水文学基本原理土壤水和下渗
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河海大学811水文学原理第五章 土壤水与下渗123
第三节 土壤水分运动基本方程
教学目标： 土水势中各分势和总势。 滞后现象 分析质地和结构对土壤水分特征曲线影响。
一、土水势
1、土水势：土壤水的势能称土水势。 它是土壤水与标准参照状态下的水相比较所具有的
特定势能。 说明：标准参照状态：一定高度处，与土壤同温度
下承受一个标准大气压或当地大气压的状态。 土水势是一个表示土壤水势能的相对指标。
毛管力的方向，因土壤颗粒的排列十分复杂，故可能具 有任何方向。
H不大于3~4米
毛细管的直径在0.1~0.001mm最明显。
（三）重力
重力 土壤中水分受到的地心引力称为重力，其 作用方向总是指向地心，近似地可认为垂直向下。
二、土壤水类型
土壤中存在的液态水分，根据作用力的情况，可 分为束缚水和自由水两类。
1. 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，
2. 当土壤含水量小于此值，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。
3. 一般来说，毛管断裂含水量约为田间持水量的65
％。
Hale Waihona Puke 6、饱和含水量饱和含水量：土壤中所有孔隙均被水充满时的土壤含水量。 特点：
1. 若用容积含水率表示饱和含水量，则此时也等于孔隙度。 2. 饱和含水量与田间持水量之差即为受重力支配的自由重
1、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。 （1）被吸附的水分子层的厚度相当于15—20个 水分子厚，约4—5um，其最外层的水分子所受到 的土壤颗粒的分子引力为31个大气压。 （2）不同粒径的土壤颗粒的最大吸湿量不同。
2、最大分子持水量
土壤水及下渗
⑶ 渗透阶段 当土壤孔隙被水充满达到饱和时，水在重力作用下向下运
动，属饱和水流运动。这时，下渗率维持稳定，称稳定下渗率。
2020/12/3
15
4 下渗率和下渗能力
（1）下渗率f 指单位时间内单位面积上渗入土壤中的水量（单位：mm/h
或mm/min）。
（2）下渗能力fp 在充分供水下的下渗率称为下渗能力（单位：mm/h）。下渗
2020/12/3
17
5 天然降雨条件下的下渗过程
（1）i1≥fp，按下渗能力下渗
（2）i2<fp，按降雨强度下渗
（3）fc＜i3＜fp，初期，按雨强下渗；随着下渗水量增加，下渗能 力减小，到雨强大于下渗能力后，按下渗能力下渗。
2020/12/3
18
6 影响下渗的因素
（1）土壤的构成 （2）土壤含水量 （3）降雨强度及历时 （4）地表坡度及糙率 （间接影响） （5）植被条件及土地利用状况 （间接影响）
2020/12/3
19
7 下渗的空间分布
空间分布不均，原因:：
（1）流域中土壤构成的空间分布不同 （2）流域内土壤含水量空间分布不同 （3）降雨在时间空间上分布不均匀 （4）流域内各处地下水位高低不一
对一个流域而言，其下渗过程要比单点复杂得多，在实际工作中 又不可能设立许多测点进行观测，所以多采用概化的方法来描述 下渗的空间变化。
下渗不仅直接决定地面径流量的生成及大小，同时也影响土 壤水和地下潜水的增长，影响土壤中表层流、地下径流的生成和 大小。
下渗是水在分子力、毛细管引力和重力的综合作用下在土壤 中发生的物理过程，是径流形成过程的重要环节之一。
2020/12/3
13
初期土壤干燥，下渗过程按水分所受的主要作用力不同及运动 特征不同，在水文学中大致可分为三个阶段：
动，属饱和水流运动。这时，下渗率维持稳定，称稳定下渗率。
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4 下渗率和下渗能力
（1）下渗率f 指单位时间内单位面积上渗入土壤中的水量（单位：mm/h
或mm/min）。
（2）下渗能力fp 在充分供水下的下渗率称为下渗能力（单位：mm/h）。下渗
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5 天然降雨条件下的下渗过程
（1）i1≥fp，按下渗能力下渗
（2）i2<fp，按降雨强度下渗
（3）fc＜i3＜fp，初期，按雨强下渗；随着下渗水量增加，下渗能 力减小，到雨强大于下渗能力后，按下渗能力下渗。
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6 影响下渗的因素
（1）土壤的构成 （2）土壤含水量 （3）降雨强度及历时 （4）地表坡度及糙率 （间接影响） （5）植被条件及土地利用状况 （间接影响）
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7 下渗的空间分布
空间分布不均，原因:：
（1）流域中土壤构成的空间分布不同 （2）流域内土壤含水量空间分布不同 （3）降雨在时间空间上分布不均匀 （4）流域内各处地下水位高低不一
对一个流域而言，其下渗过程要比单点复杂得多，在实际工作中 又不可能设立许多测点进行观测，所以多采用概化的方法来描述 下渗的空间变化。
下渗不仅直接决定地面径流量的生成及大小，同时也影响土 壤水和地下潜水的增长，影响土壤中表层流、地下径流的生成和 大小。
下渗是水在分子力、毛细管引力和重力的综合作用下在土壤 中发生的物理过程，是径流形成过程的重要环节之一。
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初期土壤干燥，下渗过程按水分所受的主要作用力不同及运动 特征不同，在水文学中大致可分为三个阶段：
水文学原理 第六章 下渗
a 下渗的三个阶段
渗润阶段： 分子力 渗漏阶段： 毛管力 渗透阶段： 重 力
第一节 下渗的物理过程
2、下渗机理 mechanism of infiftration
深度(m)
b 下渗过程中的土壤水分剖面
i
含水量(%)
f
s
饱和带
(过渡带)
风
田
饱
干
间
和
土
持
含
水分传递带
水
水
量
量
湿润带 湿润锋
饱和带 过渡带
（2）湿润锋向下移动的条件是 其上部土层达到饱和含水量
第三节 饱和下渗理论
1、基本方程的建立 establishment of basic equation
受力分析：
（1）土壤表面水层的净水压力； （2）土壤饱和水柱的重力； （3）下渗锋面处的毛管吸力； （4）下渗锋面以下的空气剩余压力。
c
合力：
(infiltration capacity curve)
累积下渗曲线： 从下渗开始至某时刻按下渗能力下渗到土壤中的总水量
(accumulative infiltration capacity curve)
与该时间的关系曲线～
第一节 下渗的物理过程
2、下渗机理 mechanism of infiftration
3、完全下渗方程的解 solution under whole condition
第一种情况： 扩散率为常数且水力传导度与土壤含水量呈直线关系
2
D k t z2 z
(z,0) i (0,t) s (,t) i
i s i
1 2
erfc(
z 2
kt Dt
渗润阶段： 分子力 渗漏阶段： 毛管力 渗透阶段： 重 力
第一节 下渗的物理过程
2、下渗机理 mechanism of infiftration
深度(m)
b 下渗过程中的土壤水分剖面
i
含水量(%)
f
s
饱和带
(过渡带)
风
田
饱
干
间
和
土
持
含
水分传递带
水
水
量
量
湿润带 湿润锋
饱和带 过渡带
（2）湿润锋向下移动的条件是 其上部土层达到饱和含水量
第三节 饱和下渗理论
1、基本方程的建立 establishment of basic equation
受力分析：
（1）土壤表面水层的净水压力； （2）土壤饱和水柱的重力； （3）下渗锋面处的毛管吸力； （4）下渗锋面以下的空气剩余压力。
c
合力：
(infiltration capacity curve)
累积下渗曲线： 从下渗开始至某时刻按下渗能力下渗到土壤中的总水量
(accumulative infiltration capacity curve)
与该时间的关系曲线～
第一节 下渗的物理过程
2、下渗机理 mechanism of infiftration
3、完全下渗方程的解 solution under whole condition
第一种情况： 扩散率为常数且水力传导度与土壤含水量呈直线关系
2
D k t z2 z
(z,0) i (0,t) s (,t) i
i s i
1 2
erfc(
z 2
kt Dt
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
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
水文学原理CH6 下渗
层面渗入到土壤中的水量。它是下渗的定量表示。 单位：mm/min，mm/h，mm/d。 影响因素：①初始土壤含水量
②供水强度 ③土壤质地、结构
HHU
§1 下渗的物理过程
1 几个基本概念 下渗容量（下渗能力）fp：供水充分条件下的下渗率。 与初始土壤含水量和土壤质地、结构有关。f < fp 下渗曲线：下渗容量随时间的变化曲线。表示下渗容
HHU
例 题——习题集P13第2题
已知水平方向入渗的Green − Ampt公式： 入渗锋面位置S f = ( − 2Kt h f
1 1 2 2
θt − θi
) t
求t = 30 min 时的S f 和入渗强度i， min内的入渗总量。 30 解： （ ）入渗锋面位置S f = ( 大情况下，忽略重力对下渗的影响的 土壤水分剖面的数学表达式为
θ − θ0 = e−z / θn − θ0
式中，符号的意义同前述。
t
试求相应于上式的下渗曲线表达式。
HHU
例题6-1
解：
θ − θ0 z = − t ln( ) θn − θ0
因此，有 Fp = ∫ z (θ , t )dθ = ∫
HHU
§4 经验下渗曲线
基本思路：对通过观测实际问题取得的下渗资料，选配合适的函数形
式，并根据曲线拟合的好坏率定其中的各项参数，从而求得相应的下渗 曲线。
100.0 累 积 下 渗 量 ( m m) 累积下渗量曲线 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 0 50 100 时间(min) 150
k 2t ⎤ )⎥ − kθ n 4D ⎥ ⎦
HHU
§2 非饱和下渗理论
3 完全下渗方程的解
第二种情况： 扩散率为常数且水力传导度与土壤含水量非直线关系
②供水强度 ③土壤质地、结构
HHU
§1 下渗的物理过程
1 几个基本概念 下渗容量（下渗能力）fp：供水充分条件下的下渗率。 与初始土壤含水量和土壤质地、结构有关。f < fp 下渗曲线：下渗容量随时间的变化曲线。表示下渗容
HHU
例 题——习题集P13第2题
已知水平方向入渗的Green − Ampt公式： 入渗锋面位置S f = ( − 2Kt h f
1 1 2 2
θt − θi
) t
求t = 30 min 时的S f 和入渗强度i， min内的入渗总量。 30 解： （ ）入渗锋面位置S f = ( 大情况下，忽略重力对下渗的影响的 土壤水分剖面的数学表达式为
θ − θ0 = e−z / θn − θ0
式中，符号的意义同前述。
t
试求相应于上式的下渗曲线表达式。
HHU
例题6-1
解：
θ − θ0 z = − t ln( ) θn − θ0
因此，有 Fp = ∫ z (θ , t )dθ = ∫
HHU
§4 经验下渗曲线
基本思路：对通过观测实际问题取得的下渗资料，选配合适的函数形
式，并根据曲线拟合的好坏率定其中的各项参数，从而求得相应的下渗 曲线。
100.0 累 积 下 渗 量 ( m m) 累积下渗量曲线 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 0 50 100 时间(min) 150
k 2t ⎤ )⎥ − kθ n 4D ⎥ ⎦
HHU
§2 非饱和下渗理论
3 完全下渗方程的解
第二种情况： 扩散率为常数且水力传导度与土壤含水量非直线关系
水 文 学 原 理(五土壤水)
HHU
第五章
土壤水
本 章 内 容
1 2 3 4
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
土壤水运动的控制方程
“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?
2 土壤水分特性曲线
——吸力与土壤含水量的关系，称为土壤水分特性曲线
土壤水分特性曲线
获得土壤水分特性曲线可以有两种做法：一是从干燥土壤
开始，在土壤吸收水分的过程中测定；二是从饱和土壤开 始，在土壤脱水过程中测定。
实验表明，在脱水过程中测定的土壤水分特性曲线位于上
方，在吸水过程中测定的土壤水分特性曲线位于下方，两 条曲线首尾大体重叠，但中间差别明显，犹如一个绳套。
3 非饱和水流运动的基本微分方程
V K ( )
V t
[ K ( ) ] [ K ( ) ] [ K ( ) ] t x x y y z z
只考虑垂向时：
[ K ( ) ] t z z
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
第五章
土壤水
本 章 内 容
1 2 3 4
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
土壤水运动的控制方程
“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?
2 土壤水分特性曲线
——吸力与土壤含水量的关系，称为土壤水分特性曲线
土壤水分特性曲线
获得土壤水分特性曲线可以有两种做法：一是从干燥土壤
开始，在土壤吸收水分的过程中测定；二是从饱和土壤开 始，在土壤脱水过程中测定。
实验表明，在脱水过程中测定的土壤水分特性曲线位于上
方，在吸水过程中测定的土壤水分特性曲线位于下方，两 条曲线首尾大体重叠，但中间差别明显，犹如一个绳套。
3 非饱和水流运动的基本微分方程
V K ( )
V t
[ K ( ) ] [ K ( ) ] [ K ( ) ] t x x y y z z
只考虑垂向时：
[ K ( ) ] t z z
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
水文学与水资源___下渗_影响下渗的因素
第三节影响下渗的因素
影响下渗的因素很多，而且这些因素又常常相互影响、互为因果，使得这些因素与下渗过程的关系更为复杂。
一、降水
二、土壤
土壤的颗粒组成
●土壤中的胶质
●土壤中的矿物质
●土壤含水量
三、植被
四、地形
五、人类活动
降水的影响
降水强度(雨强)的影响
土壤的影响
土壤的影响
土壤容重表示土壤在单位体积内排列松紧的程度,它的变化代表着土壤孔隙度的变化,特别是毛细孔隙度的多寡。
容重减小,土壤总孔隙度及大孔隙量相应的变大,其入渗速率增大;容重增大,土壤入渗率减小。
土壤入渗与土壤容重、孔隙度和孔隙率的大小比例有关,土壤容重越大,入渗速率越低,土壤容重越小,孔隙度和孔隙率越大,入渗速率越大。
植被的影响
地形的影响
坡度的影响
利用人工降雨法在山西省吉县的蔡家川流域对不同地类土壤水分入渗进行了试验。
人类活动的影响
有关“下渗”的客观题
一小流域的土壤主要为粉砂质粘壤土，植被主要为草。
用同心环下渗仪对这一小流域内的下渗过程做了测定。
得知，初始下渗率和稳定下渗率分别为4.5 cm/hour和1.0 cm/hour，并经作图确定b为5/hour，试计算下渗开
始45 min后的累积下渗量。
有关“下渗”的思考题和讨论题
1. 试述下渗的三个阶段的特点，结合这些特点，谈谈在不同的气候状况下、特别是不同的降水条件下的下渗。
2. 沿着深度，可将接受下渗的土体划分为哪几个几个水分带？各带的水分状况如何？
3. 试述降水强度、地形坡度对下渗的影响。
《水文学原理》第五章：下渗现象、下渗理论及计算
解(1)f(t)=dF(t)/dt=18t-0.5+0.4
F(mm) P(t)
F(t)
I(t)=dP(t)/dt=9.4(mm/分钟)
(2) F(t)= P(t)
36t0.5+0.4t =9.4t t=16分
t(分钟)
三 下渗过程中的土壤含水量的垂线分布规律
饱和带 过渡带 风 干 土 水分传递带
田饱 间和 持含 水水 量量
Z
t
1
f at 2 fc
第四节 下渗经验公式
一 霍顿公式（R . E . Horton , 1940)
f fc ( f0 fc )ek t
二 考斯加柯夫公式
f ct b
三 一般形式
f atn b
第五节 天然条件下的下渗
一 下渗与降雨强度的关系 定义：在充分供水条件下的单点均质土壤 的下渗规律，反映土壤的最大下渗率过程， 称下渗能力曲线。 降雨强度不变时的下渗： （1）i≥fp （2) fp > I > fc
第五章 下渗（infiltration)
第一节 下渗的物理过程及规律
一 下渗的物理过程 下渗过程按水分所受的作用力及运动
特征，可分为三个阶段 • 渗润阶段 • 渗漏阶段 • 渗透阶段
二 下渗率和下渗能力 • 下渗率f
又称下渗强度。指单位面积上、单位 时间内渗入土壤中的水量。 • 下渗能力fp
又称下渗容量。指在充分供水条件下 的下渗率。 • 累积下渗量F
(3) i≤ fc
f
A
i2
fc i3
D C
i1
B
t
二 下渗的影响因素 • 土壤性质对下渗的影响 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 降雨性质对下渗的影响 • 植被对下渗的影响 • 流域地形影响 • 人类活动的影响
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2 包气带和饱和带
1）包气带的定义：地面以下潜水面以上的地带，也称非饱 和带。是大气水和地表水同地下水发生联系并进行水分交 换的地带；三相系统：土壤颗粒、水分和气体；
2）饱和带的定义：在地下水面以下，土壤处 于饱和含水状态，是土壤颗粒与水分的二相 系统。
3 土壤水 土壤水：土壤中各种形态水分的总称。（环境科
机制：毛管力（0.08- 6.25× 105 ）
• h水柱高度（cm) •d孔隙直径（mm）
毛管作用力范围： 0.1-1mm 有明显的毛管作用 0.05-0.1mm 毛管作用较强 0.05-0.005 毛管作用最强 〈0.001mm 毛管作用消失
毛
管
上
升
水分常数
在形态上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。 当含水量达到田持时，若继续供水，并不能使该土体的
持水量再增大，而只能进一步湿润下层土壤。田间持水 量是确定灌水量的重要依据。
影响因素：质地、有机质含量、结构、松紧状况等
土壤质地
不同质地和耕作条件下的田间持水量 （m%）
砂土
砂壤土 轻壤土 中壤土 重壤土 粘土
松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类
第二节 土壤水分的作用力和土壤水分的存在形式
土壤水
固态水：冬季土壤冻结 时存在
气态水：存在于土壤、空气中
受土粒分子引力吸薄湿膜水水 液态水受毛管力作用毛支管持悬毛着管水水
受重力作用自支由持重重力力水水
Hale Waihona Puke 1）汽态水Dw =（10×25％）＝2.5(cm)＝25(mm) （4）相对含水量
膜状水示意图
毛
管
上
升
水
示
土粒
意
图
地下水位
毛
管
悬
着
水
示
土粒
意
图
2.土壤水分常数
1)吸湿系数: 吸湿水达到最大时的土壤含水率。
2)最大分子持水量：薄膜水达到最大时的土壤含水率。 3)凋萎系数：作物产生永久凋萎时的土壤含水率 。 4)田间持水量：毛管悬着水达到最大时的土壤含水率。 5)毛管断裂含水量：毛管悬着水的连续状态开始断裂时的含 水量。 6）饱和含水量：所有土壤孔隙都被水所充满时的土壤含水 率。
凋萎系数
影响因素：土壤质地、植物种类、气候等 下表给出了不同质地土壤的萎蔫系数参考范围。
土壤质地 萎蔫系数
表 7.1 不同质地土壤的萎蔫系数（m%）
粗砂壤土 细砂土 砂壤土
壤土
0.96～1.11 2.7～3.6 5.6～6.9 9.0～12.4
粘壤土 13.0～16.6
萎蔫系数是植物可以利用的土壤有效水含量的下限。 无效孔度 = 凋萎系数×容重
2. 土壤含水量及水分常数
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
有效水（容易 被植物吸收利 用的）
按运动形态划分：
土壤水
汽态水 吸着水 毛管水
重力水
吸湿水 薄膜水 毛管上升水 毛管悬着水
第三节 土壤含水率及水分常数
1.定义:一定量的土壤中所含水分的数量。 （1）土壤重量含水率
实际水重
干土重 100%
例1 ：土壤烘干前湿重为95g，烘干后重79g，求质量含 水量。
（2）土壤容积含水率
水分容积
土壤容积 100%
土壤含水量(重量%) 土壤容重
（3）蓄水深度
水层厚度 土层厚度土壤含水量（容积%） 例3： 如某土层厚度为10cm，容积含水量为25％， 求水深。
学大辞典） 存在于非饱和带土壤孔隙中及土壤颗粒所吸附的
水分。（中国大百科全书） 储存和运移于地表，向下延伸至潜水面以上的土
壤水分（包括固态水、气态水和液态水），称为土壤 水。
水文学上土壤水是指存在于包气带中的水。
土壤的水理特性
1.土壤比重：指土壤中固体物质与同体积水的重量比。 2.土壤容重：指自然条件下，单位体积中的干土重量。 3.土壤孔隙比：指土壤中孔隙体积与固体体积之比。 4.孔隙率：指孔隙体积与总体积之比。
Pc
2R R2
2
R
2.土水势
衡量土壤水能量的指标，是在土壤和水的平 衡系统中，单位数量的水在恒温条件下，移动到 参照状况的纯自由水体所能做的功。如何定义和 计算？例如在饱和的含水层中，如何计算？在非 饱和情况下，土水势由何组成？如何计算？
汽态水：
存在于土壤空隙 中的水汽
2）吸着水
吸湿水:
紧束在土粒表面， 不能自由移动
薄膜水：
吸附于吸湿水外部， 只能沿土粒表面做 微小的移动
土 粒
膜状水示意图
膜状水移动示意图
3）毛管水
毛管水: 受毛管力的作用保 持在土壤中的水分
存在形式：气态 固态 液态 设想实验：材料（玻璃珠子、细管）+水（水杯）
第第五三章节土壤土水壤和水下渗
一、土壤的水理特性 二、土壤水的存在形式和分类 三、土壤水的水力特性 四、土壤水运动的基本方程
学习重点及难点： 1.认识土壤水分存在的基本形式；（重点掌握） 2.掌握土壤水分常数的概念（凋萎系数、田间持水量）。 3.了解土壤水势的存在形式及其达西公式，为后续 的学习打基础。（难点、了解）
水
示
土粒
意
图
地下水位
毛
管
悬
着
水
示
土粒
意
图
均质土包气带水分分布
毛管上升水: 地下水在毛管力作用下上升并保持在土
壤中的水分； 毛管悬着水:
当地下水位较低时，降雨或灌溉后因毛 管力的作用而保持在土壤里的水分。
4）重力水
重力水：
受重力支配不能被 土壤所保持的水分
土壤的形成过程是：“地壳表面的岩石风 化及其搬运的沉积体，接受其所处的环境因素 的作用，而形成具有一定剖面形态和肥力特征 的土壤”。所以土壤形成过程是一组物理、化 学与生物化学的组合反应。
一 土壤水 1 土壤的定义
地球表面具有肥力，能生长植物的疏松表层。 （from《环境科学大辞典》）
成因：由岩石风化和母质的成土过程综合作用下 形成的，它由矿物质、动植物残体腐蚀产生的有机物 质以及水分、空气等固、液、气三相组成；
二合土
耕后 紧实
田间持水量
10-14 13-20 20-24 22-26 24-28 28-32 25
21
3 土壤含水量测定
1）. 称重法: 2）.张力计法 3）. 电阻法 4）. 中子法 5）. r-射线法 6）. 驻波比法 7）. 光学测量法 8）. 时域反射法
第四节 土壤水分运动基本方程
1.毛细现象及毛细力