2 非饱同水流运动基本方程.ppt

二类边界条件(边界上水流通量已知) 在一维垂向土壤水分运动中，这种情况常发生在降雨、灌水入渗或蒸发强度已知的边界上。 在降雨或灌水入渗时，?(t)为负值，在蒸发时?(t) 为正值。 在不透水边界和无蒸发入渗的边界， ?(t) =0，则 三类边界条件：相当于水流通量随边界上的变量(含水率或压力)值而变化的情况 在土壤蒸发强度为表土含水率或表土负压的函数的情况下，三类边界条件表达式为： 三类边界的一般形式为 潜水位作为边界 d（t）表示潜水位埋深． §5 土壤水分通量法 它以包气带为水量均衡体系，以中子仪和负压计观测资料为基础数据，直接利用达西定律和质量守恒原理分析计算土壤水通量及入渗量或蒸发量的一种方法。 5.1 土壤水分通量法基本原理 根据质量守恒原理，一维垂向土壤水流连续方程可写作: 在t1-t2时段内, 即 上式z1-z2积分： 当已知时段前后两个瞬时土壤剖面上含水率分布时，仅需已知任一断面上土壤水通量即可求得另一断面的通量或水量。因此，称该方法为土壤水分通量法。由于该方法是根据时段前后两个瞬时含水率剖面确定水流通量和水量的，在某些情况下，又称为瞬时剖面法。 z1 z2 z ? ?(t2) ?(t1) Q(z1) Q(z2) 通量法可分为:零通量面法和已知通量法(定位通量法、表面通量法)。 5.2 零通量面法(Zero flux plane method) Z1、Z2两断面均为零通量面，两断面的水流状况有何不同？ h z z z1 z2 0 Z1称为发散型零通量面(DZFP,divergent)。 ZFP出现有何条件？ Z2称为收敛型零通量面(CZFP,convergent)。 H Z0位置出现零通量面时, 若z的位置选在地表面时(z=Zs),可计算腾发量ET: 当z在潜水面附近时(z=0),可计算补给量R: 若t1-t2时段降雨或灌溉量为P,地表径流量Rs,则有: 则任意断面z处的土壤水通量: Zs 0 长期处于蒸发或入渗状态时，土壤剖面上并不一定存在零通量面。此时，如已知某一断面上土壤水通量，则可利用已知通量断面，推求其他断面通量，这种方法称为已知通量法。常用的已知通量法有表面通量法和定位通量法。 5.3 已知通量法 表面通量法是已知地表入渗量或蒸发量，以地表为已知通量面，推求任一断面通量的方法。 若土壤表面在t1至t2时段内入渗量(或蒸发量)为Qd，则任一断面z处单位面积上流过水量为: 以地下水面为基准面,d为地表距地下水面的距离。 定位通量法是在作物根层以下某一特定位置Z0(如地下水面以上一定位置处)上下z1和z2安装负压计，测定这两点负压。如土壤水力传导度k(h)已测定，则可计算这两点间的通量。 z1 z2 0 根据非饱和达西公式： z0 则对Z0位置有： 如图所示，用负压计测量土壤水势，用中子仪测量土壤体积含水量，两者观测深度一致（距地表距离分别为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180和200cm），水银柱上升高度(以水银槽液面为基准面)和含水量如下表所示。已知地表距负压计观测板水银槽底端距离为140cm，水银槽液面高为15cm。试确定零通量面的位置，并采用土壤水分通量法计算研究时段土壤水腾发量及2m处土壤水分通量（时段内未降雨）。 A 140cm 15cm 作业 负压计水银柱读数(cm) 时间 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 04-4-6 12:40 45.3 40.2 35.7 29.8 26.4 24.5 21.5 20.1 19.3 19.4 19.8 20.5 20.6 21.0 21.9 04-4-10 16:40 24.7 22.4 20.9 19.5 18.6 18.3 17.6 17.3 17.2 17.7 18.6 19.8 20.1 21.5 21.9 中子仪所测得的土壤体积含水量 时间 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 04-4-6 12:40 0.30 0.302 0.304 0.306 0.31 0.315 0.32 0.33 0.34 0.346 0.356 0.362 0.365 0.366 0.37 04-4-10 16:40 0.25 0.253 0.256 0.258 0.26 0.265 0.27 0.28 0.29 0.300 0.320 0.340 0.355 0.365 0.37 * 第二章 非饱和土