水文学原理第六章下渗.pptVIP

§2 非饱和下渗理论 由质量守恒定律得出非饱和土壤的水量平衡方程： 根据非饱和达西定律 §2 非饱和下渗理论 非饱和土壤的水量平衡方程： 有限差分方程形式： §2 非饱和下渗理论 (1)将计算土层均匀地划分成N层。 (2)对每一子土层列出方程式。 (3)根据初始条件和边界条件解算上式。 (4)计算不同时刻的累积下渗量: (5)用数值微分法求下渗曲线。 推求下渗曲线的步骤 §2 非饱和下渗理论 集总式下渗模型方法虽然只能求得近似数值解，但却能考虑有限长土柱、初始土壤含水量分布不均及不同供水条件的下渗问题。 如把整个土层作为一层来考虑 §3 饱和下渗理论 1 基本方程的建立 几个基本假定： （1）以湿润锋为界，认为其上部土壤含水量达到饱和，其下部仍为初始土壤含水量 （2）湿润锋向下移动的条件是其上部土层达到饱和含水量 §3 饱和下渗理论 受力分析： （1）土壤表面水层的净水压力； （2）土壤饱和水柱的重力； （3）下渗锋面处的毛管吸力； （4）下渗锋面以下的空气剩余压力。 合力： §3 饱和下渗理论 2 下渗曲线的导出 动 力 方 程 式： 水量平衡方程式： 格林－安普特公式 §4 经验下渗曲线 基本思路：对通过观测实际问题取得的下渗资料，选配合适的函数形式，并率定其中的参数，从而求得相应的下渗曲线。 1 科斯加柯夫公式： 参数确定： 第六章 下 渗 水文学原理第六章下渗 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