水文地质学第三讲 地下水的循环.ppt

毛细管插入水中瞬间时刻：ZC→0，那么，I→∞，而K不变，则V→∞； 随着毛细水上升，ZC逐渐增大，(hC/ZC)-1逐渐变小，则I逐渐变小，那么上升速度V逐渐变小； ZC→hC时，(hc/ZC)-1→0，I→0，那么V→0，毛细上升停止。 6.5.3 小结 包气带水的运动与饱水带水的运动相比，有以下三点不同： 饱水带只有重力势； 包气带则有重力势、毛细势； 饱水带任一点水头随水位变化； 包气带水头则是含水量的函数； 饱水带的渗透系数是个定值； 包气带渗透系数随含水量的降低而变小。 第六章 包气带水 6.1 包气带水势 6.2 包气带水分 6.3 包气带水势与含水量的关系 6.4 包气带渗透系数与含水量的关系 6.5 包气带水分运动 6.6 本章小结 6.6 本章小结 6.6.1 学习要求 掌握包气带水势的组成及其各自的含义； 理解包气带内水分的垂向分布特点； 理解包气带水势与含水量的关系、渗透系数与含水量的关系； 理解包气带水分运动的特点； 掌握包气带水分运动与饱水带水分运动的不同。 6.6.2 习题 (1)当潜水水位下降时，支持毛细水和悬挂毛细水的运动有什么不同特点？ (2)均质包气带中岩石的渗透系数随着岩石含水量的增加而增大，所以渗透系数是含水量的函数； A B C 5cm 7cm (3)当细管毛细上升高度为10cm，粗管毛细上升高度为5cm时，A管、B管、C管毛细上升高度各为多少？ 0 O’ (4)如图，已知管中砂的毛细上升高度为10cm。稳定条件下，比较A、B、C三点的水头值(HA、HB、HC)，并在图上标出相应的高度。 A 10cm 5cm A C B 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 水文地质学基础 第五章 地下水运动的基本规律 第六章 包气带水 第八章 地下水的补给与排泄 第九章 地下水流动系统 第三讲 地下水的循环 第六章 包气带水 6.1 包气带水势 6.2 包气带水分 6.3 包气带水势与含水量的关系 6.4 包气带渗透系数与含水量的关系 6.5 包气带水分运动 6.6 本章小结 6.1 包气带水势 包气带中不同部位水分的能量相对水平面比较，常以包气带水势来表示。 包气带水势是一种衡量包气带中水具有的能量的指标，是在包气带内土壤和水的平衡系统中，单位数量的水在恒温条件下，移动到参照状况纯自由水体所能做的功。 参照状况一般使用标准状态，即在标准大气压下，与包气带水具有相同温度的情况下(或某一特定情况下)，以及在某一固定高度的假想的纯自由水体。 其必要条件首先是其过程为可逆的,即表明没有因摩擦而发生能量的损失；第二必需条件是等温的，即表明没有发生温度变化，而且转移的量是无限小，所以剩余包气带水分不受转移的影响。 式中：ψw—总水势，即包气带水的总势能； ψg--重力势； ψp—压力势，包括基质势ψc(或称基膜势)和气压势ψa； ψs--溶质势(渗透压势)； ψT—温度势。 以上各种势能，如用单位重量包气带水的势能表示时，其单位为Pa。 在饱水带中，水势大于参照状态的水势；在包气带中，包气带水受毛细作用和吸附力的限制，水势低于参照状态的水势。包气带水势是由各分势组成的： 6.1 包气带水势 6.1.1 重力势 物体从基准面移至某一高于基准面的位置时，需要克服由于地球引力而产生的重力作用，因而必须对物体做功，这种功以重力势能的形式储存于物体中。 包气带水与其它物体一样，在基准面以上Z的单位重量的水所具有的重力势能ψg=Z；反之，在基准面以下Z时，重力势能为ψg=-Z。 6.1.2 压力势 相对于大气压力所存在的势能差为压力势，包括气压势和基质势(或称基膜势)。 6.1.2.1 气压势 它是由于包气带内邻近空气的气压变化而引起的。 在一般情况下，由于空气的动力粘度比水小100倍，空气的流动性远大于水的流动性，空气可自由排出和进入包气带，而且大气中压力变化较小，因此在很多情况下人们认为有理由可以忽略气压势。 6.1.2.2 基质势 在地下水面处，水的压力势为0； 在地下水面以下饱和区的静水压力为正值； 在地下水面以上非饱和区水的压力势为负值，常又被称为“毛管势”或“基膜势”。这是由于土壤基膜引起的毛管力造成的(因此又称毛细负压)。这种力常将水吸引和束缚在土壤中，使包气带水的势能低于自由水。 6.1.2.3 溶质势(渗透压势)