第六章包气带水选编.ppt

第6章 包气带水;概念 地表以下，地下水面以上，未被水充满的岩土层为包气带。;6.1 包气带;6.2 毛细水和毛细现象;6.2.2 毛细现象的实质 ;;;6.2.3 毛细负压计算 ;6.2.4 毛细负压测定 ;饱水带中任意一点的水头值 H可表示为： H＝Z十hp 包气带中任意一点的水头值 H可表示为： H＝Z-hc 式中：Z -基准面高度(位置水头)；hp — 测压高度(压力水头)； hc — 毛细负压。 若取潜水面为基准，潜水面处任一点饱水带水头值为: H=0 ( Z＝0，hp=o)； 若包气带支持毛细水的弯液面位于潜水面处（右图B点），则该点上支持毛细水的水头值为： H＝Z-hc=-hc ;B点即比周围潜水面水头低 ，则在此水头差驱动下，支持毛细水将上升。当支持毛细水弯液面上升到 hc处时，弯液面处（图5—6，c点）的水头为H＝0，??此时支持毛细水带的水头与潜水面上重力水水头相等，支持毛细水的弯液面即停留于潜水面的上 hc处而不再上升。最大毛细上升高度即为 hc 。 最大毛细上升高度与毛细管直径成反比；所以颗粒细土，最大毛细上升高度也大。;土的最大毛细上升高度〔据西林—别克丘林，1958〕 ;6.2.6 悬挂毛细水高度 ;6.3 土壤水势及其组成;6.3.2 各势物理意义 ;6.4.1 包气带水分分布 在理想条件下，即包气带由均质土构成，无蒸发无入渗情况下，包气带水水分分布稳定时，含水量的垂向分布如图c所示。土层含水量的变化从上至下可分： 残留含水带、支持毛细水带及毛细饱和带。 ?①残留含水带：由地表向下某一深度内含水量基本为一定值，称为残留含水量（ W0），相当于持水度。构成土层残留含水量的孔隙中的水包括结合水、孔隙毛细水与部分悬挂毛细水（参见图a放大图①、②）。;?②支持毛细水带：土层含水量随着接近潜水面而增高（参见图a放大图②）。由连通不同孔隙途径的毛细层的毛细水高度构成。 ?③毛细饱和带：支持毛细水带的下部，位于潜水面之上，土层孔隙充满水，含水量饱和（体积含水量相当于孔隙度）（参见图a放大图③）。;6.4.2 包气带毛细负压（hc），渗透系数（K）与含水量（w）间的关系 W越小，hc越大。 随着含水量的降低，毛细水退缩到孔隙更加细小处，弯液面的曲率增大（曲率半径变小），造成毛细负压的负值更大。 因此，毛细负压是含水量的函数：hc=hc(W) W越小，K越小。在包气带中，渗透系数K随着含水量的变小而迅速降低，K也是含水量的函数： K=K（W） 主要原因： ①含水量降低，实际过水断面随之减小； ②含水量降低，水流实际流动途径的弯曲度增加； ③含水量降低，水流在更窄小的孔角通道及孔隙中流动，阻力增加。;6.4.3 包气带水运动规律 1、运动定律 ???? 包气带水的非饱和流动，仍可用达西定律描述。作一维垂直下渗运动时，渗透流速可表示为： ;3、包气带水和饱水带水运动的差异 （1)包气带存在毛细负压或基质势，但饱水带不存在 （2)包气带任一点的压力水头是含水量的函数，但稳定流条件下饱水带任一点的压力水头是定值。 （3）包气带的渗透系数水含水量的降低急剧变小，但饱水带的渗透系数一般不变;6.5 包气带的研究领域及其意义;6.5.2 水文地质意义 1、地下水面之上的支持毛细水的垂向运动，影响着地下水面接受入??补给和受蒸发降低的作用过程，对地下水面形状及地下水流方向和速度也有较大影响。 支持毛细水不仅在垂向上传递静水压力，而且在横向上也传递静水压力并发生渗流运移，支持毛细水含水量的大小控制着渗流通量的大小及渗流速度的大小； 在两河渠间无入渗补给的潜水稳定运动条件下，支持毛细水通过饱水带得到补给并与排水河渠发生水力联系，进行横向运移。 在土坝渗流和农田灌溉中，土的颗粒很细，毛细饱水带厚度很大，其中的横向渗流水不可忽视。 2、 在地下水位埋藏很浅处，地下水对降水的反应较为 迅速，主要是因为支持毛细水发挥了重要作用。 3、 环境污染问题：在地下水浅埋地区的污染质运移过程中，毛细水发挥了重要作用。;思考题： 1、毛细现象的实质？ 2、毛细力的计算及如何测定？ 3、包气