水文学原理(第五节)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019-11-15,#,2016,年,7,月,17,日发生在湖南省古丈县墨戎镇的山洪与山体滑坡。,2016年7月17日发生在湖南省古丈县墨戎镇的山洪与,1,下渗,(,Infiltration,),内容提纲,流域下垫面水分分带,下渗过程,下渗与降雨强度的关系,下渗的影响因素,下渗(Infiltration)内容提纲流域下垫面水分分,2,目标一,：理解下渗过程,3,阶段各自的特征,目标二,：,理解下渗特征和雨强的关系,教学目标,难点一,：下渗不同阶段土壤水的类型及作用力,难点二,：,稳定下渗率,降雨强度,初始下渗能力,学习难点,下 渗,(Infiltration),目标一：理解下渗过程3阶段各自的特征教学目标难点一：下渗不同,3,第一节,流域下垫面水分分带,（,Moisture Zonation,of Underlying Surface,）,第一节 流域下垫面水分分带,4,包气带,（,非饱和带,）,：,土壤颗粒,、水、空气,三相系统。由于存在土壤颗粒,吸附力,和,毛管力,，,水压力小于大气压,。,地下水面,：,包气带中有未充满水的空隙与大气相通，在,地下水面处水压力等于大气压,。,饱水带,（,饱和带,）,：,土壤颗粒,和,水,二相,系统。,包气带,P,0,地下水面,P=0,饱和带,P,0,包气带（非饱和带）：土壤颗粒、水、空气三相系统。由于存在土壤,5,毛管悬着带,：包气带上部靠近地表面的土壤,，可,与外界进行水分交换。,中间包气带,：指毛管悬着水带与毛管水上升带之间的土层。该区间,土壤含水量较小且稳定,。,毛管水上升带,：在地下水面以上，由于,土壤毛管力的作用,，一部分水分沿着土壤孔隙侵入,地下水面以上,的土壤中，形成的水分带。该区间土壤含水量,自下而上逐渐减小,。,毛管悬着带：包气带上部靠近地表面的土壤，可与外界进行水分交换,6,第二节,下渗过程,（Process of,I,nfiltration,）,1,、与下渗相关的概念,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。,第二节 下渗过程1、与下渗相关的概念下渗:水分透过土壤层,7,土壤水分剖面,(,土壤含水率垂向分布,):土壤含水率沿深度方向的变化曲线。,土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的变,8,下渗率（,f,）,:,单位时间,通过,单位面积,的土壤层面,渗入,到土壤中的,水量,(mm/min,mm/h)。,稳定下渗率（,f,c,）,：处于稳定不变时的下渗率。,下渗能力/容量（,f,p,）,:供水充分条件下的下渗率。,下渗率（f）:单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的,9,下渗曲线,：下渗,能力（,充分供水下,）随时,间变化的曲线。,下渗能力随时程递减，初期土壤含水率低时，,f,p,很大，后期土壤含水率趋于饱和时，,f,p,趋于稳定。,下渗曲线：下渗能力（充分供水下）随时间变化的曲线。下渗能力随,10,累积下渗曲线,:从下渗开始至某时,刻下,渗到土壤中的总水量与该时间的关系曲线,累积下渗曲线:从下渗开始至某时刻下渗到土壤中的总水量与该时间,11,下渗,3,阶段划分依据,：水分下渗过程中,所受的力,（分子力、毛管力和重力）和,运动特征,渗润阶段,渗漏阶段,渗透阶段,2,、下渗过程,下渗3阶段划分依据：水分下渗过程中所受的力（分子力、,12,渗润阶段,主要受,分子力,作用，入渗水,成为,吸湿水和薄膜水,，当土壤含水量达到,最大分子持水量,时结束。,渗润阶段主要受分子力作用，入渗水成为吸湿水和薄膜水，当土,13,毛管悬着水,渗漏阶段,主要,受,毛管力、重力,作用，,当,土壤含水量,达到,饱和时,结束,。,毛管悬着水渗漏阶段主要受毛管力、重力作用，当土壤含水量达,14,渗透阶段,受,重力,作用，入渗水成为,自由重力水,向下,渗。,重力水,：土壤,中在重力的作用下能,自由移动的水分,。,特点,：,具有,一般液体的性质，,可传递压力,；,可,被植物吸收,；,不易,保存在包气带中,；,地下水,的重要补给来源,。,渗透阶段受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗。重力水：土,15,渗,润,阶段,：主要受,分子力,作用，入渗水成为,薄膜水,，当土壤含水量达到,最大分子持水量,时结束。,渗,漏,阶段,：主要受,毛管力,、,重力,作用，入渗水主要成为,毛管水,，,当土壤含水量达到,饱和含水量,时结束。,渗,透,阶段,：受,重力,作用，入渗水成为,自由重力水,向下渗出。,渗润阶段：主要受分子力作用，入渗水成为薄膜水，当土壤含水量达,16,土壤水分常数,干燥,最大分子持水量,饱和含水量,渗,润阶段,渗漏阶段,渗透阶段,阶段类型,分子力,毛管力、重力,重力,作用力类型,吸湿水,薄膜水,毛管水、重力水,重力水,土壤水类型,土壤水分常数干燥最大分子持水量饱和含水量渗润阶段渗漏阶段渗透,17,下渗各阶段特征,下渗强度大且衰减明显,下渗强度变化缓慢,下渗强度小而稳定,下,渗,渗润阶段,渗漏阶段,渗透阶段,属,非饱和,水流运动,稳定的,饱和,水流运动,下渗各阶段特征下渗强度大且衰减明显下渗强度变化缓慢下渗强度小,18,3,、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征,（充分供水）,土壤含水量接近饱和含水量，厚度不超过,1.5cm,。,土壤含水量随深度增加急剧,减小,土壤含水量,随深度迅速,减少,在湿润带末端，土壤含水量突变，与下层干土有明显界面，称湿润锋面。,土壤含水量大约为饱和含水量的,60-80,%,3、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量,19,习题,稳定,下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是,。,A,、毛管水,B,、薄膜水,C,、,重力水,D,、吸湿水,渗漏,阶段，下渗水分的存在形式是,。,A,、毛管水,B,、薄膜水,C,、,重力水,D,、吸湿水,习题稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是。,20,第三节,下渗与降雨强度的关系,（,Relationship between infiltration and rainfall intensity,）,均匀雨强时的下渗,情况一,：降雨强度大于初始下渗能力,情况二,：降雨强度小于稳定下渗率,情况三,（,难点,）,：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力,变雨强时的下渗,第三节 下渗与降雨强度的关系均匀雨强时的下渗变雨强时的下渗,21,1,、均匀雨强时的下渗,第三节,下渗与降雨强度的关系,（,Relationship between infiltration and rainfall intensity,）,情况一,：降雨强度大于初始下渗能力,1、均匀雨强时的下渗第三节 下渗与降雨强度的关系情况一：降,22,情况,二,：,降雨强度小于稳定下渗,率,情况二：降雨强度小于稳定下渗率,23,情况三,：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力,答案是“否”,情况三：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力答案是“否,24,（,1,）假设按,f,p,下渗，,f,p,从,f,p0,降到,i,的累积下渗量,F=S,ABCD,即要,F,达到,S,ABCD,，,i,才恰好等于,f,p,。,（,2,）由于实际按,i,下渗，（,0,，,t,p,）累积下渗量,F=S,EBCD,故,t,p,时刻不产流。,（,3,）当,t,p1,=S,ABCD,/i,时，,t,p1,时刻产流。,（1）假设按 fp下渗，fp从fp0 降到i,25,习题,习题,26,27,2,、变雨强时的下渗,2、变雨强时的下渗,28,第四节 下渗的影响因素,（,Influencing Factors,of,I,nfiltration,）,土壤的机械物理性质与水分物理性质,流域地面情况,(,地形、植被,),人类活动,第四节 下渗的影响因素土壤的机械物理性质与水分物理性质,29,土壤的机械物理性质与水分物理性质,土壤的机械物理性质,包括土壤的,颗粒组成,及其结构；,土壤的水分物理性质,包括,孔隙度,、,土壤含水量,及其分布。,土壤的机械物理性质与水分物理性质土壤的机械物理性质包括土壤的,30,流域地面情况,有植被的地区下渗较裸土地区为大。,因为植被阻滞地面径流，增加了下渗时间；枯枝落叶及根系的腐烂使土壤更易透水。,流域地面情况有植被的地区下渗较裸土地区为大。因为植被阻滞地面,31,当地形,比较破碎时,，下,渗量大。,当地面,坡度,大时，下渗量小,。,当地形比较破碎时，下渗量大。,32,人类活动（,增大或减小,）,坡地,改梯田,、,植树造林,、,蓄水工程,均增加水的滞留时间，从而,增大下渗量,。,砍伐,森林,、,过度,放牧,，,则加剧水土流失，从而,减少下渗量,。,人类活动（增大或减小）坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水,33,在地下水资源不足的地区采用,人工回灌,，可以,增加,下渗水量,。,在低洼易涝地区，开挖,排水,沟渠可,减小下渗。,在地下水资源不足的地区采用人工回灌，可以增加下渗水量。在低洼,34,课程小结,1,、掌握理解下渗过程,3,阶段的特征,2,、掌握理解下渗不同阶段土壤水的类型及作用力,3,、掌握理解下渗特征和雨强的关系,课程小结1、掌握理解下渗过程3阶段的特征,35,思考题与作业,（,1,）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征,（,2,）简述天然条件下的下渗过程（分类描述）,思考题与作业（1）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征,36,