土壤水动力学SWD土壤水热传输.pptVIP

土壤冻融过程： 冻融过程中土壤含水率的变化特性 特征含水量： 土壤封冻时的初始含水量θ0 该层土壤冻结前的谷值含水量θv 冻结后的稳定含水量θf 消融时的峰值含水量θp 消融后的含水量θe 6.3.3 考虑地－气间水热交换的 越冬期土壤水热迁移 地表能量平衡： Rn=H+LE+G Rn ：净辐射 H：显热消耗 LE ：蒸发潜热 G：地表的热通量 微气象学水热紊流扩散理论： 显热通量： 潜热通量 ?Cp：空气定压体积比热容 γ：湿度计常数 T1、Ta分别为地表和大气温度 e1、ea分别为地表和大气的水汽压 ra、rs分别为空气动力学阻力和土壤阻力 地表水汽压： M为水汽摩尔质量 ?1为土壤表面基质势 空气动力学阻力ra： Zr：参考高度 d：零平面位移 Z0 ：粗糙高度 Κ：Karman常数 Ua：为参考高度处风速 P1、P2：为大气稳定度修正因子 土壤蒸发阻力rs(s/m) ：随地表含水率的减小而增大，经验模式：rs=-805+4140(θs-θo) 土壤水热迁移的上边界条件： 根据地表能量平衡方程、地表与大气间水热扩散方程，得到土壤水热迁移的上边界条件 水分：通量边界 Es=LE/Lρw 温度：三类边界 模拟结果－水分 模拟结果－温度 土壤水动力学 第6章 土壤水热传输 土壤水动力学 (Soil Water Dynamics)第6章 土壤水热传输 (Simultaneous Soil Moisture and Heat Transfer) 毛 晓 敏 中国农业大学水利与土木工程学院 Tel:Email: maoxiaomin@tsinghua.org.cn 第6章 土壤水热传输 土壤热量传输理论 蒸发条件下土壤水热传输 土壤冻融过程中的水热传输 6.1 土壤热量传输理论 土壤热特性 土壤热量传输方程 土壤水热耦合传输方程 6.1.1 土壤热特性 土壤温度变化的机理和影响因素： 热能在土壤中的传输方式： 热传导、辐射、热对流（水的流动、潜热和显热输送） 土壤热传导（Thermal conduction）: 刚性物体的热传导方程 --Fourier’s Law: 多孔介质： 6.1.1 土壤热特性 土壤温度变化的机理和影响因素： 土壤热特性参数（Thermal properties）: 比热容：热量储存能力 热导率：热量传输能力 热扩散率：热量扩散能力 土壤比热容（Specific heat capacity）： 单位体积（质量）的土壤温度升降1℃所吸收或释放的热量，称为体积（质量）比热容 Cv(J cm-3 ℃-1)， Cm(J g-1 ℃-1) : Cv=ρt Cm 比热容是土壤的一种广度性质，具有可加性，是土壤各组分(矿物质、有机质、水、冰、空气)比热容之和 Cv=Cvmθm＋Cvomθom＋Cvwθw＋Cviθi＋Cvaθa 常温常压：1.9 2.5 4.18 1.78 0.001 Cm=Cmmxm＋Cmomxom＋Cmwxw＋Cmixi＋Cmaxa 常温常压：0.73 1.9 4.18 1.94 1.00 一般情况下，Cv是土壤含水率的函数： Cv=1.925θm＋2.510θom＋4.18θw 忽略有机质时： Cv=1.925(1-θs) ＋4.18θw 一定容积(V)的土壤，温度从T1变化至T2时所需要的热量：Q=CvV(T2-T1) 热导率(thermal conductivity) 根据上述推导（Fourier Law）： qh=-Kh▽T qh：热通量， W cm-2 Kh ：热导率，W cm-1 ℃-1 热导率的影响因素 土壤组分及其形状、结构、比例 对于一定的土壤，主要取决于含水率 热导率的测定： 热导率的计算方法1：de Vries (1963) 半经验半理论的方法 λ、X、Kh分别为土壤各相的加权系数、体积含量、热导率， 下标 i、w、a 分别表示第 i 种固相组成、水、空气 计算时以水为连续介质，其加权系数为1，其它各相的加权系数取决于该相的平均温度梯度与水的平均温度梯度之比，并且与其形状有关 假设土壤颗粒为椭球，并且其半轴长a、b、c满足a=b=nc时，其加权系数λi与其形状系数gi有关： n1: n1: n=1: gi=1/3 土壤空气计算导热率： 包括干空气、水汽的热导率Kha、Khv： Khav = Kha+ Khv