5.5.2. Инфильтрация атмосферных осадков

Осадки не всегда формируют поверхностный сток. Часть их испаряется, часть просачивается в почву и питает грунтовые воды, часть же теряется из зоны водообмена, попадая в глубокие слои грунта. Инфильтрация – это проникновение атмосферных осадков с поверхности в почву. Этот процесс характеризуется несколькими этапами, на каждом из которых преобладают разные силы.

В начальный период, когда влажность почвы еще невелика, осадки под действием молекулярных и капиллярных сил задерживаются в верхнем слое почвы - стадия впитывания, когда сила тяжести оказывает минимум влияния. Далее адсорбирующая способность грунта снижается до минимума, капилляры заполняются водой, начинается движение жидкости вниз под действием капиллярных сил и силы тяжести. Влажность почвы приближается к полной влагоемкости, но пока не достигает ее. Это стадия просачивания. Последняя стадия – фильтрация, наступает при заполнении всех пор водой. При этом действие силы тяжести преобладает. Совокупность этих трех стадий и составляет единый процесс инфильтрации.

Инфильтровавшаяся вода может частью глубоко проникать в грунт и выйти за пределы дренирования водотоками. В этом случае она рассматривается как потери стока. К потерям отно­сится и испарение, которое происходит из почвы, насытившейся в процессе инфильтрации. Значительная же часть воды пополняет запасы водоносных горизонтов и затем поступает в реки.

Колебания влажности почвы сказываются на скорости инфиль­трации осадков, которая также изменяется во времени. Большую роль при этом играет количество и интенсивность осадков. С уве­личением интенсивности дождя интенсивность впитывания и про­сачивания возрастает. В течение дождя постоянной интенсивности скорость инфиль­трации убывает и стремится к некоторому пределу, определяемому механическими свойствами почвогрунта.

Растительность также способствует увеличению поглощения воды почвой. Травяной покров замедляет стекание по поверхности, что приводит к нарастанию слоя воды и повышению скорости про­сачивания. Особенно сильное влияние оказывает лес благодаря рыхлению почвы корневой системой, а также лесной подстилке, она способствует повышению структурности почвы и одновременно является фильтром, очищающим воду от мелкозема. Поглотительная способность лесных почв с подстилкой выше, чем таких же почв без подстилки.

Большие различия в инфильтрации связаны с физико-механи­ческими свойствами почвогрунта: механическим составом, скваж­ностью, структурой почвенного слоя. В песках вода просачивается хорошо благодаря крупным порам. В глины с очень малыми по­рами она впитывается в десятки и сотни раз медленнее, нежели в пески. Различия в скважности приводят к неравномерной по площади инфильтрации. На площадях больших речных бассейнов эта не­равномерность еще более возрастает.

Процесс инфильтрации талой воды в мерзлую почву имеет свои особен­ности. В начале часть ее замерзает в порах почвы и образует ледяную кор­ку на поверхности. В результате этого впитывание падает. После оттаивания почвы просачивание резко усиливает­ся. В промерзших почвах с большим количеством трещин и некапиллярных полостей просачивание име­ет место и при увлажнении значительно выше полной влагоемкости.

Потери атмосферных осадков на испарение и инфильтрацию, как было показано, зависят от многих климатических и физико-географических факторов, большинство из которых подчиняется закону географической зональности. Обычно суммарную величину потерь выражают коэффициентом стока. Коэффициент годового стока в общем уменьшается с севера на юг. В пустынях сток воды вообще ничтожен.