第6章_土壤水和地下水.
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水文学原理-第6章 土壤水与下渗
2、毛管水移动速度较快，能及时满足作物根系吸水要求 3、毛管水具有溶解、输送养料的能力，满足作物对养料的需
求 4、是地下水和作物根层水分间的桥梁 毛管水含量影响因素：土壤质地、结构、地下水含量
2020年2月1日
27
吸湿水
薄膜水 毛管水
紧束缚水，吸湿水达到最大→吸湿系数
松束缚水，薄膜水达到最大→最大分子持水 量
粘粒 强风化区土壤
养分高，团聚性强，保水 耕性较 保肥力强，通气性差，易 好 板结
2020年2月1日
13
④土壤结构 土壤固相颗粒很少呈单粒存在，土壤矿物颗粒与有机质颗粒
相互作用，聚积形成大小不同、形状各异的团聚体。这些团 聚体的组合排列称为土壤结构，土壤结构是成土过程的产物。 不同的土壤及其发生层都具有一定的土壤结构。 土壤团聚体：土壤颗粒通过有机质、水等胶结在一起，形成 团粒，称为土壤团聚体。 团聚体是土壤结构的基本单位。土壤团聚体有利于水分与养 份的长久保持与稳定。 土壤团聚体内和团聚体之间是连通的毛细孔隙与非毛细孔隙， 构成土内水分传输的通道网络。
2020年பைடு நூலகம்月1日
7
液相存在于土壤固相物质构成的孔隙网络中，由溶质与胶体 组成的溶液和悬浊液构成。
毛管水
可分为
重力水
土壤颗粒所吸附的液态薄膜水
气相占据土壤中没有被液态水所占据的土壤空隙。气相的体积 随土壤含水量的变化及土壤通气性而变化。成分与大气成分接 近。
2020年2月1日
8
②土壤中各相的体积与质量构成
2.膜状水所受的土粒表面分子引力较小，能在土粒表面缓慢移动
3.膜状水可以被植物吸收利用，但不能满足作物需求，只有根系 周围的膜状水才能被植物吸收
求 4、是地下水和作物根层水分间的桥梁 毛管水含量影响因素：土壤质地、结构、地下水含量
2020年2月1日
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吸湿水
薄膜水 毛管水
紧束缚水，吸湿水达到最大→吸湿系数
松束缚水，薄膜水达到最大→最大分子持水 量
粘粒 强风化区土壤
养分高，团聚性强，保水 耕性较 保肥力强，通气性差，易 好 板结
2020年2月1日
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④土壤结构 土壤固相颗粒很少呈单粒存在，土壤矿物颗粒与有机质颗粒
相互作用，聚积形成大小不同、形状各异的团聚体。这些团 聚体的组合排列称为土壤结构，土壤结构是成土过程的产物。 不同的土壤及其发生层都具有一定的土壤结构。 土壤团聚体：土壤颗粒通过有机质、水等胶结在一起，形成 团粒，称为土壤团聚体。 团聚体是土壤结构的基本单位。土壤团聚体有利于水分与养 份的长久保持与稳定。 土壤团聚体内和团聚体之间是连通的毛细孔隙与非毛细孔隙， 构成土内水分传输的通道网络。
2020年பைடு நூலகம்月1日
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液相存在于土壤固相物质构成的孔隙网络中，由溶质与胶体 组成的溶液和悬浊液构成。
毛管水
可分为
重力水
土壤颗粒所吸附的液态薄膜水
气相占据土壤中没有被液态水所占据的土壤空隙。气相的体积 随土壤含水量的变化及土壤通气性而变化。成分与大气成分接 近。
2020年2月1日
8
②土壤中各相的体积与质量构成
2.膜状水所受的土粒表面分子引力较小，能在土粒表面缓慢移动
3.膜状水可以被植物吸收利用，但不能满足作物需求，只有根系 周围的膜状水才能被植物吸收
第六章_地下水的化学成分及其形成作用
• 地下水是宝贵的液体矿产： 含大量盐类(如NaCl、KCl)或富集某 些稀散元素(Br、I、B、Sr等)的地下水是
宝贵的工业原料；
某些具有特殊物理性质与化学成分的 水具有医疗意义；
盐矿、油田、金属矿床所形成特定化学元 素的分散晕圈是找矿的重要标志。 污染物在地下水中散布,也会形成晕圈。 这就需要查明有关物质的迁移、分散规律 ,确定矿床或污染源的位置。
8
矿化度与主要离子之间的关系？
四、地下水的总矿化度及化学成分表示式
• 总矿化度的概念： 地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为总矿 化度(总溶解固体）,以每升水中所含克数（g/L）表示。 • 总矿化度的表征方式： a.习惯上以105 ℃一110 ℃时将水蒸干所得的干涸残余 物总量来表征； b. 在水质简分析中是用分析所得的阴阳离子含量相加， 然后减去HCO3
7
钾离子（K+）： • 钾离子的来源： 含钾盐类沉积岩的溶解； 岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解。 • 低矿化水中含量甚微，高矿化水中较多。 • K+大量地参与形成不溶于水的次生矿物（水云母、蒙脱 石、绢云母），并易为植物所摄取，因此，地下水中K+ 的含量要比Na+少得多。 • K+的性质与Na+相近，含量少，分析比较费事，故一般 情况下，将K+归并到Na+中，不另区分。
硫酸根离子（SO42-）： • 不同矿化程度水中（SO42-）的含量： 高矿化水,含量仅次于Cl-,可达数g/L; 低矿化水,一般含量仅数mg/L; 中等矿化水, SO42-常成为含量最多的阴离子。 • 硫酸根离子（SO42-）来源： 含石膏或其它硫酸盐的沉积岩的溶解。 煤系地层含有黄铁矿；金属硫化物矿床附近。 化石燃料燃烧产生的SO2与氮氧化合物，构成富 含硫酸及硝酸的降水（酸雨）,使地下水中SO42-增 加。
水文地质学-第6章地下水的补给、排泄和径流
chd-qw 第六章 地下水的补给径流与排泄 9
二、地表水对地下水的补给
1.具备条件 1.具备条件
地表水位高于地下水位。 地表水位高于地下水位。
chd-qw
第六章 地下水的补给径流与排泄
10
河流上游 和中游
chd-qw
第六章 地下水的补给径流与排泄
11
长江瞿塘峡
chd-qw
第六章 地下水的补给径流与排泄
地下水的补给 排泄和径流
地下水的补给、径流、 地下水的补给、径流、排泄这三个环节 就是地下水的循环――即自然界循环中的水 ， 即自然界循环中的水， 就是地下水的循环 即自然界循环中的水 处于地下隐伏阶段的循环。 处于地下隐伏阶段的循环。 基本概念 地下水的补给――含水层从外界获得水量的过 地下水的补给 程。 地下水的排泄――含水层失去水量的过程。 地下水的排泄 地下水的径流――获得水量到失去水量所经历 地下水的径流 的过程。
3.越流补给
越流补给是通过弱含水层的补给（ 越流补给是通过弱含水层的补给（leakage recharge） ） 要弄清谁补给谁： 在水的密度相同时， 要弄清谁补给谁 ： 在水的密度相同时 ， 高水位补 给低水位， 不一定是高的含水层补给低的含水层。 给低水位 ， 不一定是高的含水层补给低的含水层 。
chd-qw 第六章 地下水的补给径流与排泄 4
①入渗过程
a.渗润阶段：降水初期，如果土壤干燥，下 渗润阶段：降水初期，如果土壤干燥， 渗润阶段 渗水主要受静电引力作用， 渗水主要受静电引力作用 ， 受土粒吸附 形成结合水， 结合水的饱和， 形成结合水 ， 结合水的饱和 ， 即本阶层 的结束； 的结束； b.渗漏阶段 ： 随着土壤含水量增大 ， 分子 渗漏阶段： 渗漏阶段 随着土壤含水量增大， 作用力（ 静电引力） 作用力 （ 静电引力 ） 由毛管力和重力作 用取代， 逐渐充填岩土孔隙及下渗， 用取代 ， 逐渐充填岩土孔隙及下渗 ， 直 到重力起主导作用。 到重力起主导作用。 c.渗透阶段：孔隙水分近乎饱和，水主要受 渗透阶段： 渗透阶段 孔隙水分近乎饱和， 重力作用稳定向下流动。 重力作用稳定向下流动。
二、地表水对地下水的补给
1.具备条件 1.具备条件
地表水位高于地下水位。 地表水位高于地下水位。
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第六章 地下水的补给径流与排泄
10
河流上游 和中游
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第六章 地下水的补给径流与排泄
11
长江瞿塘峡
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第六章 地下水的补给径流与排泄
地下水的补给 排泄和径流
地下水的补给、径流、 地下水的补给、径流、排泄这三个环节 就是地下水的循环――即自然界循环中的水 ， 即自然界循环中的水， 就是地下水的循环 即自然界循环中的水 处于地下隐伏阶段的循环。 处于地下隐伏阶段的循环。 基本概念 地下水的补给――含水层从外界获得水量的过 地下水的补给 程。 地下水的排泄――含水层失去水量的过程。 地下水的排泄 地下水的径流――获得水量到失去水量所经历 地下水的径流 的过程。
3.越流补给
越流补给是通过弱含水层的补给（ 越流补给是通过弱含水层的补给（leakage recharge） ） 要弄清谁补给谁： 在水的密度相同时， 要弄清谁补给谁 ： 在水的密度相同时 ， 高水位补 给低水位， 不一定是高的含水层补给低的含水层。 给低水位 ， 不一定是高的含水层补给低的含水层 。
chd-qw 第六章 地下水的补给径流与排泄 4
①入渗过程
a.渗润阶段：降水初期，如果土壤干燥，下 渗润阶段：降水初期，如果土壤干燥， 渗润阶段 渗水主要受静电引力作用， 渗水主要受静电引力作用 ， 受土粒吸附 形成结合水， 结合水的饱和， 形成结合水 ， 结合水的饱和 ， 即本阶层 的结束； 的结束； b.渗漏阶段 ： 随着土壤含水量增大 ， 分子 渗漏阶段： 渗漏阶段 随着土壤含水量增大， 作用力（ 静电引力） 作用力 （ 静电引力 ） 由毛管力和重力作 用取代， 逐渐充填岩土孔隙及下渗， 用取代 ， 逐渐充填岩土孔隙及下渗 ， 直 到重力起主导作用。 到重力起主导作用。 c.渗透阶段：孔隙水分近乎饱和，水主要受 渗透阶段： 渗透阶段 孔隙水分近乎饱和， 重力作用稳定向下流动。 重力作用稳定向下流动。
地质(王)06
主要离子成分
5、钾离子(K+)
（1）特点： 钾离子(K+)的来源与Na+相似。在低矿化度中甚微，而在高矿化度中 多。 虽然地壳中钾的含量高，且钾盐的溶解度也很大，但是因为K+容易被 粘土吸附，被植物吸收，同时参与形成难溶于水的次生矿物，所以在地下 水中含量不如Na+大。 由于K+、 Na+性质相近， K+含量低，在地下水分析中，两者合并计 算。 （2）来源： A、钾盐沉积岩的溶解； B、岩浆岩、变质岩的钾岩矿物风化溶解。
二、地下水的化学特征
★气体
O2、N2、CO2、CH4 及H2S等
★离子
氯离子（C1－）、硫酸根离子(SO42-)、重碳酸根离子（HCO3－）、 钠离子（Na+）、钾离子（K+）、钙离子（Ca2+）及镁离子（Mg2+）
★胶体物质
★有机物
★微生物
地下水中主要气体成分
氧（O2）、氮（N2）
来源： 主要来源于大气。 判别：
3、胶体：Fe(OH)3、A1(OH)3，及H2SiO3等。
4、有机质: 常以胶体方式存在于地下水中，常使地下水酸度增加，并 有利于还原作用。 5、微生物：在氧化环境中存在硫细菌、铁细菌等；在还原环境中存 在脱硫酸细菌等；此外，在污染水中，还有各种致病细菌。
主要的化学性质
总溶解固体（TDS）（矿化度）
导电性用导电率表示，单位：Ω-1×cm-1。导电率为电阻率的倒数。 淡水的电阻率为n×10-1 - n×10-3Ω，咸水的电阻率比淡水的电阻率小， 故可根据电阻率或导电率的不同，确定滨海地区咸水和淡水分界面及 其分布范围。
主要的物理性质
8. 温度
水交替缓慢时温度与地温一致，并取决于太阳辐射热能、地球内部热 流 。 地壳按热力状态从上而下分为变温带、常温带和增温带。 变温带：受太阳辐射热能影响，呈昼夜变化与季节变化。昼夜变化只 影响地表以下1~2m深度。变温带的下限为15~30m。
6第六章 包气带水
第六章 包气带水参考书：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，1988。
2）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。
3）张瑜芳，土壤水动力学，武汉水利电力大学研究生教材，1987。
6．1 毛细现象和毛细水毛细现象：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。
按毛管理论，毛管负压为：DP c α4=DgD g P h c c 03.04≈==ραρ 式中：ρ––––水的密度，等于1g/cm 3； g ––––重力加速度，等于981cm/s 2；α––––表面张力系数，取74dyn/cm （74×10-3N/m ）； D ––––毛管直径，单位为mm ；h c ––––毛管负压水头，以水柱高度表示，单位为m 。
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。
毛细玻自然界中的物体都具有能量，而且普遍的趋势是自发地由能量高的状态向能量低的状态运动或转化，最终达到能量平衡状态。
经典物理学认为，任一物体所具有的能量由动能和势能组成。
由于水分在土壤孔隙中运动的很慢，其动能一般可忽略不计，因此：土水势––––土壤水分所具有的势能，在决定土壤水分的能态和运动上就变的极为重要。
任两点之间土壤水势能之差，即土水势差，是水分在这两点之间运动的驱动力。
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。
毛管理论清楚易懂，20世纪50年代以前应用比较广泛，目前仍有一定的实际意义，适用于对简单问题的分析。
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。
该理论比较严谨，可适用于各种边界条件，特别是随着计算机和数值计算的应用，使得土壤水运动的研究取得很大的进展。
在土壤水运动研究方面具有广阔的前景。
《水文地质基础》第六章 地下水的补给与排泄
第1节 地下水的补给
Groundwater recharge
补给方式：大气降水入渗、地表水入渗、凝
结水入渗、其他含水层或含水系统 、人工补 给
补给量(Incremeng of aquifer)的确定：
研究每一种补给方式的补给量大小
影响补给量大小的因素：讨论每一种补给
方式的影响因素
第1节 地下水的补给—大气降水入渗补 给
(Interaquifer flow; Flow across)
影响补给量大小的因素
两个含水层之间的水头差； 裂隙、断层的透水性； 弱透水层的透水性及厚度
越流补给量的确定：
K —— 弱透水层垂向渗透系数；
(Coefficient of permeability) I —— 驱动越流的水力梯度；
系：
地表水入渗补给量的确定
平原地区。选择符合下列条件的典型渗漏地段 ⑴ 无支流 ⑵ 无降水 ⑶ 无取水排水 ⑷ 河流两侧岩性均一
实测河段上、下游断面流量Q1和Q2
则渗漏量△Q为：
△Q = Q1 – Q2 根据△Q 的大小确定地表水与地下水的补排关系和 渗漏量。
此法不适用于间歇性河流及侧向径流强烈，潜水位 与河水位不相连的经常性河流。因为消耗于包气带的 水量占相当比例，误差较大。
人工回灌
采用有计划的人为措施补充含水量的水量称为人工
补给地下水 。其目的有：
补充、储存地下水资源； 抬高地下水位以改善地下水开采条件； 储存热源以用于锅炉用水； 储存冷源用于空调冷却； 控制地面沉降； 防止海水倒灌与咸水入侵含水层；
第2节 地下水的排泄
Groundwater discharge
按出露原因： 侵蚀泉、接触泉、溢流泉——下降泉 (Destructional spring;boundary spring, Contact spring; Overflowing spring) 侵蚀泉、断层泉、接触带泉——上升泉 (Fault spring)
第6章 地下水的补给与排泄
双环入渗试验装置 双环注水法--剖面图——连续降水
地中渗透仪结构图
a = G/Pr
6.1地下水的补给
3、降水入渗补给量 （2）山区降水入渗补给量的确定
可通过测定地下水的排泄量反求其补给量，包括河川基流 量（泉流量）、潜流量、开采量、蒸发量等，可以通过基流切 割法确定河川基流量。山区入渗系数为
式中Q ---- 地下水年排泄量（m3/a），余同上。
▪ 天然：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给等 ▪ 人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌
6.1.1 大气降水对地下水的补给
讨论：入渗机制？影响因素？？补给量的确定？？？
1、大气降水入渗机制
▪ 包气带是降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结 构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用
6.2 .1 泉 spring
❖ 定义：
泉是地下水的天然露头。
多为“点”状，属径流排泄
❖ 分类：根据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升 泉、下降泉。
根据出露成因将上升泉可分为：侵蚀（上升）泉、断层泉和 接触带泉。
根据出露条件又将下降泉分为：侵蚀泉、接触泉、溢流泉
1.下降泉——出露潜水含水层中的泉
▪ 目前认为，松散沉积物的降水入渗有两种方式： 降水入渗的现象— 两类空隙的入渗过程——总结：
均匀砂土层——活塞式 (piston/diffuse) 含裂隙的土层——捷径式 (bypass)
山西黄土及其入渗
6.1.1 大气降水对地下水的补给
1、大气降水入渗机制
❖ “活塞式”入渗 ——适用条件： 均匀的砂土层
水文地质学
Hydrogeology
防灾科技学院 宋洋
第六章 地下水的补给与排泄
第6章 地下水及其对工程的影响_重庆大学_工程地质_课件
1) 水泥和骨料材料的选择 2) 掺入高效活性矿物掺料 3) 掺入高效减水剂 4) 掺加防腐剂 5）建筑混凝土内配钢筋应采用未锈蚀的新钢筋， 钢筋出露部分应做防锈处理。 6）建筑用型钢和钢管需要做防腐处理。
24
6.3 地下水对工程的影响 6.3.1 土的渗透性 地下水在岩土空隙中的运动称为渗流(渗透)。 砂土是粒状固体颗粒与孔隙的集合体，土孔隙的存 在给非结合水（主要是重力水）提供了在水头差作 用下发生渗流的可能条件。土的渗透性是指土体被 水渗透的能力，它是土体渗透性、强度和变形特性 三大主要性质之一，是土体有别于其他致密工程材 料如钢材和混凝土等的独特性质。土的渗透性和土 中渗流对土体的强度和变形性能局有重要影响。
5
3. 承压水 1）承压水的概念 承压水是充满于两个稳定隔水层之间的含水层中具有静水压力的重 力水，如未充满则称无压层间水。承压水有上下两个稳定的隔水层，上 面的称为隔水顶板，下面的称为隔水底板。顶、底板之间的垂直距离为 含水层的厚度。
6
2）承压水的埋藏类型 承压水的形成主要取决于地质构造。形成承压水的地质构造主要是 向斜构造和单斜构造。 a.向斜构造
6.2.2
地下水化学性质
地下水的化学成分可以影响岩土的强度，从 而造成对建筑工程的侵蚀及其他危害。 1.地下水中常见的成分 地下水含有多种元素，有的含量大，有的含量 甚微。地壳中分布广、含量高的元素，如O、Ca、 Mg、Na、K等在地下水中最常见。有的元素如Si、 Fe等在地壳中分布很广，但在地下水中却不多；有 的元素如Cl等在地壳中极少，但在地下水中却大量 存在。这是因为各种元素的溶解度不同的缘故。所 有这些元素是以离子、化合物分子和气体状态存在 于地下水中，而以离子状态为主。
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1.达西渗透定律 达西(H．Darcy)于1856年用如图7-9的试验装置，在稳定流和层流 条件下，用粗颗粒土进行了大量的渗透试验，测定水流通过土试样单位 截面积的渗流量，获得了渗流量与水力梯度的关系，从而得到渗流速度 与水力梯度(或水头能量损失)和土的渗透性质的基本规律，即渗流的基 本规律——达西渗透定律。
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6.3 地下水对工程的影响 6.3.1 土的渗透性 地下水在岩土空隙中的运动称为渗流(渗透)。 砂土是粒状固体颗粒与孔隙的集合体，土孔隙的存 在给非结合水（主要是重力水）提供了在水头差作 用下发生渗流的可能条件。土的渗透性是指土体被 水渗透的能力，它是土体渗透性、强度和变形特性 三大主要性质之一，是土体有别于其他致密工程材 料如钢材和混凝土等的独特性质。土的渗透性和土 中渗流对土体的强度和变形性能局有重要影响。
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3. 承压水 1）承压水的概念 承压水是充满于两个稳定隔水层之间的含水层中具有静水压力的重 力水，如未充满则称无压层间水。承压水有上下两个稳定的隔水层，上 面的称为隔水顶板，下面的称为隔水底板。顶、底板之间的垂直距离为 含水层的厚度。
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2）承压水的埋藏类型 承压水的形成主要取决于地质构造。形成承压水的地质构造主要是 向斜构造和单斜构造。 a.向斜构造
6.2.2
地下水化学性质
地下水的化学成分可以影响岩土的强度，从 而造成对建筑工程的侵蚀及其他危害。 1.地下水中常见的成分 地下水含有多种元素，有的含量大，有的含量 甚微。地壳中分布广、含量高的元素，如O、Ca、 Mg、Na、K等在地下水中最常见。有的元素如Si、 Fe等在地壳中分布很广，但在地下水中却不多；有 的元素如Cl等在地壳中极少，但在地下水中却大量 存在。这是因为各种元素的溶解度不同的缘故。所 有这些元素是以离子、化合物分子和气体状态存在 于地下水中，而以离子状态为主。
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1.达西渗透定律 达西(H．Darcy)于1856年用如图7-9的试验装置，在稳定流和层流 条件下，用粗颗粒土进行了大量的渗透试验，测定水流通过土试样单位 截面积的渗流量，获得了渗流量与水力梯度的关系，从而得到渗流速度 与水力梯度(或水头能量损失)和土的渗透性质的基本规律，即渗流的基 本规律——达西渗透定律。
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（此时植物开始永久性凋萎）
毛管断裂含水量： 毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水量 田间持水量： 土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量
饱和含水量： 土壤中全部孔隙都被水充满时的土壤含水量
最大吸湿量
在水汽达到饱和的空气中，干燥土壤的吸湿水达
到最大数量时的土壤含水量称为最大吸湿量，又
称吸湿系数。
毛管断裂含水量
毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水量
称为毛管断裂含水量。 当土壤含水量大于此值时，毛管悬着水就能向土 壤水分的消失点或消失面转移，反之，连续输移 水分就会遭到破坏，并将变为以薄膜水和水汽的 形式进行。 一般来说，毛管断裂含水量约为田间持水量的 65
％。
田间持水量
水量估计有16500km3，约为河道蓄水量的8倍。
在水文循环中，土壤起着十分重要的调节和分配水量的作 用。
问题：水分是怎样被吸收到土壤中去的 ? 进入土壤中的水 分是怎样储存、变化和运动的?
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤质地：
组成土壤的固体颗粒的主要粒径或粒径的范围。
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
最大分子持水量
膜状水达到最大数量，也就是水膜厚度达到最大 时所相应的土壤含水量称为最大分子持水量，它
是靠土壤颗粒分子力结合水分的最大值。
凋萎系数
植物生长需要通过根系不断地从土壤中吸收水分。根毛的吸水力量约 为15个大气压。当土壤颗粒对水分子的吸力超过15个大气压时，植物 就会因吸取不到土壤水而凋萎枯死。因此，所谓凋萎系数就是指土壤 颗粒对水分子的吸力为15个大气压时的土壤含水量。 作物品种不同，土壤种类不同，其凋萎系数也不同。 凋萎系数总是大于最大吸湿量，而小于最大分子持水量的。一般来说， 凋萎系数约为最大吸湿量的1.5倍，而是最大分子持水量的38～75 ％
2 土壤水类型
吸湿水： 被干燥土粒表面分子引力所强烈吸附的水分
表现出固态水的性质，没有溶解能力，不能移动
§2 土壤水的存在形态
膜状水： 在吸湿水外层，被土粒剩余分子力所吸持的水膜
§2 土壤水的存在形态
毛管水： 由毛管作用保持在土壤毛管孔隙中的水
毛管上升水：地下水凭借毛管作用上升进入到土壤孔隙中 毛管悬着水：凭借毛管作用保持在靠近地面土层中的水分
饱和含水量
土壤中所有孔隙均被水充满时的土壤含水量称为饱和含水量。若用容
积含水率表示饱和含水量，则它与孔隙率是一致的。 饱和含水量与田间持水量之差即为受重力支配的自由重力水。
§3 土壤水的能量状态
1 土水势
——土壤水所具有的势能，称为土水势
标准参照状态：
在大气压下，与土壤同温度、具有固定高度的一个假想纯自由水面的 储水池。
渗透重力水：在重力作用下，沿土壤中非毛管孔隙向下渗透的水 支持重力水：由地下水所支持而存在于毛管孔隙中的连续水体或
由土层中相对不透水层阻止渗透水继续向下而形成的水体
§2 土壤水的存在形态
3 土壤水分常数
——某些特征条件下的土壤含水率，称为土壤水分常数
最大吸湿量： 饱和空气中，干燥土壤的吸湿水达到最大时的土壤含水量 最大分子持水量： 膜状水达到最大数量时所对应的土壤含水量 凋萎系数： 土壤颗粒对水分子的吸力为15个大气压时的土壤含水量
第六章 土壤水和地下水
本 章 内 容
1 2 3 4 5
土壤的质地结构及“三相”关系
土壤水的存在形态 土壤水的能量状态
土壤水的运动
地下水的类型和特征
“土壤”是指地球表面风化的散碎外壳。是一种由大小不 同的固体颗粒集合而成的具有空隙或孔隙的散粒体，属多 孔介质。 “土壤水”则是指包含在土壤孔隙中的水分。地球表面的 土壤覆盖层是一个巨大的“蓄水库”，全球蓄于土壤中的
毛管悬着水
指不受地下水源补给影响的毛管水，即当大气降水 或灌溉后土壤中所吸持的液态水。
悬着 水 土粒
毛管上升水 指土壤中 受到地下水源 支持并上升到
毛管 上升 水 土粒 地下水位
一定高度的毛
管水，即地下 水沿着土壤毛 管系统上升并 保持在土壤中 的那一部分水 分。
§2 土壤水的存在形态
重力水： 在重力作用下能自由在土壤中运动的水
孔隙比：
Va Va 充气孔隙度： f a Vt Vs Vw Va
§2 土壤水的存在形态
1 土壤水作用力
分子力： 土壤颗粒表面的分子对水分子的吸引力称为分子力 毛管力： 由于浸润性液体表面张力作用引起的水分在土壤毛
细管中上升的力称为毛管力
重
力： 地球引力对水分产生的作用力称为重力
§2 土壤水的存在形态
土水势分析的关键点： 1 标准参照面的确定
2 正方向的确定
通过对势的分析能够讨论土壤水运动
例题： 砂粒：40％ 粉粒：40％ 粘粒：20％
壤 土
土壤质地三角形
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤结构：
土壤中固体颗粒的排列方式、排列方向和团聚状态，有时也指 土壤孔隙的几何形状和大小。
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤中的“三相”关系：
固体颗粒、土壤水、空气
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
Mw Ms
Vw Vw 容积含水率： Vt Vs V f
饱 和
Vw Vw 度： s V f Vw Va
以百分比%表示
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
a 表示土壤中气相比例的物理量：
孔隙度：
Va Vw f Vt Va Vw Vs Vf
e Vf Vs Vf Vt V f
与土壤“三相”有关的物理量：
s 表示土壤中固相比例的物理量：
固体密度：
s M s Vs
3 2 . 6 ~ 2 . 7 g / cm 一般土壤 s
干 容 重：
Ms Ms b Vt Vs Vw Va
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
w表示土壤中液相比例的物理量：
质量含水率：
土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为
田间持水量。 它是不受地下水影响条件下土壤在田间或自然状 况时所能保持水分的最高数量，也就是说，降雨 或灌溉水进入土壤后，若超过田间持水量，则超
过部分将不能为土壤保持而以自由重力水形式向
下渗透。 田间持水量是将土壤水划分为土壤持水量和向下 渗透水分的“门槛”。
毛管断裂含水量： 毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水量 田间持水量： 土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量
饱和含水量： 土壤中全部孔隙都被水充满时的土壤含水量
最大吸湿量
在水汽达到饱和的空气中，干燥土壤的吸湿水达
到最大数量时的土壤含水量称为最大吸湿量，又
称吸湿系数。
毛管断裂含水量
毛管悬着水的连续状态开始断裂时的土壤含水量
称为毛管断裂含水量。 当土壤含水量大于此值时，毛管悬着水就能向土 壤水分的消失点或消失面转移，反之，连续输移 水分就会遭到破坏，并将变为以薄膜水和水汽的 形式进行。 一般来说，毛管断裂含水量约为田间持水量的 65
％。
田间持水量
水量估计有16500km3，约为河道蓄水量的8倍。
在水文循环中，土壤起着十分重要的调节和分配水量的作 用。
问题：水分是怎样被吸收到土壤中去的 ? 进入土壤中的水 分是怎样储存、变化和运动的?
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤质地：
组成土壤的固体颗粒的主要粒径或粒径的范围。
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
最大分子持水量
膜状水达到最大数量，也就是水膜厚度达到最大 时所相应的土壤含水量称为最大分子持水量，它
是靠土壤颗粒分子力结合水分的最大值。
凋萎系数
植物生长需要通过根系不断地从土壤中吸收水分。根毛的吸水力量约 为15个大气压。当土壤颗粒对水分子的吸力超过15个大气压时，植物 就会因吸取不到土壤水而凋萎枯死。因此，所谓凋萎系数就是指土壤 颗粒对水分子的吸力为15个大气压时的土壤含水量。 作物品种不同，土壤种类不同，其凋萎系数也不同。 凋萎系数总是大于最大吸湿量，而小于最大分子持水量的。一般来说， 凋萎系数约为最大吸湿量的1.5倍，而是最大分子持水量的38～75 ％
2 土壤水类型
吸湿水： 被干燥土粒表面分子引力所强烈吸附的水分
表现出固态水的性质，没有溶解能力，不能移动
§2 土壤水的存在形态
膜状水： 在吸湿水外层，被土粒剩余分子力所吸持的水膜
§2 土壤水的存在形态
毛管水： 由毛管作用保持在土壤毛管孔隙中的水
毛管上升水：地下水凭借毛管作用上升进入到土壤孔隙中 毛管悬着水：凭借毛管作用保持在靠近地面土层中的水分
饱和含水量
土壤中所有孔隙均被水充满时的土壤含水量称为饱和含水量。若用容
积含水率表示饱和含水量，则它与孔隙率是一致的。 饱和含水量与田间持水量之差即为受重力支配的自由重力水。
§3 土壤水的能量状态
1 土水势
——土壤水所具有的势能，称为土水势
标准参照状态：
在大气压下，与土壤同温度、具有固定高度的一个假想纯自由水面的 储水池。
渗透重力水：在重力作用下，沿土壤中非毛管孔隙向下渗透的水 支持重力水：由地下水所支持而存在于毛管孔隙中的连续水体或
由土层中相对不透水层阻止渗透水继续向下而形成的水体
§2 土壤水的存在形态
3 土壤水分常数
——某些特征条件下的土壤含水率，称为土壤水分常数
最大吸湿量： 饱和空气中，干燥土壤的吸湿水达到最大时的土壤含水量 最大分子持水量： 膜状水达到最大数量时所对应的土壤含水量 凋萎系数： 土壤颗粒对水分子的吸力为15个大气压时的土壤含水量
第六章 土壤水和地下水
本 章 内 容
1 2 3 4 5
土壤的质地结构及“三相”关系
土壤水的存在形态 土壤水的能量状态
土壤水的运动
地下水的类型和特征
“土壤”是指地球表面风化的散碎外壳。是一种由大小不 同的固体颗粒集合而成的具有空隙或孔隙的散粒体，属多 孔介质。 “土壤水”则是指包含在土壤孔隙中的水分。地球表面的 土壤覆盖层是一个巨大的“蓄水库”，全球蓄于土壤中的
毛管悬着水
指不受地下水源补给影响的毛管水，即当大气降水 或灌溉后土壤中所吸持的液态水。
悬着 水 土粒
毛管上升水 指土壤中 受到地下水源 支持并上升到
毛管 上升 水 土粒 地下水位
一定高度的毛
管水，即地下 水沿着土壤毛 管系统上升并 保持在土壤中 的那一部分水 分。
§2 土壤水的存在形态
重力水： 在重力作用下能自由在土壤中运动的水
孔隙比：
Va Va 充气孔隙度： f a Vt Vs Vw Va
§2 土壤水的存在形态
1 土壤水作用力
分子力： 土壤颗粒表面的分子对水分子的吸引力称为分子力 毛管力： 由于浸润性液体表面张力作用引起的水分在土壤毛
细管中上升的力称为毛管力
重
力： 地球引力对水分产生的作用力称为重力
§2 土壤水的存在形态
土水势分析的关键点： 1 标准参照面的确定
2 正方向的确定
通过对势的分析能够讨论土壤水运动
例题： 砂粒：40％ 粉粒：40％ 粘粒：20％
壤 土
土壤质地三角形
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤结构：
土壤中固体颗粒的排列方式、排列方向和团聚状态，有时也指 土壤孔隙的几何形状和大小。
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
土壤中的“三相”关系：
固体颗粒、土壤水、空气
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
Mw Ms
Vw Vw 容积含水率： Vt Vs V f
饱 和
Vw Vw 度： s V f Vw Va
以百分比%表示
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
a 表示土壤中气相比例的物理量：
孔隙度：
Va Vw f Vt Va Vw Vs Vf
e Vf Vs Vf Vt V f
与土壤“三相”有关的物理量：
s 表示土壤中固相比例的物理量：
固体密度：
s M s Vs
3 2 . 6 ~ 2 . 7 g / cm 一般土壤 s
干 容 重：
Ms Ms b Vt Vs Vw Va
§1 土壤的质地结构及“三相”关系
w表示土壤中液相比例的物理量：
质量含水率：
土壤中毛管悬着水达到最大时的土壤含水量称为
田间持水量。 它是不受地下水影响条件下土壤在田间或自然状 况时所能保持水分的最高数量，也就是说，降雨 或灌溉水进入土壤后，若超过田间持水量，则超
过部分将不能为土壤保持而以自由重力水形式向
下渗透。 田间持水量是将土壤水划分为土壤持水量和向下 渗透水分的“门槛”。