水 文 学 原 理(五土壤水1)
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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
课件：第05章土壤水
0 -0.01 -0.1 -0.3 -1.0 -15 -31 -100
土水势(kPa)
0 -1 -10 -30 -100 -1,500 -3,100 -10,000
排水孔隙的直 径(m) -300 30 10 3 0.2 0.97 0.03
国际制单位1kPa=0.01 Bars
土壤水吸力
土壤水吸力是指土壤水在承受一定吸力的情况下 所处的能态，简称吸力，但并不是指土壤对水的吸 力。
g=Mgz
5、总水势(t)
t = m + p + s + g
土壤水 饱和状 态下
土壤水 不饱和 情况下
t = p + g t = m + g
土水势单位
土水势的定量表示是以单位数量土壤水的势能值为准。单位 数量可以是单位质量、单位容积或单位重量。最常用的是单 位容积和单位重量。
单位质量土壤水的土水势单位为J/kg，
和导水率
d /dx 为
总水势梯度
非饱和条件下土壤 水流的数学表达式 与饱和条件下的类 似，二者的区别在 于：饱和条件下的 总水势梯度可用差 分形式，而非饱和 条件下则用微分形 式：饱和条件下的 土壤导水率K，对 特定土壤为一常数， 而非饱和导水率是 土壤含水量或基质 势的函数。土壤水 吸力和导水率之间
土壤水 的形态 分类
吸附水，受土壤吸附力作用保持， 可分为吸湿水和膜状水
毛管水，受毛管力的作用而保持
重力水，受重力支配，容易进一步 向土壤剖面深层运动
土壤中粗细不同的毛管孔隙连通一起形成复杂的毛管 体系。在地下水较深的情况下，降水或灌溉水等地面 水进入土壤，借助于毛管力保持在上层土壤的毛管孔 隙中的水分，它与来自地下水上升的毛管水并不相连， 好像悬挂在上层土壤中一样，故称之为毛管悬着水。 土壤毛管悬着水达到最多时的含水量称为田间持水量。 在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛管悬着水。当一 定深度的土体储量达到田间持水量时，若继续供水， 就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，是
（土壤学讲义）第5章土壤水
第五章土壤水第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定第二节土壤水的能态第三节土壤水的运动第一节土壤水的类型及土壤水分含量的测定一、土壤水分类型（一）吸湿水(紧束缚水)1、定义：由于固体土粒表面的分子引力和静电引力对空气中水汽分子的吸附力而被紧密保持的水分。
2、性质：其厚度只有2-3个水分子层，无溶解力、不导电、不能自由移动，也不能为植物利用。
3、大小：决定于土壤质地、腐殖质等影响决定于大气的湿度和温度当空气相对湿度达95%—100%时,土壤吸湿水量可达最大值，这时称为最大吸湿量。
（二）膜状水(松束缚水)1．定义：指当吸湿状态土粒与液态水接触时，还可再吸附一层很薄的水膜，称其为膜状水。
2．性质：其厚度可达到几十个水分子，部分可以被植物吸收利用，移动极为缓慢。
3．大小：决定于土壤的比面以及土壤溶液浓度。
膜状水达最大时的土壤含水量叫最大分子持水量。
（三）毛管水1、定义：由土壤毛管孔隙的毛管引力所保持的水分，称为毛管水。
2、类型：(1)毛管上升水定义：指地下水随毛管上升而被保持在土壤中的水分，称为毛管上升水。
最大水量称为毛管持水量。
毛管上升水与地下水位有水压联系：地下水位适当作物吸收地下水位过深作物不能吸收地下水位过浅作物受湿害（2）毛管悬着水定义：指在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后，由于毛管力保存在土壤上层中的水分称为毛管悬着水。
当毛管悬着水达到最大数量时的土壤含水量叫田间持水量。
性质：毛管水是土壤中可以移动的、对植物最有效的水分，而且毛管水中还溶液解有可供植物利用的易溶性养分。
大小：与土壤质地、腐殖质含量及结构状况有关。
（四）重力水定义：指土壤含水量超过田间持水量时，多余水分受重力支配向下渗透，这部分水分叫重力水。
土体全部孔隙都充满水，这时土壤含水量叫饱和持水量（全持水量）。
二、土壤含水量的表示方法（一）质量百分数即土壤中水分的质量与干土质量的比值勤。
（二）容积百分数即单位土壤总容积中水分所占的容操作分数，又称容积湿度、土壤水的容积分数。
第六章 土壤水分-1
就是说，这些物质同液态土壤水一起运移。同时，土壤水在
很大程度上参与了土壤内进行的许多物质转化过程：如矿物 质风化、有机化合物的合成和分解等。
一、土壤水的类型划分
（一）土壤水的概念 我们要研究的土壤水是指存在于土粒表面和 土粒间孔隙中的水，也就是在105—110℃温 度下能从土壤中驱逐出来的水分，不包括化 合水和结晶水。
和日本，直到现在研究土壤水数量和有效
性方面仍具有很强的实用价值。
土壤水的形态分类：
土壤水按其存在形态可大致分为下列几种
类型：土壤吸湿水、土壤膜状水、土壤毛
管水和土壤重力水。
1、土壤吸湿水
① 概念：由干燥土粒吸附力从空气中吸
附气态水分子，这样保持在土粒表面的
水分称为吸湿水。
②特性
受土粒吸力：受土粒吸力很大，最内层可达109Pa，最外层约在
对作物有效性：
部分对作物有效。 由于一般作物根系的吸水力平均为
1.5×106Pa，因此只有所受分子引力小于 1.5×106Pa的膜状水才能被作物吸收利用， 属有效水；
而所受分子引力大于1.5×106Pa的膜状水
不能被作物吸收利用，属无效水。
③临界水分常数—最大分子持水量、萎蔫湿 度
最大分子持水量：膜状水达到最大量时的土
②特性
受土粒吸力：受土粒吸力较吸湿水小。土粒保持膜状水 的力也属于分子引力，土粒表面吸附水分子形成吸湿水 层以后，尚有剩余的吸附力，它不能吸附吸湿水层外动
能较大的水气分子，只能吸附动能较小的液态水分子。
因此水分子所受吸力较吸湿水小，在靠近土粒的内层，
受到的引力一般在3×106Pa，在距离土粒较远的外层， 受到的引力约为0.6×106Pa。
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
水文学原理 第五章 土壤水
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。
土壤 团聚体
5.1.3 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。
土壤结构(soil structure)
毛细管内上升高度 h
2 2 cos h gR g r
7.3 10 N / m
2
0
2 7.3 1 0.15 mm 1 9.8 r r
5.2.2 土壤水分存在的形式
束缚水（结合水） 吸湿水（强结合水）
薄膜水（弱结合水）
毛细上升水 毛 管 水
2
分子吸附力（ Adhesion force）
土壤颗粒表面附近的液态水受到土颗粒 分子吸附力：
静电场的作用而受到的力，即粘附力， 在水文学里称为分子吸附力。
粘 附 力：液体分子与固体分子之间的相互引力
称为粘附力 或附着力（ Adhesion force） 。
2 分子吸附力大小
分子吸附力的大小及依靠这个力所保持的水量
称为土壤基质（ soil matrix）。
矿物颗粒的化学组成
土壤矿物： 由土壤原生矿物和土壤次生矿物构成，
矿物的化学组成与岩石类型有关。
土壤有机质：包括 生命体 和 非生命的有机质。 土壤腐殖质： 是 扣除 未分解和半分解动植物残体
及 微生物体 以外的 有机物质的总称。
胡敏酸 、富敏酸 、胡敏素
超过最大毛管悬着水量之后，
也就是毛细管网络恰好充满水后，
则后续下渗补给的土壤水分
不能被毛细管再吸持保留，
多余的水分就在重力的作用下，
土壤团聚体。
土壤 团聚体
5.1.3 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。
土壤结构(soil structure)
毛细管内上升高度 h
2 2 cos h gR g r
7.3 10 N / m
2
0
2 7.3 1 0.15 mm 1 9.8 r r
5.2.2 土壤水分存在的形式
束缚水（结合水） 吸湿水（强结合水）
薄膜水（弱结合水）
毛细上升水 毛 管 水
2
分子吸附力（ Adhesion force）
土壤颗粒表面附近的液态水受到土颗粒 分子吸附力：
静电场的作用而受到的力，即粘附力， 在水文学里称为分子吸附力。
粘 附 力：液体分子与固体分子之间的相互引力
称为粘附力 或附着力（ Adhesion force） 。
2 分子吸附力大小
分子吸附力的大小及依靠这个力所保持的水量
称为土壤基质（ soil matrix）。
矿物颗粒的化学组成
土壤矿物： 由土壤原生矿物和土壤次生矿物构成，
矿物的化学组成与岩石类型有关。
土壤有机质：包括 生命体 和 非生命的有机质。 土壤腐殖质： 是 扣除 未分解和半分解动植物残体
及 微生物体 以外的 有机物质的总称。
胡敏酸 、富敏酸 、胡敏素
超过最大毛管悬着水量之后，
也就是毛细管网络恰好充满水后，
则后续下渗补给的土壤水分
不能被毛细管再吸持保留，
多余的水分就在重力的作用下，
土壤水分(水文)
1. 烘干法（drying）
在105～110℃条件下，烘至恒重，为烘干土重(Ws)，以此为基 础计算水分重的百分比（%）。
Ww W − WS θ m (%) = = × 100 Ws WS
特点：准确；费时；不便定位测定。 特点：准确；费时；不便定位测定。 改进快速法：红外线烘干法、 改进快速法：红外线烘干法、微波炉烘干法 酒精烘干法、酒精烧失法。 酒精烘干法、酒精烧失法。
从大气和土壤空气中吸附的气态水分 又称为紧束缚水，属于无效水分。 又称为紧束缚水，属于无效水分。
氢键 范德华力 A 库仑力
H
H A A
H E
H A E
E
E
water vapor
H R E R
H .1 作用力 作用力：土粒表面的引力（范德华力、氢键、库仑力）,强力 1.2 特 点：密度大；冰点低；厚度小；不能自由移动；无效水 1.3 水吸力 水吸力：>3.1MPa（3.1×106Pa） 1.4 影响因素： 影响因素： 土壤空气湿度：湿度
膜状水 部分） （部分） Soil particle 吸湿系数 凋萎系数 吸湿水
1.3 最 大 分 子 持 水 量 （ maximum molecular capacity） moisture holding capacity）：土壤膜状水达到最大值的 土壤含水量。 土壤含水量。
吸湿水＋全部膜状水；水吸力 吸湿水＋全部膜状水；水吸力0.63MPa；吸湿水的 ～4倍 ；吸湿水的2～ 倍
1.5 田间持水量（ field capacity）：土壤中悬 capacity） 着毛管水达到最大量时的土壤含水量。 着毛管水达到最大量时的土壤含水量。是土壤不受 地下水影响所能保持水量的最大值。 地下水影响所能保持水量的最大值。
5 土壤水分
1.自然条件下，土壤含水量在时间、空间上都是剧烈的变化着，几乎很难达到一 种固定状态，因而，湿土的概念是一种瞬时状态，为了使各地或各时期土壤含水 量有一个可比性，寻求稳定的、标准的状态作基数非常重要。这里，只有烘干土 壤才是一种稳定状态。 2.用烘干土作基数表示土壤水分含量变化过程较为直观。 例如：某土壤湿时重为120g，烘干后为100g，分别用烘干土和湿土作基数，计算 土壤水分丢失1半后含水量变化： 水分丢失前
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
绝对水体积（方 亩） 水层厚土（H） 面积（亩） / 1 2000 H 1000 3 2 H 3
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（四） 相对含水量 (relative water content) 相对含水量是指土壤含水量占田间持水量的百分数。正如空气相对湿度一样， 相对含水量说明土壤实际含水量的饱和程度（以田间持水量为标准）,在农业生 产中经常应用。用下式表示： 土壤自然含水量 土壤相对含水量（ ） % 100 田间持水量 注意：分子和分母的量纲要统一 分子和分母所表示的是同一种土壤。
Vw s s dw v Vs w b
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
三.土壤含水量的测定技术
土 壤 含 水 量 的 测 定 技 术 概 述
TDR法
（一）土壤含水量测定技术-烘干法 Methods of measurement for soil water content
由此可见：用烘干土作基数表示水分变化过程更为直观
100 w干 应用时注意：已知土壤样品含水量，由湿土折算成干土计算公式 100 m 今后凡表示土壤组成的百分数都应以烘干土中为基数！
第一节 土壤水分概念及其含量的表示方法
（二） 容积含水量 （volumetric water content） 容积含水量即单位土壤总容积中水分所占的容积分数，以称为容积湿度，容积含 水量多用百分比表示，也用容积分数表示： 百分比形式可用下式表示： 水分容积 土壤容积含水量（ %） 100 土壤容积 V 其数学表达式为： w 100
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z x y
(θρ w ) ( ρ wυ x ) ( ρ wυ y ) ( ρ wυ z ) = + + t x y z
单位时间内,流入控 单位时间内, 制体的水量 - 流出控 制体的水量= 制体的水量= 控制体 内土壤水的改变量
r θ = υ t
§4 土壤水运动的控制方程
3 非饱和水流运动的基本微分方程
固体密度: 固体密度:
ρ s = M s Vs
ρs = 2.6 ~ 2.7g / cm3 一般土壤
干 容 重:
Ms Ms ρb = = Vt Vs + Vw + Va
§1 土壤的质地结构及"三相"关系 土壤的质地结构及"三相"
b 表示土壤中液相比例的物理量: 表示土壤中液相比例的物理量:
质量含水率: 质量含水率: ω
§3 土壤水的能量状态
1 土水势
——土壤水所具有的势能, ——土壤水所具有的势能,称为土水势 土壤水所具有的势能
标准参照状态: 在大气压下,与土壤同温度, 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. 假想纯自由水面的储水池.
土水势分析的关键点: 1 标准参照面的确定 土水势分析的关键点:
孔隙度: 孔隙度:
Va + Vw f = = Vt Va + Vw + Vs Vf
e= Vf Vs = Vf Vt V f
孔隙比: 孔隙比:
Va Va = 充气孔隙度: 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: 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 毛管力:
V = K (θ ) Φ
θ = V t
θ Φ Φ Φ = [ K (θ ) ]+ [ K (θ ) ] + [ K (θ ) ] t x x y y z z
只考虑垂向时: 只考虑垂向时:
θ Φ = [ K (θ ) ] t z z
HHU
�
§1 土壤的质地结构及"三相"关系 土壤的质地结构及"三相"
例题: 例题: 砂粒:40% 砂粒:40% 粉粒:40% 粉粒:40% 粘粒:20% 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 土壤的质地结构及"三相"
土壤结构: 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, 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. 土壤孔隙的几何形状和大小.
土水势 (cm)
E
A
B
C
D
E
F
ψ
15 7 8 0
15 15 0 0
15 25 0 -10
15 35 0 -20
15 35 0 -20
15 21 0 -6
ψg
ψp
ψm
§3 土壤水的能量状态
2 土壤水分特性曲线
——吸力与土壤含水量的关系, ——吸力与土壤含水量的关系,称为土壤水分特性曲线 吸力与土壤含水量的关系
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
2 土壤水类型
吸湿水: 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 表现出固态水的性质,没有溶解能力,
§2 土壤水的存在形态
膜状水: 在吸湿水外层, 膜状水: 在吸湿水外层,被土粒剩余分子力所吸持的水膜
§3 土壤水的能量状态
例题:有一"U"形土柱 一端浸泡在水槽中.水槽的水面保持不变, 形土柱, 例题:有一"U"形土柱,一端浸泡在水槽中.水槽的水面保持不变,假
定土柱无蒸发,土柱内也无土壤水运动.试确定土柱中各点的基模势. 定土柱无蒸发,土柱内也无土壤水运动.试确定土柱中各点的基模势.
D 10cm 14cm C F 10cm B 8cm A 7cm
= M
w
M
s
Vw Vw 容积含水率: 容积含水率: θ = = Vt Vs + V f
饱 和
Vw Vw = 度: θ s = V f Vw + Va
一定要以百分比表示! 一定要以百分比表示!
§1 土壤的质地结构及"三相"关系 土壤的质地结构及"三相"
c 表示土壤中气相比例的物理量: 表示土壤中气相比例的物理量:
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, ——某些特征条件下的土壤含水率,称为土壤水分常数 某些特征条件下的土壤含水率
最大吸湿量: 饱和空气中, 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 最大分子持水量: 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 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
§1 土壤的质地结构及"三相"关系 土壤的质地结构及"三相"
土壤中的"三相"关系: 土壤中的"三相"关系:
固体颗粒,土壤水, 固;三相"关系 土壤的质地结构及"三相"
与土壤"三相"有关的物理量: 与土壤"三相"有关的物理量:
a 表示土壤中固相比例的物理量: 表示土壤中固相比例的物理量:
Ψ
§4 土壤水运动的控制方程
1 非饱和土壤的达西定律
饱和土壤达西定律: 饱和土壤达西定律:
ψ υ = K s x
υ = K s ψ
§4 土壤水运动的控制方程
非饱和土壤达西定律: 非饱和土壤达西定律:
ψ υ = K (θ ) x
υ = K (θ ) ψ
§4 土壤水运动的控制方程
2 非饱和水流的连续性方程
HHU
第五章
土壤水
本 章 内 容
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土壤的质地结构及"三相" 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
§1 土壤的质地结构及"三相"关系 土壤的质地结构及"三相"
土壤质地: 土壤质地:
组成土壤的固体颗粒的主要粒径或粒径的范围. 组成土壤的固体颗粒的主要粒径或粒径的范围.
到周围水分对它的压力作用所具有的势能
基模势( potential): 基模势(matric potential): 由分子力和毛管力引起的土水势
§3 土壤水的能量状态
总 势: 各种分势的和势
饱和土壤 非饱和土壤
ψ = ψ p +ψ g
ψ = ψ m +ψ g
土壤水的运动方向总是从总势大的地方指向总势小的地方. 土壤水的运动方向总是从总势大的地方指向总势小的地方. 当土壤水总势梯度不等于零时,土壤水就处于运动状态; 当土壤水总势梯度不等于零时,土壤水就处于运动状态; 当总势梯度为零时,土壤水就处于静止状态. 当总势梯度为零时,土壤水就处于静止状态.
(此时植物开始永久性凋萎) 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 毛管断裂含水量: 田间持水量: 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: 饱和含水量: 土壤中全部孔隙都被水充满时的土壤含水量
§2 土壤水的存在形态
4 土壤水分常数的水文学意义
§2 土壤水的存在形态
毛管水: 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 毛管上升水: 毛管悬着水:凭借毛管作用保持在靠近地面土层中的水分 毛管悬着水:
§2 土壤水的存在形态
重力水: 重力水: 在重力作用下能自由在土壤中运动的水
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 渗透重力水:在重力作用下, 支持重力水: 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
2 正方向的确定
§3 土壤水的能量状态
重力势( potential): 重力势(gravitational potential): 要把一定数量的土壤水分举
起而克服重力所作的功
静水压力势(pressure potential): 饱和土壤中的水分,因受 potential): 饱和土壤中的水分, 静水压力势(