包气带水文地质学.ppt

第一章 绪论 研究内容及意义 土壤水势及测定 土壤含水量及测定 一、研究内容 研究包气带中水分传输和溶质运移规律的理论及其应用的科学。研究水循环条件下，大气、土壤、植物、地下水的相互作用。 是一个多学科交叉问题，水文学、水文地质学、农田水利学、土壤物理学、环境科学等学科都研究非饱和带水分和溶质的运移问题。 二、研究意义 包气带是地下与地表物质和能量交换的枢纽，是自然环境和各种地表过程演化的场所，同时也是人类活动最根本的载体。包气带中发生着各种物理的、化学的、生物的和水文的过程，存在着气相、液相等流体的流动以及各种物质成分之间的迁移和转化过程，加之人类活动的叠加和各种污染物质的排放，致使包气带过程十分的复杂，对包气带过程的研究显得十分的重要。 二、研究意义 正确评价水资源数量和质量的需要：要正确评价一个地区或流域的水资源，就必须研究大气降水—地表水—土壤水—地下水（四水）的相互转化关系，如降水入渗补给、蒸腾、蒸发的确定。 农田水利管理的需要：农田水分存在形式和运动规律、农田水分状况的调控、节水灌溉制度的拟订、灌水方式和灌水技术的选择、农田排水方案的拟订、盐碱地改良等均需在研究土壤水运动规律的基础上进行。 环境科学与工程的需要： 污染物在包气带的输运、转化与归宿机理 污染物（垃圾）的地质填埋 核废料的地质处置 生态建设 。。。。。。 1.2 土壤水势及测定 土水势是一种衡量土壤水能量的指标。 在土壤和水的平衡系统中，单位数量的土壤水从某一状态移动到参照状态的纯自由水体所做的功。 参照状况一般使用标准状态，即在大气压下，与土壤水具有相同温度的情况下(或某一特定温度下)，以及在某一固定高度的假想的纯自由水体,在参照状态下,土水势为零。 在饱和土壤中，土水势大于参照状态的水势；在非饱和土壤中，土壤水受毛细力和吸附力的限制，土水势低于参照状态的水势。 ?w= ?g +?m + ?p + ?s+ ?t ?w —土水势，即土壤总势能( soil water potential) ?g —重力势(geopotential) ?m —基质势 (matric potential) ?p —压力势(pressure potential) ?s—-溶质势（solute potential) ?t —-温度势（temperature potential) 以上各势能，如用单位重量土壤水势能表示，单位为Bar,Pa,atm,cmH2O,mmHg。 1.01Bar=1.01×105Pa=1atm=760mmHg=1033.4cmH2O 由于重力场的存在引起的,其大小取决于所论土壤水在重力场的位置。 定义：将单位数量的土壤水从某一位置移动到参考状态平面处，其它各项保持不变时，土壤水所做的功即为该位置土壤水的重力势能。即：单位重量土壤水所具有的位置势能。 土壤水与其他物体一样，在基准面以上Z 处单位重量的水所具有的重力势能为?g = Z；在基准面以下Z 处，重力势能为?g = - Z。 单位重量土壤水的重力势能以长度为单位，一般称水头。重力水头又称位置水头，它仅与计算点和参照基准面的相对位置有关，与土质条件无关。 基质势?m (matric potential) 土壤水基质势表征土壤基质对土壤水分的吸持能力,它是由土壤的毛管作用和吸附作用引起的。 定义: 单位数量的土壤水从非饱和土壤中某一点移动到参考状态,除土壤基质外,其他各项保持不变,土壤水所做的功。 非饱和土壤水的基质势?m 0,饱水情况下, ?m =0； 基质势的大小与土壤的岩性、含水量状况有关。 基质势也称负压势或负压水头，也可用吸力S表示。 一般用张力计(负压计)tensiometer测定土壤负压值，张力计由陶土杯与其连接的水银压力计或真空表组成。 陶土杯埋设在需测定负压值的点A，水银槽B中水银沿U型管升高，若升高高度为ZHg，水银柱顶至A点距离为Z，水银槽内水银面(大气压强)至A的距离为Zo,则基质势?m=？ 负压计的野外安装 采用真空压力表来测定负压值时，如从真空压力表到张力计陶土杯中心的距离为Zo ,真空表读数为P。 真空表一般是经过校正的，全刻度0～100，其表面读数P为100时，相当于水势 —1000cm，表所测得的读数P是基质势与Zo之和。则，所求基质势为 压力势(pressure potential) 它是由于压力场中压力差的存在而引起的； 定义：若土壤中任一点的土壤水所受压力与参考状态下的压力存在一个压力差，单位数量的土壤水由该点移至参考状态，其它各项不变，该压力差对土壤水分所做的功，称为该点的压力势。 对于非饱和土壤，考虑空隙的连通性，各点承受的大气压力变化较小，都近似为大气压，压力差为零，故在非饱和土壤水运动的研究中，一般忽略压力势。 溶质势（solute poten