第5章毛细现象与包气带水.doc

第五章 毛细现象与包气带水的运动　　 学习目的和要求：了解毛细现象及有关理论，掌握土壤水势的概念及有关参数，了解非饱和土壤水运动的基本方程重点掌握基质势的概念和非饱和土壤水流动的达西定律（或Richards方程）　　　　　　　　　　5．1 毛 细 现 象 及 有 关 理 论　　毛细现象：将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升一定的高度才停止，这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象　　最大毛细上升高度与毛细管直径成反比，颗粒细小的土，最大毛细上升高度也大　　有关土壤水分的运动有两种理论：　　1．毛管理论　　将土壤看成均匀的或不同管径的毛细管，将土壤水在土壤孔隙中的运动简化为在毛管中的运动进行研究　　2．势能理论　　用在土壤水势基础上推导出的土壤水运动方程，研究土壤水的运动　　目前主要用势能理论研究土壤水的运动　　　　　　　　　　　　5．2 土 水 势　　1．重力势ψg　　重力势——是由重力场的存在而引起的，它决定于所讨论的土壤水的高度或垂直位置　　单位重量土壤水分的重力势为：　　　　　　　　　　　　　　　ψg＝±z　　2．压力势ψp　　压力势——是由于压力场中压力差的存在而引起的　　单位重量土壤水分的压力势为：　　　　　　　　　　　　　　　ψp＝h　　3．基质势ψm(以往常称为毛管势)　　基质势——土壤水的基质势是由于基质（颗粒）对土壤水分的吸持作用引起的。

　　（1）非饱和土壤水ψm<0→基质势用负压水头h来表示：ψm＝h（h<0）（称为土壤负压或土壤水张力；（2）饱和土壤水ψm＝0　　4．溶质势ψ　　溶质势——是土壤溶液中所有形式的溶质对土壤水分综合作用的结果　　土壤水溶液中的溶质对水分子有吸引力，溶质势为一负值，ψs<0　　5．温度势ψT　　温度势——是由于温度场的温差而引起的　　实际应用中，分析非饱和土壤水分的运动时，土壤水的五个分势中溶质势、温度势一般不考虑，压力势ψp=0因此，总水势由基质势ψm＝h和重力势ψg＝±z组成：　　　　　　　　　　　　　　　　ψ＝ψm+ψg＝h±z　　　　　　　　　　　　5．3 有 关 参 数　　1．土壤水分特征曲线（h-θ）　　土壤水分特征曲线——土壤水的基质势（负压）是随土壤水含水率（量）而变化的，其关系曲线称为土壤水分特征曲线　　2．容水度C(θ)（与饱和水的容水度定义不同）　　容水度——负压水头减小一个单位时，自单位体积土壤中所能释放出来的水体体积单位:1/cm，h为一负值)　　3．扩散度D(θ)　　扩散度——表示单位含水率梯度下，通过单位面积的土壤水流量单位：cm2/min) 　　4．水力传导度K(θ)　　水力传导度——单位水势梯度时的土壤水分通量（或流速）（单位：cm/min）。

　　注意：a. 饱和带K为一常数；　　　　　b 非饱和带K为含水率θ的非线性函数K(θ)（为一增函数）　　　　　　5．4 非 饱 和 土 壤 水 流 动 的 达 西 定 律　　1931年，Richards将达西定律用于非饱和水流的研究，提出——Richards方程注意：ψ=h±z，垂直坐标向上为“+”；向下时为“–”　　　　　　　　5．5 非 饱 和 土 壤 水 运 动 基 本 方 程　　1．h方程（负压方程）　　　　　　　　　　　　　(垂直坐标z向上为正)　　2．θ方程（含水率方程）　　　　　　　　　　　　　 (垂直坐标z向上为正) 参考书：1．雷志栋、杨诗秀、谢森传，《土壤水动力学》，北京：清华大学出版社，19882．张蔚榛，《地下水与土壤水动力学》，北京：中国水利水电出版社，1996思考题（略）。