第二章_工程水文学分解.ppt

（2）吸着水：包括吸湿水和薄膜水。吸湿水被紧束于土粒表面，不能在重力和毛管力的作用下移动。薄膜水吸附于吸湿水的外部，能沿土粒表面进行数度极小的移动。 （3）毛管水是在毛管力作用下土壤中所能保持的那部分水分。分为上升毛管水和悬着毛管水。上升毛管水是指地下水沿着土壤毛细管上升的部分，悬着毛管水来自降雨或灌水，在不受地下水补给时，上层土壤由于毛管作用下所能保持的地面渗入的水分。 （4）重力水：土壤中超出毛管含水率的水分在重力作用下很易排出，这种水分称为重力水。 2、几个重要的含水量 饱和含水量（最大持水量） 田间持水量： 凋萎系数： 为保证旱作物丰产和水资源的高效利用，一般要求土壤含水量在_________和__________之间。 膜状水 膜状水 二、下渗 下渗是指降落到地面上的雨水从地表渗入土壤内的运动过程。下渗不仅直接决定地面径流量的大小，同时也影响土壤水分的增长，以及表层流与地下径流的形成。因此，分析下渗的物理过程和规律，对认识径流形成的物理机制有重要的意义。 （一）下渗过程 （在三个力作用下进行：分子力、毛管力、重力） 按水分所受的力和运动特征，下渗可分为三个阶段 1、渗润阶段（分子力）：下渗开始时，土壤干燥，分子力很强，可达10000个大气压，土壤分子力很快把水吸附在土粒周围，形成薄膜水。随着入渗的继续，薄膜厚度增大，分子力迅速衰减到消失。（引力与距离平方成反比） 2、渗漏阶段（毛管力）：入渗水分填充了土粒间的空隙，空隙连通，形成毛管，水沿管壁运动，构成弯曲面，在表面张力作用下产生毛管力。表面张力的合力指向无水方，使水迅速入渗。当水逐渐填满毛管后，毛管力消失。 3、渗透阶段（重力）：毛管力消失后，只剩下重力起作用，重力稳定向下，一直起作用，可使下渗稳定进行。（fc） 图 下渗曲线和下渗累积曲线 下渗曲线是一条递减曲线。在整个下渗过程中，下渗是在三种力同时作用下进行的，开始时三种力同时作用，入渗速率最大；随着土壤湿度增大，前两种力（分子力、毛管力）逐渐减小或消失，水分主要在重力作用下运动，入渗速率就趋于一个稳定值fc。通过实验可以证明这种入渗速率随入渗历时增大而递减的规律，最简单的下渗实验是同心环实验。通过做实验可以得到下渗的数学公式。 （二） 经验公式（霍顿公式） 其中，下渗率f，表示在单位时间内，单位面积上渗入土中的水量（mm/h） ft：t时刻的下渗率，f0：初始下渗率，e：自然对数的底，β：递减指数。 f0、fc、β与土壤性质有关，需根据实测资料或实验资料分析确定。 下渗曲线是充分供水条件下的某地面点上的下渗曲线。在天然降雨条件下，在降雨初期，一般降雨强度是小于下渗能力的，因此在降雨初期，实际的下渗强度等于降雨强度。当土壤含水量增加至一定值时，降雨强度才会超过下渗率，这时就会形成径流。 （三）影响下渗的因素 下渗是一个较复杂的过程，受多方面因素的影响，主要有土壤性质、降水、植被、地表、人类活动影响。 1、土壤：土壤粒径愈大，孔隙愈大，稳定下渗率fc愈大。初始土壤含水率对下渗有影响，干燥土壤吸水力强，下渗率大，湿润土壤下渗率就小。 2、降雨：若雨强小于下渗能力时，降雨全部渗入土壤，若雨强大于下渗能力时，则产生超渗产流，形成地面径流。在相同土壤水分时，下渗率随雨强增大而增大，尤其对有草皮覆盖的情况则更为明显。对于赤裸的土壤，雨强增大，雨滴也增大，增大的雨滴以较大能量撞碰并溅起地表土粒，土粒随下渗水流充塞土壤孔隙，从而使下渗率减小。另外，降雨时程分布，连续或间歇降水都会影响下渗。 3、植被：有植被地区的下渗一般大于裸地。这是因为植被阻止了地面径流，延续了下渗时间，且枯枝落叶及根系的腐烂使土壤更易透水。 4、流域地形：坡度的大小，坡面的向阳、背阳，地形的起伏等都对下渗有一定影响。例如，同一雨强下，坡度越大，下渗率越小。 5、人类活动：植树造林，开挖水平沟及鱼鳞坑，修梯田，平整土地等农、林措施，以及灌排水等水利措施使流域滞水及蓄水能力增加，因而影响到下渗。 （四）下渗与雨强的关系：雨强i指降水强度，ft表示某一时刻的下渗能力。 在天然情况下，满足土壤下渗能力的必要条件是任一时刻的降雨强度i要大于或等于该时刻的下渗能力ft，即i＞ft，这时的下渗过程线就是下渗能力曲线。但天然状态下的降雨复杂且多变，实际降雨强度并不一定大于下渗能力，可能有如下三种情况： 1 大降雨强度情况：i＞fpfc，此时充分供水，下渗按下渗能力进行并处于下渗最大值； 2 降雨强度较小而稳定的情况：i≤fc，下渗率取决于降雨强度，f=i，降雨全部渗入土壤，土壤水分达不到饱和； 3 降雨强度介