Zemljište Odnos zemljišta prema vodi zavisi od

njegovih fizičkih karakteristika i od geološkogsastava.

Voda u zemljištu potiče od atmosferskihpadavina i podzemnih voda.

Od međusobnog odnosa atmosferskihpadavina i nivoa podzemnih voda, zatim odtemperature i vlažnosti vazduha, kao i odstrukture zemljišta i njegovih fizičkihkarakteristika, zavisi u kakvom će se oblikuvoda naći u zemljištu.

Oblici vode u zemljištu

OBLICI VODE U ZEMLJIŠTU Vodena para Hidroskopna voda Pelikularno – kapilarna voda Kapilarna voda Voda u tečnom stanju – gravitaciona voda Voda u čvrstom stanju

VODENA PARA Nalazi se u vazduhu koji ispunjava pore i pukotine

između čestica zemljišta Elastičnost vodene pare zavisi od vlažnosti i

temperature zemljišta. Noću je elastičnost vodene pare u atmosferi često veća nego u vazduhu koji se nalazi u zemljištu. Posledica toga je kretanje vodene pare iz atmosfere u podzemlje gde smanjenjem temperature dolazi do kondenzacije vodene pare –pretvara u kapljice ili tečno stanje. U suprotnom slučaju kada je temperatura zemljišta povećana, deo vode iz zemljišta, koja se nalazi u tečnom stanju, prelazi u vodenu paru.

VODENA PARA

Vodena para se kreće pod dejstvom različite elastičnosti. Ukoliko je 1 elastičnost vodene pare na površini zemlje a 2 na dubini h, razlika 1-2 predstavlja napon vodene pare

1 > 2 vodena para se kreće na dole i povećava vlažnost zemljišta

1 < 2 vodena para se kreće na gore –smanjuje se vlažnost zemljišta, tj zemljište se isušuje

HIDROSKOPNA VODA Predstavlja čvrsto vezanu vodu, koja usled dejstva

apsorpcionih sila prijanja na površinama čestica zemljišta. Karakteristiše se visokom gustinom

Pri kvašenju vodom potpuno suvog zemljišta izdvaja se toplota koja se naziva toplota kvašenja zemljišta. Izdvajanje toplote pojavljuje se zbog toga što molekuli vode vezani sa česticom zemljišta, prelazeći u nepokretno stanje, gube kinetičku energiju. Prilikom izdvajanja 1 kg vode oslobađa se oko 335 J toplote, što ukazuje na bliskost fizičke suštine procesa vezivanja vode i procesa njene kristalizacije pri formiranju ledenih pojava.

HIDROSKOPNA VODA

Sposobnost zemljišta da upije (apsorbuje), odnosno zadrži na površini svojih čestica neku količinu vode naziva se hidroskopnost.

Glineni materijali, čija je opšta površina svih čestica na jedinici zapremine velika, karakteriše se velikom hidroskopnošću.

Nasuprot tome, pesak i šljunak, čije su površine zrna znatno manja, karakterišu se niskom hidroskopnošću.

HIDROSKOPNA VODA

Maksimalna količina hidroskopne vode koju može apsorbovati zemljište, formirajući zbijene opnice, određuje maksimalnu apsorpcionu vlažnost.

Hidroskopna voda se može odstraniti iz zemljišta zagrevanjem. Količina hidroskopne vlage se određuje putem isušivanja zemljišta do 105-110 oC.

PELIKULARNO-KAPILARNA VODE

Pripada kategoriji slabo vezanih voda čije kretanje nastaje pod dejstvom gravitacije i sila molekularnog prijanjanja. Pri malim zalihama vlage preovlađuju sile prijanjanja. Ona se može predstaviti kao vodeni omotač sastavljen od nekoliko slojeva molekula koji se drže jedan na drugi. Između čestica zemljišta okružene pelikularno-kapilarnom vodom nalazi se vazduh, te čestice zemljišta na prvi pogled izgledaju suve.

PELIKULARNO-KAPILARNA VODE

Dejstvom sile gravitacije pelikularno-kapilarna voda teče vertikalno na dole. Pod dejstvom molekularnih sila ona se kreće od mesta sa debljim omotačem ka mestima sa tanjim vodenim omotačem, tj. U pravcu koji se skoro po pravilu ne poklapa sa pravcem dejstva gravitacije.

B

C

A

Šema pelikularno-kapilarne vode

PELIKULARNO-KAPILARNA VODE

Pod uticajem isparavanja i transpiracije može se doći do smanjenja vodenog omotača u gornjim delovima zemljišta. Posledica toga je obrnuti trend povećanja vodenog omotača oko čestica zemljišta, a pravac kretanja vode je sada odozdo ka gore. Kako čestice zemljišta nisu izolovane jedna od druge, pri procesu kretanja vode učestvuje ceo vodeni omotač formirajući neprekidni tok povećanja (smanjenja) pelikularno-kapilarne vode

PELIKULARNO-KAPILARNA VODE

PELIKULARNO-KAPILARNA VODE

U zavisnosti od debljine vodenog omotača uticaj sile gravitacije i molekularnih sila na premeštanje pelikularno-kapilarne vode se menja. Pri smanjenju debljine omotača u granicama hidroskopne vlage premeštanje vode se vrši pod uticajem molekularnih sila. Pri povećanju debljine omotača povećava se uticaj sila gravitacije, a na granicu prelaza pelikularno-kapilarne vode u kapilarnu preovladava sila gravitacije.

KAPILARNE VODE

Pripada kategoriji slobodne vlage. Pelikularno-kapilarna voda nalazi se samo na površini čestica. Prostori između čestica ostaju tada ne popunjeni vodom. U tom slučaju pelikularno-kapilarna voda nema sposobnost prenošenja hidrostatičkog pritiska. Ukoliko su prostori između čestica ispunjeni vodom takva se voda naziva kapilarnom.

KAPILARNE VODE

Ispunjavajući prostor između čestica kapilarna voda prenosi hidrostatički pritisak. Pri postojanju razlike pada između dve tačke kapilarna voda se može kretati u zemljištu, pri čemu se ovo kretanje ostvaruje kao posledica dejstva gravitacionih sila i kapilarnih sila.

KAPILARNE VODE

Kapilarne sile mogu delovati u različitim pravcima, pa i na gore. U slučaju postojanja pojava vazduh-voda na vrhu kapilarne zone ona se može suprostaviti gravitacionoj sili. U granici visine kapilarnog penjanja kapilarne vode ne mogu isteći iz zemljišta

KAPILARNE VODE

Voda koja se pod uticajem kapilarnih sila podigne na određenu visinu od podzemnih voda čini zonu kapilarnog penjanja

U sredinama koje imaju veoma tanke kapilare (glina) razlika između kapilarne i pelikularno-kapilarne vode se gubi, pošto voda u veoma tankim slojevima zauzima čitav prostor između čestica zemljišta

SLOBODNA VODA

Popunjava prostor između čestica zemljišta pri bilo kojoj vlažnosti. Ona se ne može zadržati kapilarnim silama već se pod uticajem gravitacije slobodno kreće u podzemlje.

Kretanje podzemnih voda u zavisnosti od veličine poroznosti može biti Laminarno (mirno) – u sitnozrnom zemljištu Turbulentno – u zemljištu sa krupnim šupljinama i

pukotinama

SLOBODNA VODA

Brzina kretanja vode pri laminarnomkretanju – važi Darsijev zakon

V = k · iGde suK - koeficijent filtracijeI - hidraulički pad

Proticaj vode

FvQ

FiKQ

Gde je Q količina vode koja se se filtrira kroz zemljište

i = h/l

h - denivelacija nivoa podzemnih vodaL - put filtracijeF - poprečni presek toka u zemljištu

SLOBODNA VODA

FIZIČKA SVOJSTVA ZEMLJIŠTA

Odnos zemljišta prema vodi zavisi od njegove strukture i sastava. Osnovne karakteristike zemljišta, sa stanovišta njihovog vodnog svojstva su: Poroznost Visina kapilarnog penjanja Specifična i zapreminska masa Vodopropustljivost Vododržljivost Sposobnost odašiljanja vode Deficit vlažnosti

POROZNOST

Postojanje šupljina u zemljištu i mogu biti ispunjene podzemnom vodom u zavisnosti od veličine šupljina. U krupnim pukotinama vode se kreću pod uticajem zemljine teže u turbulentnom vidu, za razliku od kapilarne poroznosti gde se voda kreće pod dejstvom kapilarnih sila.

Na osnovu veličina pukotina poroznost se deli na nekapilarnu i kapilarnu

POROZNOST

Nekapilarna poroznost predstavlja krupne šupljine i pukotine u zemljištu koje mogu biti različitog porekla: organskog ili hemijskog (karst)

Kapilarne pukotine ili pore pojavljuju se u svim sredinama ako veličina pora nije veća od 0.25 mm.

Kapilarna poroznost zavisi od oblika čestica i njihovog mineralnog sastava, kao i gustine zemljišta.

Koeficijent poroznosti predstavlja odnos

gde jePO koeficijent poroznostiVp zapremina pora u zemljištuV ukupna poroznost

%100VV

PO p

POROZNOST

POROZNOST Koeficijent poroznosti je relativno stabilna

veličina za određenu vrstu zemljišta. Na primer homogeni pesak P = 26-47 %.

Poroznost zemljišta zavisi od toga kako su raspoređena zrna u zemljištu, a pri homogenim njihovim veličinama ne zavisi od veličine zrna.

Propustljivost zemljišta zavisi od veličine zrna, pošto na nju utiču, ne samo ukupna poroznost, već i veličina površine kvašenjazrna.

KAPILARNO PENJANJE

Po mreži kapilarnih kanala dolazi do podizanja vode iznad nivoa podzemnih voda. U vlažnom zemljištu voda se diže više nego u suvom za isto vreme

Što je prečnik kapilara manji, više se diže voda. Kod prečnika zrna zemljišta 2 mm dizanje iznosi 114 mm, a za prečnike zrna 1 mm visina dizanja iznosi 241 mm.

KAPILARNO PENJANJE

Brzina kapilarnog penjanja je veoma mala. Za navedene veličine zrna zemljišta na visini od 114 mm dizanje se ostvaruje za 80 dana, a na visinu od 241 mm za 100 dana. Za zrna > 254 mm kapilarno dizanje je praktično zanemarljivo.

SPECIFIČNA MASA ZEMLJIŠTA -

Je odnos mase zemljišta (bez pora) u gramima i zapremine uzetog uzorka, u prirodnim uslovima iz kojeg je istisnuta voda.

Na ovaj način specifična masa pokazuje koliko grama datog zemljišta se nalazi u 1 cm3 njihove zapremine u čvrstom stanju (bez pora)

specifična masa (gr/cm3)

ZAPREMINSKA MASA ZEMLJIŠTA -

Je odnos mase suvog uzorka zemljišta i njegove zapremine.

Zapreminska masa pokazuje koliko grama datog zemljišta se nalazi u 1 cm3 njegove zapremine u uslovima prirodne strukture u suvom stanju.

Odnosno odnos predstavljaju deo čvrstih čestica koje se nalaze u zemljištu, a poroznost se dobija po sledećoj jednačini

%1001PO

VODOPROPUSTLJIVOST Je sposobnost zemljišta da propusti vodu kroz

sebe. Zavisi od poroznosti i od karaktera pukotina i

pora Sama poroznost ne određuje stepen

vodopropustljivosti. Zemljište se može odlikovati veoma velikom

poroznošću, kao na primer glina, kod koje poroznost dostiže do 50%, a da pri tome bude skoro vodonepropusna. Pesak sa 35% poroznosti dobro provodi vodu.

VODOPROPUSTLJIVOST Vodonepropustljivost gline objašnjava se time

da ona sadrži veoma čiste čestice između kojih je rastojanje veoma malo i veoma brzo se smanjuje sa njenim bubrenjem.

Prema vodopropustljivosti zemljište se deli na VODOPROPUSTLJIVA kao što su šljunak, pesak i sl POLUPROPUSTLJIVA – glinasti pesak, porozna

suglina i les VODONEPROPUSNA – glina, masivne kristalaste

gline i sl.

VODODRŽLJIVOST Sposobnost zemljišta da zadrži određenu količinu

vode je vododržljivost. U zavisnosti od količine i stanja zadržane vode u

zemljištu razlikujemo Potpunu vododržljivost Nepotpunu vododržljivost koja se deli u sledeće osnovne

forme Kapilarnu Minimalno hidroskopnu Maksimalno hidroskopnu

Vododržljivost se izražava u procentima od mase (ili zapremine) suvog zemljišta, ili u vidu zalihe vlage koja odgovara nekoj formi vododržljivosti, obično izražene u milimetrima sloja vode.

ODAŠILJANJE VODE

Sposobnost zemljišta do potpune vododržljivosti zemljišta da vraća deo vode putem slobodnog tečenja pod dejstvom zemljine teže. Odašiljanje vode se uvećava sa povećanjem krupnoće pukotina i pora.

Koeficijent odašiljanja vode predstavlja odnos zapremine otekle vode i zapremine zemljišta iz koje je voda istekla.

ODAŠILJANJE VODE Maksimalna veličina odašiljanja vode je jednaka

razlici između potpune i najmanje vododržljivostizemljišta, pošto prva od njih karakteriše najveću količinu vode koja se može sadržati u zemljištu, a druga količinu vode koja ostaje u zemljištu posle isticanja sve gravitaciono slobodne vode

Fizička veličina maksimalnog odašiljanja vode je po pravilu nešto manja od računske, pošto se potpuno zasićeno zemljište do potpune vododržljivosti u prirodi veoma retko sreće, ili u zemljištu obično stalno ostaje neka količina vodom zasićenog vazduha.

DEFICIT VLAGE Ili nedostatak zasićenosti karakteriše nedostatak

vlage do potpunog zasićenja zemljišta vlagom. Jednak je razlici između potpune vododrživosti i stvarnog sadržaja vlažnosti u zemljištu u datom trenutku. Deficit vlažnosti može biti izražen u milimetrima sloja vode ili u procentima od mase ili zapremine suvog zemljišta

Razlijukemo zapreminsku vlažnost (Wz) tj količinu vode u jedinici zapremine zemljišta i masena vlažnost(Wt) tj odnos mase vode koja se sadrži u zemljištu i mase suvog zemljišta.

DEFICIT VLAGE

Između zapreminske i masene vlažnosti postoji relacija

Gde su z gustina (zapreminska masa) zemljišta v gustina zemljišne vlage – obično se uzima

da je jedinica

tv

zz WW

Kvantitativne karakteristike fizičkih svojstava zemljišta su konstantne za određeno zemljište, kao što su na primer: poroznost, visina kapilarnog penjanja, specifična i zapreminska masa, koji se obično nazivaju FIZIČKIM KONSTANTAMA ZEMLJIŠTA

Karakteristike vodnog režima kao što su: vododrživost, odašiljanje vode, koeficijent filtracije nazivaju se VODNIM KONSTANTAMA ZEMLJIŠTA

Objedinjavanjem vodnih i fizičkih konstanti zemljišta dolazi se do pojma VODNO-FIIZIČKE KONSTANTE ZEMLJIŠTA

Ukoliko se raspolaže sa vodno-fizičkim konstantama zemljišta može se sračunati zaliha vlage koja odgovara prirodnoj vlažnosti u nekom momentu vremena.

Zaliha vlage u zemljištu se izražava u m3/ha ili u milimetrima sloja vode. Pogodnije je izražavanje u milimetrima pošto se tada zaliha vlage može uporediti sa ostalim karakteristikama, kao što su: atmosferske padavine, isparavanje, oticaj – koji se takođe izražava u milimetrima sloja vode

Proračun zaliha vlage u zemljištu se radi na sledeći način: Neka suF – (u m2) površina zemljišta za koje se računa zaliha vlageH – (u cm) moćnost sloja zemljišta

Tada zaliha vlage u zemljištu se dobija: W = F H (cm3)

Pri zapreminskoj masi zemljišta (gustina) masa suvog zemljišta koje se nalazi u toj zapremini iznosiP = W

Ukoliko je težinska vlažnost zemljišta u momentu određivanja zaliha vode jednaka Wt težine suvog zemljišta, tada je zapremina vode u razmatranoj zapremini zemljišta

100WPQ t

Ukoliko se ova količina vode svede na jedinicu površine, dobijamo vrednost zaliha vlage u zemljištu izražen u cm ili mm

100WHh t

10WHh t

cm

mm