Польові та лабораторні методи досліджень водноерозійного процесу

Значне поширення в ерозійних дослідженнях дістало штучне дощування (рис. 2.6). У Методичних вказівках (Методические указания, 1980) визначено, що штучним дощуванням можна вирішити кілька наукових завдань, зокрема:

вивчити процес руйнації верхнього шару грунту під дією дощу з різною інтенсивністю та тривалістю;
знайти залежності між інфільтраційними властивостями грунту та інтенсивністю і тривалістю дощу, з урахуванням стану поверхні грунту;
дослідити особливості формування лінійних форм розмиву при різних сполученнях факторів, що визначають зливову ерозію.

Рис. 2.6. Обладнання для штучного дощування (Південно-західний гідрологічний науковий центр США).

Важливу роль у процесі штучного дощування, як зазначено вище, відіграють енергетичні характеристики опадів, які визначаються не тільки інтенсивністю, але й структурою дощу (розподілом крапель за їх розміром) і швидкістю падіння крапель. Усі дощувальні агрегати, за допомогою яких створюється штучний дощ, з погляду методів отримання дощу поділяються на:

крапельні;
насадкові.

У першому випадку для створення дощу використовують сита з отворами, голки, крапельні трубки тощо. У другому випадку використовуються струминні, дефлекторні та відцентрові насадки (Методические указания., 1980). Для першого типу насадок характерний дощ з однорідними розмірами крапель, тоді як у другому розмір крапель неоднорідний. Отже, при штучному дощуванні не завжди можна отримати необхідний спектральний склад штучного дощу, швидкості його падіння та рівномірність розподілу опадів по площі дощування.

Досить цікавим і перспективним при розв'язанні деяких завдань, пов'язаних із проблемою водної ерозії, є запропонований Г.В. Бастраковим (1975, 1980) підхід, заснований на теорії подібності і фізичному моделюванні. Протиерозійна стійкість за Г.В. Бастраковим залежить від ерозійної міцності грунтів і гірських порід – здатності грунтів або гірських порід (а також штучних матеріалів) чинити опір силовому впливу води, що рухається, і комплексу зовнішніх факторів. Цей параметр визначається відношенням потужності горизонтального струменя діаметром 2,5 мм до швидкості розмиву циліндричного зразка діаметром 10см.

Ерозійна міцність грунтів і гірських порід (R) являє собою величину з розмірністю сили, обернено пропорційну відношенню швидкості розмиву (V) до потужності струменя, що розмиває (N), або:

(2.11)

де ρ = 1000 кг/м³ – щільність води;
μ = 0,82 – коефіцієнт витрати води через циліндричний насадок;
ω – поперечний переріз отвору насадка, м²;
t – час розмиву, с;
g = 9,81 м/с – прискорення сили тяжіння;
h – тиск води в насадку, м;
l – глибина (довжина) розмиву, м.
Критерій протиерозійної стійкості Р_х – є безрозмірною величиною.

У процесі реалізації методу можуть використовуватися грунтові зразки з непорушеною структурою безпосередньо в польових умовах, або з порушеною. Останнє дозволяє стверджувати про можливість використання методу Г.В. Бастракова в лабораторних умовах.

Часткове моделювання процесу ерозії можна виконати і в лабораторних умовах. Зокрема набули значного поширення лабораторно-аналітичні непрямі методи визначення протиерозійної стійкості грунтів за одним або кількома властивостями, які попередньо виділені авторами як основні. Найчастіше фігурують показники макро- або мікроструктури, але звертаються також і до показників гранулометричного та гумусного складу тощо. Однак найбільш цікавою є оцінка протиерозійної стійкості за допомогою прямих лабораторних методів, які дозволяють оцінити цю властивість грунту за розмивом, руйнацією агрегатів у потоці води та під дією крапель дощу або за розмивом у потоці або в струмені води грунтових зразків чи монолітів. Найбільшої уваги заслуговують роботи В.Б. Гуссака (1959), М.С. Кузнецова (1973, 1981), Ц.Є. Мірцхулави (1970, 1988), у яких автори використовували лотки, в які засипають грунт різного генетичного типу, гранулометричного складу, вологості тощо. Критерієм протиерозійної стійкості є час, який необхідно для повного розмиву заздалегідь визначеного обсягу грунту, або інтенсивність такого розмиву при фіксованій швидкості подачі води в лоток. Інколи визначають параметр «швидкості, при якій починається безперервне відривання часток (агрегатів), що призводить до повної руйнації грунту» (Мирцхулава, 1970).

До лабораторних методів слід також віднести дослідження ерозійної міцності грунту за методом Г.В. Бастракова та лабораторне штучне дощування.