vlažnost zemljišta utiču:

Struktura zemljišta (gline, velika razlika Ko i Kf) Aktivnost podzemnih životinja (krtice, rovci, gliste, crvi, ...) u

sušnom periodu povećavaju Ko jer idu u dubinu za vlagom a kasnije u vlažnom periodu idu ka površini pa je odnos Ko/Kf manji

Rastvaranje minerala Vazduh u zemljištu Toplota (sa povećanjem T smanjuje se viskozitet, a pri negativnoj T

nema poniranja) Stanje zemljišta i vegetacionog pokrivača Antropogeni faktori (seča šuma, promena načina obrade zemljišta,

kultura i td.)

Povr{ ina terena

Šema prodiranja vode kroz zemljište

KOEFICIJENT OTICANJA

Ako se pretpostavi da je za vreme pojave jakih kiša (pljuskova) isparavanje zanemarljivo, tada se ukupne efektivne padavine (Pef), koje oteknu površinskim putem, mogu dobiti kao razlika bruto padavina (P – ukupna pala kiša na slivu) i sumarnog upijanja (F)

tt

ef fdtidtFPP00

gde je i – intezitet padavina i f – intenzitet infiltracije

Odnos efektivnih i bruto padavina predstavlja koeficijent oticaja, tj:

PPef

Vrednost sumarnog upijanja (F) često se u literaturi naziva gubitak (sa gledišta površinskog oticaja.

Jedan od najjednostavnijih načina za određivanje gubitaka tokom pljuska je metoda -indeksa, koja u suštini predstavlja prosečni intenzitet infiltracije tokom pljuska, pod uslovom da su ostali gubici mali. Ova metoda predpostavlja da su gubici konstanti za vreme trajanje kiše.

k

efPt)i(

0

Neto ki{a

Teorijski gubicii,vf

Gubitak - indeks

t

i