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土壤水土壤水(Soil Water)内容提纲土壤的质地、结构土壤的质地、结构土壤中的土壤中的“三相三相”关系关系土壤水的作用力土壤水的作用力土壤水的能量状态土壤水的能量状态土壤水运动的控制方程土壤水运动的控制方程土壤水内容提纲土壤的质地、结构1第五节第五节 土壤水运动的控制方程土壤水运动的控制方程（Equation of Soil Water Flow）n土壤水运动土壤水运动主要指土壤水中主要指土壤水中液态水液态水的流动。的流动。n土壤物理特性土壤物理特性在空间各个方向上都相同在空间各个方向上都相同时称为时称为均质土壤均质土壤，否则，称为否则，称为非均质土壤非均质土壤。n土壤孔隙体积全部被水充满时土壤孔隙体积全部被水充满时，称为，称为饱和土壤饱和土壤；反之，称；反之，称为为非饱和土壤非饱和土壤。n饱和土壤饱和土壤为为土粒土粒和和水水组成的二相物质系统。在饱和状态下，组成的二相物质系统。在饱和状态下，土壤水在土壤水在重力势重力势和和压力势压力势作用下产生饱和水流运动，属于作用下产生饱和水流运动，属于自由重力水渗流自由重力水渗流。第五节 土壤水运动的控制方程土壤水运动主要指土壤水中液态水21 1、土壤水流的连续方程、土壤水流的连续方程物质守恒定律物质守恒定律单位时间内，流入控单位时间内，流入控制体的水量制体的水量-流出控流出控制体的水量制体的水量=控制体控制体内土壤水的改变量内土壤水的改变量1、土壤水流的连续方程物质守恒定律3 设想设想从非饱和土壤中取出一个微分体，由于土壤水的运从非饱和土壤中取出一个微分体，由于土壤水的运动，在动，在dtdt时段内从时段内从x x方向进入该微分体的水质量为：方向进入该微分体的水质量为：从该微分体中流出的水质量为：从该微分体中流出的水质量为：设想从非饱和土壤中取出一个微分体，由于土壤水的运动，4在在x x方向上净进入该微分体的水质量为以上两项之方向上净进入该微分体的水质量为以上两项之差差在x方向上净进入该微分体的水质量为以上两项之差5沿沿y y方向：方向：沿沿z z方向：方向：沿y方向：沿z方向：6土体的净入流量是土体的净入流量是x,y,zx,y,z三个方向之和三个方向之和土体水量变化：土体水量变化：土壤含水率土体的净入流量是x,y,z三个方向之和土体水量变化：土壤含7土土体的体的净入流量净入流量等于等于土体水量变化土体水量变化等式变换有（等式变换有（土壤水流连续方程土壤水流连续方程）：）：土体的净入流量等于土体水量变化等式变换有（土壤水流连续方程）82 2、饱和水流的、饱和水流的运动方程运动方程Henry Darcy(1803-1858)达西公式描述的是达西公式描述的是一维垂向饱和水流运动一维垂向饱和水流运动渗透系数，反映土壤透水特性渗透系数，反映土壤透水特性水力坡度（单位水力坡度（单位距离水头损失）距离水头损失）总水头（总势）总水头（总势）流程流程渗流量渗流量平均渗平均渗透速度透速度2、饱和水流的运动方程Henry Darcy达西公式描述的是9认识认识渗透系数渗透系数K K1 1）渗透系数渗透系数是表示土壤透水性的数量指标，其值等于水力是表示土壤透水性的数量指标，其值等于水力坡度为坡度为1 1时的渗透速度。时的渗透速度。2 2）影响渗透系数的因素影响渗透系数的因素:土壤颗粒组成、孔隙度、孔隙大土壤颗粒组成、孔隙度、孔隙大小、孔隙形状及连续性、液体的黏滞性、密度和温度等。小、孔隙形状及连续性、液体的黏滞性、密度和温度等。3 3）渗透系数与土壤透水性的关系渗透系数与土壤透水性的关系：渗透系数越大，土壤透：渗透系数越大，土壤透水性越强。水性越强。认识渗透系数K103 3、均质均质土壤非饱和水流运动方程土壤非饱和水流运动方程 在在非饱和水流时非饱和水流时，由于土壤中有空气存在，有，由于土壤中有空气存在，有效过水面积随含水率减小而减少，效过水面积随含水率减小而减少，渗透系数不是一渗透系数不是一个常数个常数，而是随土壤含水量的变化而变化，而是随土壤含水量的变化而变化，是土壤是土壤含水量的函数含水量的函数。3、均质土壤非饱和水流运动方程 在非饱和水流时，由于土11对均质土壤的三维情况：对均质土壤的三维情况：对均质土壤的三维情况：12非饱和土壤中，总势为非饱和土壤中，总势为基质势基质势与与重力势重力势之之和和 土壤水土壤水的流向的流向以以总势梯度的方向确定总势梯度的方向确定。如果。如果垂直方向梯度为零垂直方向梯度为零，便是，便是水平流水平流；若；若水平方向含水平方向含水率均一水率均一，其，其势梯度为零势梯度为零，则是，则是垂向水流垂向水流（下渗（下渗或蒸发时的土壤水运动）。或蒸发时的土壤水运动）。非饱和土壤中，总势为基质势与重力势之和 土壤水的流向以13水平流垂向水流垂向水流水平流垂向水流14 1 1）理解土壤水流的连续方程）理解土壤水流的连续方程 2 2）理解饱和水流运动方程）理解饱和水流运动方程 3 3）理解均质土壤非饱和水流运动方程）理解均质土壤非饱和水流运动方程课程小结课程小结 1）理解土壤水流的连续方程课程小结15思考题思考题判断：判断：当土壤处于当土壤处于饱和状态饱和状态时，其渗透系数和土壤含水时，其渗透系数和土壤含水率无关率无关 【】【】当土壤处于当土壤处于非饱和状态非饱和状态时，其渗透系数和土壤含时，其渗透系数和土壤含水率无关水率无关 【】【】思考题判断：16
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