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'水文学基础PPT第六章 第一节下渗的物理过程一、流域下垫面土层水分分带包括：包气带和饱和带包气带：毛管悬着水带、中间包气带、支持毛管水带1.包气带和饱和带包气带P<0地下水面P=0饱和带P>0 第一节下渗的物理过程2.包气带土壤水分分带特征毛管悬着带中间带毛管上升带直接或间接的与外界进行水分交换含水量小且稳定含水量自下而上逐渐减小 二、下渗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 第一阶段为渗润阶段。这阶段土壤含水量较小，下渗容量较大，下渗容量随时间递减迅速。第二阶段为渗漏阶段。这阶段，由于土壤含水量不断增加，下渗容量明显减小，下渗容量随时间递减变得缓慢。第三阶段为渗透阶段。在这一阶段，土壤含水量达到了田间持水量以上，下渗容量变得稳定，达到下渗容量的最小值，和为稳定下渗 三、下渗过程中土壤含水量的垂向分布规律饱和带:这一带厚度不大，一船不1．5cm，而且随着供水时间的增长，这一厚度变化缓慢。传递带:这是一个土壤含水量沿深度分布比较均匀、厚度较大的非饱和土层，其厚度随供水时间的增长不断增加，土壤含水量介于田间持水量和饱和含水量之间。饱和含水量风干土田间持水量饱和带过渡带水分传递带湿润带湿润锋 湿润带：它是连接水分传递带和湿润锋的水分带。土壤含水量沿深度迅速减小，并且在下渗过程中不断下移。这一带的平均厚度也大体保持不变。湿润锋：湿润带与下渗水尚未涉及到的土壤的交界面称为湿润锋。在湿润锋处，土壤含水量梯度很大，因此在该处将有很大的土壤水分作用力来驱使湿润锋继续下移。饱和含水量风干土田间持水量饱和带过渡带水分传递带湿润带湿润锋 从作用力角度解释下渗现象在渗润阶段，由于土壤含水量较小，分子力和毛管力均很大，再加上重力的作用，所以此时土壤吸收水分的能力特别大，以致初始下渗容量很大，而且由于分子力和毛管力随土壤含水量增加快速减小，使得下渗容量迅速递减。进入渗漏阶段后，土壤颗粒表面已形成水膜，因此分子力几乎趋于零，这时水主要在毛管力和重力作用下向土壤中入渗，下渗容量比渗润阶段明显减小，而且出于毛管力随土壤含水量增加趋于缓慢减小阶段，所以这阶段下渗容量的递减速度趋缓。到了渗透阶段，土壤含水量已达到田间持水量以上，这时不仅分子力早已不起作用，毛管力也不再起作用了。控制这阶段下渗的作用力仅为重力。与分子力和毛管力相比，重力只是一个小而稳定的作用力，所以在渗透阶段，下渗容量必达到一个稳定的极小值，这就是前述的稳定下渗率。 四、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FdF/dt=f T(min)F(mm)f(mm/min)f—tF—t下渗率曲线及累积下渗量曲线示意图 五、天然条件下的下渗一、下渗与降雨强度的关系在天然条件下，供水即为降雨。降雨强度一般随时间不断变化，且常出现间歇。因此，在天然条件下，不可能保证在降雨期间都能按下渗容量下渗。根据下渗容量的概念，如果在降雨期间出现降雨强度小于当时的下渗容量时，则下渗率将等于降雨强度。只有当降雨强度等于或大于当时的下渗容量时，下渗率才会等于下渗容量。下面分两种情况讨论下渗与降雨强度的关系。 已知某地土壤累积下渗能力曲线及某次降雨的累积雨量曲线如图，累积下渗能力曲线F(t)=36t0.5+0.4t,累积降雨量曲线为P(t)=9.4t(1)求该地的下渗能力曲线f(t)及该次降雨强度过程(2)由该次降雨求出产流开始的时间(3)在累积下渗能力和累积降雨图上绘出累积下渗量曲线。F(mm)P(t)F(t)t(分钟)解(1)f(t)=dF(t)/dt=18t-0.5+0.4I(t)=dP(t)/dt=9.4(mm/分钟)(2)F(t)=P(t)36t0.5+0.4t=9.4tt=16分 影响下渗的因素（一）土壤特性的影响土壤特性对下渗的影响，主要决定于土壤的透水性能及土壤的前期含水量。其中透水性能又和土壤的质地、孔隙的多少与大小有关。一般来说土壤颗粒愈粗，孔隙直径愈大，其透水性能愈好，土壤的下渗能力亦愈大。（二）降水特性的影响降水特性包括降水强度、历时、降水时程分配及降水空间分布等。其中降水强度直接影响土壤下渗强度及下渗水量，在降水强度i小于下渗率f的条件下，降水全部渗入土壤，下渗过程受降水过程制约。在相同土壤水分条件下，下渗率随雨强增大而增大。尤其是在草被覆盖条件下情况更明显。但对裸露的土壤，由于强雨点可将土粒击碎，并充填土壤的孔隙中，从而可能减少下渗率。　　此外，降水的时程分布对下渗也有一定的影响，如在相同条件下，连续性降水的下渗量要小于间歇性下渗量。 （三）流域植被、地形条件的影响通常有植被的地区，由于植被及地面上枯枝落叶具有滞水作用，增加了下渗时间，从而减少了地表径流，增大了下渗量。　　而地面起伏，切割程度不同，要影响地面漫流的速度和汇流时间。在相同的条件下，地面坡度大、漫流速度快，历时短，下渗量就小。（四）人类活动的影响人类活动对下渗的影响，既有增大的一面，也有抑制的一面。例如，各种坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水的滞留时间，从而增大下渗量。反之砍伐森林、过度放牧、不合理的耕作，则加剧水土流失，从而减少下渗量。在地下水资源不足的地区采用人工回灌，则是有计划、有目的的增加下渗水量；反之在低洼易涝地区，开挖排水沟渠则是有计划有目的控制下渗，控制地下水的活动。从这意义上说，人们研究水的入渗规律，正是为了有计划、有目的控制入渗过程，使之朝向人们所期望的方向发展。 第二节下渗理论和下渗公式一、饱和下渗基本假定水分分布带是完全饱和的。下渗锋面与下层土壤含水量具有明显的分界面，是不连续的。水分的渗漏深度，只有当上层毛管达到饱和后才开始增加。满足上述假定，有f=KH/L 二基本方程根据上述假定，当土壤表面保持一定水层时，水分将受到下列各力的作用渗入土壤1）土壤表面水层的静水压力hp2）土壤饱和水柱的重力Z3）下渗锋面处的毛管吸力hc4）下渗锋面以下的空气剩余压力即下层空气压力P与大气压力P0之差P-P0下渗水流所受总力H=hp+Z+hc+(P-P0)P0ZPhchp 当空气剩余压力可以忽略，并进一步假定表层的静水压力hp与毛管吸力相比，其值甚小可忽略，总力为：H=Z+hc水流的压力梯度为带入f=KH/L，得 第四节下渗经验公式一霍顿公式（R.E.Horton,1940)二考斯加柯夫公式三一般形式 第四节下渗经验公式基本思路：对在特定条件下取得的下渗资料，选配合适的函数形式，并根据曲线拟合的好坏确定其中的各项参数。时间(min)ΣP(mm)ΣR(mm)F(t)(mm)00.00.00.012.50.52.025.02.03.0512.56.36.21025.113.211.91537.120.716.4…………………… 霍顿公式在获得（t，fp）数据后，给fp(t)配以合适的线型和参数。 考斯加科夫公式 菲利浦公式 第三节下渗实验与分析测定方法：直接测定法和分析法1.直接测定法（1）注水法（2）人工降雨法2.水文分析法水量平衡原理 此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢'