水 文 学 原 理(六下渗)shui.ppt

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1、第六章下渗5天然条件下的下渗主要内容下渗的物理过程1非饱和下渗理论2饱和下渗理论3经验下渗曲线4§1下渗的物理过程1几个基本概念下渗：水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到土壤中的运动过程下渗率：单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量～下渗容量：供水充分条件下的下渗率～下渗曲线：下渗容量随时间的变化曲线～累积下渗曲线：从下渗开始至某时刻按下渗能力下渗到土壤中的总水量与该时间的关系曲线～土壤水分剖面：土壤含水率沿深度方向的变化曲线～土壤水分剖面土壤含水率沿深度方向的变化曲线称为土壤水分剖面，它描述了土壤含水

2、率在深度方向上的分布情况，故又称土壤含水率垂向分布。根据土壤水分剖面，可以计算出土壤中任一土层，以水深计的含水量。土壤水分剖面在时间上是变化的，并且这种变化与下渗和蒸(散)发的关系密切。土壤水分剖面下渗水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到土壤中的运动过程下渗率单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量影响下渗率的主要因素是初始土壤含水量、供水强度和土壤质地、结构等。如果供水强度充分大，则下渗率将达到同初始土壤含水量和同土壤质地、结构条件下的最大值，称此为下渗容量或下渗能力。下渗曲线下渗容量随时间的变化曲线称

3、为下渗曲线。对于相同的土壤质地和结构，初始土壤含水量不同，下渗曲线也不同。下渗曲线是以初始土壤含水量为参变量的一簇曲线。初始土壤含水量为0即干燥土壤的下渗曲线是最基本的一条下渗曲线。累积下渗曲线从下渗开始至某时刻按下渗能力下渗到土壤中的总水量与该时间的关系曲线§1下渗的物理过程2下渗机理a下渗的三个阶段渗润阶段：分子力渗漏阶段：毛管力渗透阶段：重力下渗过程就是土壤吸收水分，调节水分，并向土层中传递水分的过程。受到土壤水作用力的支配。§1下渗的物理过程渗润阶段：土壤含水量较小，下渗容量较大，下渗容量随时间递减迅速。渗

4、漏阶段：土壤含水量不断增加，下渗容量明显减小，下渗容量随时间递减变得缓慢。渗透阶段：土壤含水量达到了田间持水量以上，下渗容量变得稳定，达到下渗容量的最小值，称为稳定下渗率。§1下渗的物理过程在渗润阶段，由于土壤含水量较小，分子力和毛管力均很大，再加上重力的作用，土壤吸收水分的能力特别大，以致初始下渗容量很大，而且由于分子力和毛管力随土壤含水量增加快速减小，使得下渗容量迅速递减。进入渗漏阶段后，土壤颗粒表面已形成水膜，因此分子力几乎趋于零，这时水主要在毛管力和重力作用下向土壤中入渗，下渗容量比渗润阶段明显减小，而且由

5、于毛管力随土壤含水量增加趋于缓慢减小阶段，所以这阶段下渗容量的递减速度趋缓。到了渗透阶段，土壤含水量已达到田间持水量以上，这时不仅分子力早已不起作用，毛管力也不再起作用了。控制这阶段下渗的作用力仅为重力。与分子力和毛管力相比，重力只是一个小而稳定的作用力，所以在渗透阶段，下渗容量必达到一个稳定的极小值，这就是稳定下渗率。§1下渗的物理过程2下渗机理b下渗过程中的土壤水分剖面含水量(%)深度(m)饱和含水量田间持水量风干土饱和带水分传递带湿润带湿润锋饱和带水分传递带湿润带湿润锋§1下渗的物理过程饱和带：厚度不大，一般

6、不到1.5cm，而且随着供水时间的增长，这一厚度变化缓慢。水分传递带：是一个土壤含水量沿深度分布比较均匀、厚度较大的非饱和土层，其厚度随供水时间的增长不断增加，土壤含水量介于田间持水量和饱和含水量之间，约为饱和含水量的60%－80%。湿润带：是连接水分传递带和湿润锋的水分带。在这一带中，土壤含水量沿深度迅速减小，并且在下渗过程中不断下移。这一带的平均厚度也大体保持不变。湿润锋：湿润带与下渗水尚未涉及到的土壤的交界面称为湿润锋。在湿润锋处，土壤含水量梯度很大，因此在该处将有很大的土壤水分作用力来驱使湿润锋继续下移。又

7、称为湿润锋面或下渗锋面。§1下渗的物理过程3下渗容量与土壤水分剖面的关系累积下渗量：下渗曲线：忽略重力作用的下渗曲线：§2非饱和下渗理论下渗曲线不仅是下渗物理过程的定量描述，而且是下渗物理规律的体现。已提出了三类确定下渗曲线的途径，即非饱和下渗理论途径、饱和下渗理论途径和基于下渗试验的经验下渗曲线途径。§2非饱和下渗理论根据非饱和水流运动方程式导出的下渗方程的基本形式对于非饱和土壤，总势必应由基模势和重力势组成下渗方程的又一表达形式为§2非饱和下渗理论1非饱和下渗方程的形式假设与为单值关系令假设与为单值关系为扩散率

8、，当滞后作用不明显时，在一定的土壤含水量范围内，可用经验公式来表示:§2非饱和下渗理论2忽略重力作用的下渗方程的解条件：a忽略重力；b供水充分，表面无积水；c均质半无限土柱，初始土壤含水量分布均匀定解问题的构成：泛定方程初始条件边界条件§2非饱和下渗理论2忽略重力作用的下渗方程的解第一种情况：扩散率为常数拉氏变换下渗曲线：§2非饱和下渗理论2忽略重力作用的下