2 土壤入渗与蓄水功能研究现状7

∙ 2 土壤入渗与蓄水功能研究现状7-16∙2．1 土壤入渗研究现状7-14∙2．1．1 土壤因子对土壤入渗的影响8-9∙2．1．2 侵蚀强度对土壤入渗的影响9∙2．1．3 土地利用方式对土壤入渗的影响9-10∙2．1．4 地形地貌对士壤入渗的影响10-11∙2．1．5 植被因子对土壤入渗的影响11-12∙2．1．6 土壤入渗过程的研究12-14∙2．2 土壤蓄水能力研究14-16∙∙5．1 土壤入渗率与土壤理化性质相关性分析20-22∙5．2 土壤入渗率影响因子分析22∙5．3 四种植被模式土壤入渗过程的数学模拟22-28∙5．3．1 土壤入渗模型的回归分析23-25∙5．3．2 土壤入渗模型的比较分析25-28∙5．4 四种植被模式水源涵养功能分析28-33∙5．4．1 四种植被模式枯落物层持水量28∙5．4．2 四种植被模式土壤蓄水功能28-30∙5．4．3 四种植被模式土壤入渗性能30-33∙土壤入渗是指降落到地面上的雨水从土壤表面渗入土壤形成土壤水的过程,是四水(降水、地表水、土壤水和地下水)相互转化过程中的一个重要环节[1],也是地面水转化为植被吸收利用的土壤水的唯一途径[2]。

土壤入渗与地表产流、土壤侵蚀、养分迁移、土壤面源污染等问题密切相关[3]土壤砂粘比、总孔隙度、毛管孔隙度、容重均与各土壤入渗性能指标呈显著的相关关系,但非毛管孔隙度、有机质含量、初始水分含量与入渗性能指标相关性不显著。

主成分分析也表明,土壤容重、毛管孔隙度和砂粘比是影响该区土壤入渗性能最重要的3个因子。

土壤水有固态、液态和气态三种形态。

固态水只有在土壤冻结时才存在；气态水是存在于土壤孔隙中的水汽，含量很少；液态水是土壤水分的主要形态，与作物生长发育最为密切。

液态水按其运动特性又可分为吸湿水、膜状水和毛管水。

1．吸湿水被风干土壤所吸附在土粒表面的水汽分子，称为吸湿水。

在水汽他和的空气中，土壤吸湿水达最大数量，称为吸湿系数。

土壤质地越细，土粒的表面能越大，吸湿系数也越大。

吸湿水所受到的分子引力很大，可达1．013×109千帕左右；厚度极小，无溶解能力。

只有在105℃以上的高温下才转化为气态水时才会移动，所以对作物生长一般没有多大意义。

2．膜状水在土粒吸湿水层的外面仍可再吸附液态的水分子而形成水膜，这种土壤水分称为膜状水。

当膜状水达到最大数量时，称为土壤的最大分子持水量。

膜状水受表面张力的作用能缓慢地从水膜厚的地方向水膜薄的地方移动，一般移动速度为0．2～0．4毫米/小时。

土粒对膜状水的吸力在6．33×105～31．4×105帕之间。

而一般作物根毛的吸水力仅相当于15．20×105帕，所以膜状水中吸力大于15．20×105帕的那部分水分，作物是不能吸收利用的，为无效水。

可利用的仅是吸力小于15．20×105帕的那一部分，但由于移动非常缓慢，常在可利用的膜状水消耗完以前，作物就因缺水而发生凋萎。

当作物发生永久性凋萎时的土壤水分含量，即称为凋萎点或凋萎系数，表3－2给出华北平原几种土壤的凋萎系数及其他水分常数。

3．毛管水毛管水是由毛管孔隙中水分弯月面的毛管力所保持的水分。

土壤孔隙的毛管作用，因孔隙直径大小而有所不同。

当孔隙直径大于8毫米时无毛管现象；直径由8毫米降止0．1毫米时，毛管现象便逐渐表现出来；毛管直径为0．1～0．001毫米范围内时，毛管作用最明显。

孔径小于0．001毫米时，则土壤孔限为膜状水所充满，则不起毛管作用。

土粒对毛管水的吸力在0．081×105～6．33×105帕之间。

毛管水全部可供作物吸收利用，有溶解养分的能力，受毛管力的影响也可以上下左右移动，不断满足作物的需要。

所以，毛管水是作物最有效的土壤水分。

依其存在状态，毛管水又可分为毛管上升水和毛管悬着水。

在接近地下水面的土壤中，地下水措毛管作用可以上升而进入土壤，这种活毛管上升的水分称为毛管上升水。

所以在地下水位高的下湿地区，地面经常湿润，或昼干夜潮。

土壤的种类不同，毛管上升水所能上升的高度亦有所差别，在黄土地区一般最高可达200厘米以上。

在降雨或灌溉之后借毛管力保持在土壤中的水分，称为毛管悬着水。

其特点是下面不与地下水相联系，在一段时间内，同下面的干土层有明显的界限。

毛管悬着水达到最大数量时称为田间持水量或田间最大持水量。

田间持水量也与土壤质地有关，质地越细，田间持水量越大。

4．重力水进入土壤的水分超过土壤所能保持的田间持水量时，那些超出的水分因受重力作用沿较大的孔隙向下渗透。

这种受重力作用而下渗的水分即称为重力水。

重力水虽然能为作物利用，但很快就会渗到根系范围以外，所以对作物持续供应水分的用处不大。

在地下水位较高的地方，重力水最后将转入地下水。

在地下水位很低的地区，重力水在不断下渗的过程中将逐渐转化为毛管悬着水或膜状水而被保留在土层的深处。

当土壤为重力水所饱和时，即土壤全部孔隙都充满水分时，其土壤含水量称饱和含水量。

入渗是水渗入土壤的物理现象。

以单位时间入渗水深（即入渗强度或入渗率），或以历时入渗累积曲线表示。

入渗率随时间而变化的过程称入渗曲线。

[1]入渗过程按水分受力状况分为3个阶段：①渗润阶段。

水分受分子力作用呈土粒吸附的薄膜水，直至土壤含水量大于最大分子持水量为止，此时下渗强度较大；②渗漏阶段。

水分受毛管力和重力作用，不断填充毛管孔隙，直至达到饱和含水量为止。

本阶段入渗强度逐渐减小；③渗透阶段。

毛管力消失，水在重力作用下向下渗透，土壤含水量不再增加，入渗水流呈饱和隐定流，入渗强度最小。

在天然条件下，入渗过程十分复杂，因上述前两个阶段无明显界限，故陆地水文学中将它们合称为初渗阶段，[1][入渗受土壤孔隙度、动植物地下孔穴、土体机械组成及厚度，土[1]入渗强度常以室内土柱入渗模拟、实地人工降雨入渗模拟及入渗仪等方法测定；不同土类、植被、降水特性下的入渗量，常于天然固定试验场实验取得；流域上的入渗量一般是在历次降雨径流实测资料基础上经[1]入渗可减少地面径流，削减洪峰，延缓洪水历时，增加壤中流和地下水水量，维持河川径流正常水位和枯水位。

常见的绿化国土和水土保持工程，实际上起着增加流域入渗、拦滞洪水的积极作用。

[1]○入渗水渗入土壤的物理现象。

以单位时间入渗水深（即入渗强度或入渗率），或以历时入渗累积曲线表示。

入渗率随时间而变化的过程称入渗曲线。

入渗过程按水分受力状况分为3个阶段：①渗润阶段。

水分受分子力作用呈土粒吸附的薄膜水，直至土壤含水量大于最大分子持水量为止，此时下渗强度较大；②渗漏阶段。

水分受毛管力和重力作用，不断填充毛管孔隙，直至达到饱和含水量为止。

本阶段入渗强度逐渐减小；③渗透阶段。

毛管力消失，水在重力作用下向下渗透，土壤含水量不再增加，入渗水流呈饱和隐定流，入渗强度最小。

在天然条件下，入渗过程十分复杂，因上述前两个阶段无明显界限，故陆地水文学中将它们合称为初渗阶段，第三阶段称为稳渗阶段。

入渗常用的数学模型有霍顿、菲利浦公式等。

入渗受土壤孔隙度、动植物地下孔穴、土体机械组成及厚度，土壤前期含水量、降水强度和历时、地面坡度、地下水位等因素影响。

入渗强度常以室内土柱入渗模拟、实地人工降雨入渗模拟及入渗仪等方法测定；不同土类、植被、降水特性下的入渗量，常于天然固定试验场实验取得；流域上的入渗量一般是在历次降雨径流实测资料基础上经反复推计算和综合分析取得。

入渗可减少地面径流，削减洪峰，延缓洪水历时，增加壤中流和地下水水量，维持河川径流正常水位和枯水位。

常见的绿化国土和水土保持工程，实际上起着增加流域入渗、拦滞洪水的积极作用。

（程义）○初渗水向土体入渗的初期阶段。

即入渗水体在水与土粒等各种介质间分子引力、毛细管力及部分重力综合作用下迅速下渗的阶段。

在充分、恒定供水条件下的入渗曲线中有显著反映。

从入渗开始至某一时刻，曲线的曲率变化很大，该段时间内的入渗即为初渗。

其特点是随入渗的开始而开始且入渗强度最大，随之迅速递减；包含渗流中渗润和渗漏两种性质不同的运动形态。

在自然界中初渗总量和变化过程千差万别。

初渗通常用室内模型实验，自然条件下观测试验和人工供水实地观测等方法取得。

影响初渗的因素主要是土壤和松散风化壳的物理特性、土壤生物特性、土壤含水量以及降水特性。

（程义）○稳渗水向土体入渗的稳定阶段。

入渗水体在重力作用下运动，使土体某一深度的孔隙被充满，水分饱和，从而出现入渗率稳定的阶段。

此时的入渗强度即为稳定入渗率。

稳渗资料可在室内或野外以人工模拟实验的方法获得。

影响稳渗的因素主要是稳渗层的土体特性。

其中土体的机械组成、孔隙度最为重要，表土层的物理结构和植被也有影响。

当地表自然条件不变时，稳渗值主要随降雨强度变化。

（程义）○超渗产流降雨强度超过土壤入渗强度而产生地面径流的现象。

中国北方地区的多雨季节，降雨量集中，且多暴雨和大雨，往往出现超渗产流；南方湿润和半湿润地区的少雨季节，当降雨过分集中，降水强度超过入渗强度时，也会有超渗产流。

根据超渗产流的概念建立相应的雨洪计算和洪水预报方法，称为超渗产流模型。

（程义）○蓄满产流又称超蓄产流。

因降水使土壤包气带和饱水带基本饱和而产生径流的方式，是降雨径流的产流方式之一。

在降雨量较充沛的湿润、半湿润地区，地下潜水位较高，土壤前期含水量大，由于一次降雨量大，历时长，降水满足植物截留、入渗、填洼损失后，损失不再随降雨延续而显著增加，土壤基本饱和，从而广泛产生地表径流。

此时的地表径流不仅包括地面径流，也包括壤中流和其它形式的浅层地下水产流。

蓄满产流方式往往不能在山区流域上普遍实现，在平原区则容易发生。

在土层较薄的坡脚，由于饱和坡面流的存在，也具有蓄满产流意义。

蓄满产流这一术语是中国水文学家基于中国江淮流域，尤其是江南河网化地区具体情况提出的，它对产流理论和降雨径流形成规律的探索，雨洪预报方法的研究有一定的实际意义。

（程义）○霍顿入渗公式计算入渗曲线的一种经验公式，系美国霍顿（R.E.Horton）于1933年在大量土壤入渗实验基础上建立起来。

其形式为：f＝fc＋（f0－fc）e-kt式中f为入渗率，fc为稳定入渗率，f0为初始入渗率，t为时间，к为与土壤特性有关的经验常数。

霍顿入渗公式因其参数具有广泛的灵活性，一般能与实际观测资料配合较好，故被广泛采用。

但公式参数较多，且为纯经验性的，无物理含义，同时又不能随时考虑前期土壤含水量条件、且只有在降雨强度超过入渗强度时才有效。

因此在具体运用时，要根据实际情况进行必要的修正。

（于静洁）○菲利浦入渗公式澳大利亚学者菲利浦（G.R.Philip）以理查兹（L.A.Richards）的非饱和一维流方程的理论求解而得到的入渗公式：式中f为入渗率，A为反映土壤吸收水分能力的参数称为吸着率（sorptivity），B为与渗透系数к有关的参数。