水文学课件(第六章)
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第六章下渗(Infiltration)
下渗的物理过程
1
(Physical processes of infiltration)
非饱和下渗理论
2
(Theory of infiltration on unsaturated
condition)
饱和下渗理论
3
(Theory of infiltration on saturated
condition)
经验下渗曲线
4
(Empirical infiltration capacity curve)
天然条件下的下渗
5
(Infiltration under practical condition)
1、几个基本概念
土壤水分剖面：土壤含水率沿深度方向的变化曲线～
(soil moisture profile)
下渗：水分透过土壤层面渗入到土壤中的运动过程～
(infiltration)
下渗率：单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量～(infiltration intensity)
下渗容量：供水充分条件下的下渗率～
(infiltration capacity)
下渗曲线：下渗容量随时间的变化曲线～
(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～
2、下渗机理mechanism of infiftration
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
b 下渗过程中的土壤水分剖面
含水量(%)
深度(m)
饱
和
含
水
量
田
间
持
水
量
风
干
土
饱和带
(过渡带)
水分传递带
湿润带
湿润锋
饱和带
过渡带
水分传递带
湿润带
湿润锋
2、下渗机理mechanism of infiftration
3、下渗容量与土壤水分剖面的关系
t
K d t z F s p n
+=⎰θθθθ0
),(0
θθ
n
θ0
t 1t 2
t Z
1、下渗方程的导出deduction of infiltration equation
])([z
K z t ∂Φ∂∂∂=∂∂θθz
K z K z t m ∂∂+∂∂∂∂=∂∂)
(])([θψθθ假设与为单值关系
θ
ψθθd d K D m
)
()(=令
θm
ψz
k z D z t ∂∂+∂∂∂∂=∂∂θ
θθθθ)(])([
2、忽略重力作用的下渗方程的解solution under gravity neglected
条件：a 忽略重力；
b 供水充分，表面无积水；
c 均质半无限土柱，初始土壤含水量分布均匀
),(),0()0,(])([θθθθθθθθθ=∞==∂∂∂∂=∂∂t t z z D z t n 定解问题的构成：
泛定方程
初始条件
边界条件
第一种情况：扩散率为常数
22),(),0()0,(θθθθθθθ
θ=∞==∂∂=∂∂t t z z D t n )2(00Dt
z
erfc n =--θθθθ拉氏变换
21
0)(--=t
D f n p π
θθ下渗曲线：
2、忽略重力作用的下渗方程的解solution under gravity neglected
第二种情况：扩散率随土壤含水量呈单值变化
22),(),0()0,()()(θθθθθθθθθθθ=∞==∂∂∂∂+∂∂=∂∂t t z z z D z D t n 2
1)(),(t t z θ
ηθ=玻氏变换
2
12
1-=st
f p 下渗曲线：
2、忽略重力作用的下渗方程的解solution under gravity neglected
3、完全下渗方程的解solution under whole condition 0
),(),0()0,()()(θθθθθθθθθθθ=∞==∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=∂∂t t z z
k z D z t n
定解问题的构成：
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00
22),(),0()0,(θθθθθθθθθ=∞==∂∂+∂∂=∂∂t t z z k z
D t n
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡++-=--)2()exp()2(2100Dt kt z erfc d kz Dt kt z erfc n θθθθn n p k D t k erfc D t k D t k k f θπθθ-⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡---=)4(4/)4/exp(2)(22203、完全下渗方程的解solution under whole condition