水文地质学基础 6包气带水.pptVIP

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、岩土工程等学科都研究非饱和带水分和溶质的运移问题。 包气带是研究四水转化（水文循环）的基础。 农田水利工程领域（农田水盐运动规律，灌溉制度的拟订，盐碱地改良，农田排水等） 环境科学与工程领域（污染物在土壤中迁移转化机理，核废料的处置，生态建设与环境保护等） 岩土工程领域 6.5 包气带水的研究领域 小结 包气带水的运动与饱水带的运动相比，有以下三点不同： 饱水带——重力势+压力势； 包气带——重力势+基质势 饱水带任一点水头随水位变化； 包气带水头则是含水量的函数 饱水带的渗透系数是个定值； 包气带渗透系数随含水量的降低而变小 达西实验通知 42112，5月16日，周四，5、6节； 42111 ，5月16日，周四，7、8节； 地点：水工楼105 第6章 包气带水 6.1 概述 6.2 毛细现象和毛细水 6.3 包气带水的分布与运动规律 6.4 土壤水势及其组成 6.5 包气带水的研究领域 6.1 概述 包气带的特征：固、液、气三相共存。 包气带是大气水和地表水同饱和带地下水进行水分与能量交换的枢纽，也是地表污染物进入地下水的通道。 一、毛细现象的实质 将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升到一定高度才停止，这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。 毛细现象的产生与表面张力有关。弯曲的液面将对液面以内的液体产生附加表面压强。 6. 2 毛细现象和毛细水 二、毛细现象产生的机理 （一）液体的表面张力 任何液体都有力图缩小其表面的趋势。一个液滴总是力求成为球状，因为球状是同一容积的液体表面最小的形状。 表面张力： f ＝α× L L 指液面上距离；α称为表面张力系数，单位：dyn/cm。(1dyn=10-5N)。 （二）附加表面压强——毛细压强（capillary pressure) 由于液体与固体之间吸附力与表面张力大小的悬殊，从而使液面发生弯曲。表面张力沿弯曲液面的法向量的分量，对液面以内的液体产生压强，叫附加表面压强。 附加表面压强总是指向液面的曲率中心方向。 凹进的弯液面，对液面内侧的液体，附加一个负的表面压强。 凸起的弯液面，对液面内侧的液体，附加一个正的表面压强； P0 Pc P0 P=P0-Pc P P P=P0 P0 Pc P0 P=P0+Pc P P P=P0 三、拉普拉斯方程 取一个半径为R的半球形液面，液面圆周状边线上的表面张力的合力为α·2πR。 投影面积为πR2 附加表面压强 Pc： 任何形状的弯曲面所产生的附加表面压强Pc 均表示 ： （拉普拉斯方程） α－表面张力系数； R1、R2－液体表面的两个主要曲率半径。 P0 Pc P0 P=P0-Pc P P P=P0 P0 Pc P0 P=P0+Pc P P P=P0 拉普拉斯公式的含义：弯曲的液面产生一个指向液面凹侧的附加表面压强，附加表面压强与表面张力系数成正比，与表面的曲率半径成反比。 凸形，附加表面压强为正，实际表面压强 P＝P0+Pc。 凹形，附加表面压强为 负，实际表面压强 P＝P0-P c。 平面，没有附加表面压强，实际表面压强P＝P0 。 球面，R1＝R 2时，P c＝2α/R。 四、毛细负压 （一）毛细负压 凹形弯曲面，要比平的液面小 pc 的压强（即凹形曲面下的水存在 pc 的真空值）， pc 负的压强，称为毛细负压。 P0 Pc P0 P=P0-Pc P P P=P0 （二）毛细负压实验 两个玻璃球保持间隙，向间隙滴水，可看到两个圆球，并立即贴紧。 加水的砂比干燥的砂更为密实，也是毛细负压强作用的结果。 （三）毛细负压计算－茹林公式 根据拉普拉斯公式， R1＝R 2＝R，毛细管中的凹面的负压： 或