《土壤水与下渗课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土壤水与下渗课件（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、土壤水土壤水一一、土壤的水理特性、土壤的水理特性二、土壤水的存在形式和分类二、土壤水的存在形式和分类三、土壤水的水力特性三、土壤水的水力特性四、土壤水运动的基本方程四、土壤水运动的基本方程第五章第五章 土壤水和下渗土壤水和下渗5.1 5.1 土壤水土壤水学习学习重点及难点：重点及难点：1.1.认识土壤水分存在的基本形式；（重点掌握）认识土壤水分存在的基本形式；（重点掌握）2.2.掌握土壤水分常数的概念（掌握土壤水分常数的概念（凋萎系数、田间持水量凋萎系数、田间持水量）。）。3.3.了解土壤水势的存在形式及其达西公式，为后续了解土壤水势的存在形式及其达西公式，为后续的学习打基础。（难点、了解）的
2、学习打基础。（难点、了解） 土壤的形成过程是：土壤的形成过程是：“地壳表面的岩石风地壳表面的岩石风化及其搬运的沉积体，接受其所处的环境因素化及其搬运的沉积体，接受其所处的环境因素的作用，而形成具有一定剖面形态和肥力特征的作用，而形成具有一定剖面形态和肥力特征的土壤的土壤”。所以土壤形成过程是一组物理、化。所以土壤形成过程是一组物理、化学与生物化学的组合反应。学与生物化学的组合反应。一一 土壤水土壤水1 1 土壤的定义土壤的定义 地地球球表表面面具具有有肥肥力力，能能生生长长植植物物的的疏疏松松表表层层。（fromfrom环境科学大辞典环境科学大辞典） 成成因因：由由岩岩石石风风化化和和母母质质
3、的的成成土土过过程程综综合合作作用用下下形形成成的的，它它由由矿矿物物质质、动动植植物物残残体体腐腐蚀蚀产产生生的的有有机机物物质以及水分、空气等固、液、气三相组成；质以及水分、空气等固、液、气三相组成；2 2 包气带和饱和带包气带和饱和带1 1）包包气气带带的的定定义义：地地面面以以下下潜潜水水面面以以上上的的地地带带，也也称称非非饱饱和和带带。是是大大气气水水和和地地表表水水同同地地下下水水发发生生联联系系并并进进行行水水分分交交换换的地带；三相系统：土壤颗粒、水分和气体；的地带；三相系统：土壤颗粒、水分和气体；2 2）饱饱水水带带的的定定义义：在在地地下下水水面面以以下下，土土壤壤处处于
4、于饱饱和和含含水水状状态态，是是土土壤壤颗颗粒粒与与水水分分的的二二相相系统。系统。 3 3 土壤水土壤水 土土壤壤水水：土土壤壤中中各各种种形形态态水水分分的的总总称称。（环环境境科科学大辞典）学大辞典） 存存在在于于非非饱饱和和带带土土壤壤孔孔隙隙中中及及土土壤壤颗颗粒粒所所吸吸附附的的水分。水分。（中国大百科全书）（中国大百科全书） 储储存存和和运运移移于于地地表表，向向下下延延伸伸至至潜潜水水面面以以上上的的土土壤壤水水分分（包包括括固固态态水水、气气态态水水和和液液态态水水），称称为为土土壤壤水。水。 水文学上土壤水是指存在于包气带中的水。水文学上土壤水是指存在于包气带中的水。土壤的
5、水理特性土壤的水理特性1.1.土壤比重：指土壤中固体物质与同体积水的重量比。土壤比重：指土壤中固体物质与同体积水的重量比。2.2.土壤容重：指土壤容重：指自然条件下自然条件下，单位体积中的干土重量。，单位体积中的干土重量。4.4.土壤重量含水量：土壤重量含水量：5.5.土壤体积含水量：土壤体积含水量：6.6.孔隙度：孔隙体积与包括孔隙在内的岩土体积之比孔隙度的影响因素与粒径大小有关？9孔隙度的影响因素颗粒排列方式10最松散排列47.64%最紧密排列25.95%孔隙度的影响因素分选性o分选程度愈差，孔隙度愈小11常见岩石的孔隙度12v矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？矛盾之一：与粒径的关系不
6、是愈大则愈大？v矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64% 达到达到70%第二节第二节 土壤水分的作用力和土壤水分的存在形式土壤水分的作用力和土壤水分的存在形式土壤水土壤水1 1）汽态水）汽态水汽态水：汽态水： 存在于土壤空隙存在于土壤空隙 中的水汽中的水汽 2 2）吸着水）吸着水土土粒粒吸湿水吸湿水: 紧束在土粒表面，紧束在土粒表面， 不能自由移动不能自由移动薄膜水：薄膜水： 吸附于吸湿水外部，吸附于吸湿水外部， 只能沿土粒表面做只能沿土粒表面做 微小的移动微小的移动3 3）毛管水）毛管水毛管水毛管水: 受受毛管力的作用保毛管力的作用保 持在土壤中的水分持在
7、土壤中的水分存在形式：气态存在形式：气态 固态固态 液态液态 设想实验设想实验：材料（玻璃珠子、细管）：材料（玻璃珠子、细管）+水（水杯）水（水杯）毛管力上升高度 h水柱高度（水柱高度（cm)d孔隙直径（孔隙直径（mm）毛管作用力范围：毛管作用力范围： 0.1-1mm有明显的毛管作用有明显的毛管作用0.05-0.1mm 毛管作用较强毛管作用较强 0.05-0.005 毛管作用最强毛管作用最强0.001mm 毛管作用消失毛管作用消失土土 粒粒毛毛管管上上升升水水示示意意图图地下水位地下水位土土 粒粒毛毛管管悬悬着着水水示示意意图图均质土包气带水分分布均质土包气带水分分布毛管上升水毛管上升水: :
8、 地下水在毛管力作用下上升并保持在土地下水在毛管力作用下上升并保持在土壤中的水分；壤中的水分；毛管悬着水毛管悬着水: : 当地下水位较低时，降雨或灌溉后因毛当地下水位较低时，降雨或灌溉后因毛管力的作用而保持在土壤里的水分。管力的作用而保持在土壤里的水分。4 4）重力水）重力水重力水：重力水： 受重力支配不能被受重力支配不能被 土壤所保持的水分土壤所保持的水分2. 2. 土壤含水量及水分常数土壤含水量及水分常数吸湿水吸湿水薄膜水薄膜水毛管水毛管水紧束缚水，吸湿水达到最大紧束缚水，吸湿水达到最大吸湿系数吸湿系数松束缚水，薄膜水达到最大松束缚水，薄膜水达到最大最大分子持最大分子持水量水量有效水（容易
9、有效水（容易被植物吸收利被植物吸收利用的）用的）按运动形态划分：按运动形态划分：土壤水土壤水汽态水汽态水吸着水吸着水毛管水毛管水重力水重力水吸湿水吸湿水薄膜水薄膜水毛管上升水毛管上升水毛管悬着水毛管悬着水3.3.土壤水分常数土壤水分常数1)1)吸湿系数吸湿系数: : 吸湿水达到最大时的土壤含水率。吸湿水达到最大时的土壤含水率。 2)2)最大分子持水量：最大分子持水量：薄膜水达到最大时的土壤含水率。薄膜水达到最大时的土壤含水率。3)3)凋萎系数：凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水率作物产生永久凋萎时的土壤含水率 。4)4)田间持水量：田间持水量：毛管悬着水达到最大时的土壤含水率。毛管悬着水达
10、到最大时的土壤含水率。5)5)毛管断裂含水量：毛管断裂含水量：毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含水量。水量。6 6）饱和含水量：）饱和含水量：所有土壤孔隙都被水所充满时的土壤含水率所有土壤孔隙都被水所充满时的土壤含水率 。 影响因素：影响因素：土壤质地、植物种类、气候等土壤质地、植物种类、气候等 下表给出了不同质地土壤下表给出了不同质地土壤的凋萎系数的凋萎系数参考范围。参考范围。 凋萎系数凋萎系数是植物可以利用的土壤是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。有效水含量的下限。凋凋萎系数萎系数无效孔度无效孔度 = 凋萎系数凋萎系数容重容重不同质地和耕作条件下的田间持
11、水量不同质地和耕作条件下的田间持水量m m（q q% %）紧实紧实耕后耕后 21 21 25 2528-3228-32 24-28 24-28 22-26 22-26 20-24 20-24 13-20 13-20 10-14 10-14 田间持水量田间持水量 二合土二合土粘土粘土重壤土重壤土中壤土中壤土轻壤土轻壤土砂壤土砂壤土砂土砂土 土壤质地土壤质地 在形态上它包括在形态上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 当含水量达到田持时，若继续供水，并不能使该土体的当含水量达到田持时，若继续供水，并不能使该土体的持水量再增大，而只能进一步湿润下层土壤。田间持水持水量再增大，
12、而只能进一步湿润下层土壤。田间持水量是确定量是确定灌水量灌水量的重要依据的重要依据。 影响因素影响因素：质地、有机质含量、结构、松紧状况等质地、有机质含量、结构、松紧状况等水分常数水分常数1.毛细现象及毛细力毛细现象及毛细力第四节第四节 土壤水分运动基本方程土壤水分运动基本方程 衡量土壤水能量的指标，是在土壤和水的平衡量土壤水能量的指标，是在土壤和水的平衡系统中，单位数量的水在恒温条件下，移动到衡系统中，单位数量的水在恒温条件下，移动到参照状况的纯自由水体所能做的功参照状况的纯自由水体所能做的功。如何定义和如何定义和计算？例如在饱和的含水层中，如何计算？在非计算？例如在饱和的含水层中，如何计算
13、？在非饱和情况下，土水势由何组成？如何计算？饱和情况下，土水势由何组成？如何计算？2.土水势1)1)、基质势（也称：基模势）、基质势（也称：基模势） 土壤颗粒（基质）对土壤水的吸附和毛管作土壤颗粒（基质）对土壤水的吸附和毛管作用，使土壤水保持在土壤中，统称为基质势。用，使土壤水保持在土壤中，统称为基质势。 基质势由吸附势和毛管势组成，两者很难区基质势由吸附势和毛管势组成，两者很难区分开。分开。 自由水自由水( (可以自由流动的水，是良好的溶剂和运输工具) )不含基质势，设为标准参考状态（不含基质势，设为标准参考状态（0 0）。）。数值上等于：单位数量的土壤水分由数值上等于：单位数量的土壤水分由
14、非饱和非饱和土土壤中的一点移至标准状态，除了土壤基质作用壤中的一点移至标准状态，除了土壤基质作用外其它各项维持不变，土壤水分所作的功。外其它各项维持不变，土壤水分所作的功。非饱和土壤水的基质势永远为负。非饱和土壤水的基质势永远为负。张力计张力计。C。B。B水水陶土头陶土头土体土体hc例例：HBZBhBcZB(-hBc)HB （图示）（图示） 如果测得包气带中如果测得包气带中HB HC，水流运动方向为，水流运动方向为BC；在入渗；在入渗水流中包气带中水流中包气带中HB HC，水流运动方向为，水流运动方向为CB。2)2)、溶质势（、溶质势（ ）：土壤溶液中所有形式的溶质对土壤水）：土壤溶液中所有形
15、式的溶质对土壤水的综合作用所形成的势。的综合作用所形成的势。 土壤水溶液对水分子有吸引力，实施土壤水溶液对水分子有吸引力，实施上述移动时必须克服这种吸持作用对土壤上述移动时必须克服这种吸持作用对土壤水做功。也就是说，土壤水中溶质的存在，水做功。也就是说，土壤水中溶质的存在，降低水的自由能。所以溶质势降低水的自由能。所以溶质势 s s00。3）、压力势（也称：静水压力势）、压力势（也称：静水压力势）由于压力场中压力差的存在而引起的。由于压力场中压力差的存在而引起的。自由水面以下，土壤水受到静水压力作用，自由水面以下，土壤水受到静水压力作用，所具有的压力势能。所具有的压力势能。标准参考状态：标准大
16、气压标准参考状态：标准大气压 对于饱和土壤水，地下水面以下对于饱和土壤水，地下水面以下h h深处的附加深处的附加压强为压强为 w wghgh，由于在地下水面以下，该值大于零；由于在地下水面以下，该值大于零；单位容积的压力势为单位容积的压力势为 p p= = w wghgh单位质量的压力势为单位质量的压力势为 p p= = ghgh单位重量的压力势为（单位重量的压力势为（压力水头压力水头） p p= = h h 非饱和土壤水，孔隙连通，各点均为大气压，非饱和土壤水，孔隙连通，各点均为大气压， p p=0=0。 4 4）、重力势）、重力势 土壤水处于重力场中，由于地球引力而使土土壤水处于重力场中，由于地球引力而使土壤水所具有的势能称为重力势。壤水所具有的势能称为重力势。 数值上等于：将单位数量的土壤水分从某一数值上等于：将单位数量的土壤水分从某一点移动到参考状态平面处，而其它各项维持不变点移动到参考状态平面处，而其它各项维持不变情况下，土壤水所作的功。数值大小取决于土壤情况下，土壤水所作的功。数值大小取决于土壤水所处的高度。水所处的高度。 参考平面任意，一般可取：海平面、地面标参考平面任意
