水文学课件(第六章)

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 unsaturatedcondition)饱和下渗理论3(Theory of infiltration on saturatedcondition)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 infiftrationa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 infiftration3、下渗容量与土壤水分剖面的关系tK d t z F s p n+=⎰θθθθ0),(0θθnθ0t 1t 2t Z1、下渗方程的导出deduction of infiltration equation])([zK z t ∂Φ∂∂∂=∂∂θθzK z K z t m ∂∂+∂∂∂∂=∂∂)(])([θψθθ假设与为单值关系θψθθd d K D m)()(=令θmψzk z D z t ∂∂+∂∂∂∂=∂∂θθθθθ)(])([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,(θθθθθθθθ=∞==∂∂=∂∂t t z z D t n )2(00Dtzerfc n =--θθθθ拉氏变换210)(--=tD f n p πθθ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 21)(),(t t z θηθ=玻氏变换2121-=stf p 下渗曲线：2、忽略重力作用的下渗方程的解solution under gravity neglected3、完全下渗方程的解solution under whole condition 0),(),0()0,()()(θθθθθθθθθθθ=∞==∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=∂∂t t z zk 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0022),(),0()0,(θθθθθθθθθ=∞==∂∂+∂∂=∂∂t t z z k zD 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00),(),0()0,()()(θθθθθθθθθθθ=∞==∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=∂∂t t z zk z D z t n))((202/1θk A t s f p ++=-tf t f t z 22/11),(+=θ3、完全下渗方程的解solution under whole condition1、基本方程的建立establishment of basic equation几个基本假定：（1）以湿润锋为界，认为其上部土壤含水量达到饱和，其下部仍为初始土壤含水量（2）湿润锋向下移动的条件是其上部土层达到饱和含水量受力分析：（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。

合力：)(0p p H l h H c p --++=1、基本方程的建立establishment of basic equation2、下渗曲线的导出deduction of infiltration curvedtdl f n p )(0θθ-=)1(l H K l H l K f c s c s p +=+=动力方程式：水量平衡方程式：2/12/10)(5.0--+=-+=At K t H K K f s n c s s p θθ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，并率定其中的参数，从而求得相应的下渗曲线。

1、科斯加柯夫公式212-=t a f p 参数确定：截距，故截距；，确定出线上取两点：，过点据中心定线，在点绘）（与时刻的计算不同定参过程：为待定参数。

和，，e a a n t t F F n t F t F t t n a F n a nat f at F p p p p p n p n p ==--=+===-)ln()ln()ln()ln()ln()ln(~)ln(.2)ln()ln().1()ln()ln()ln(121212、霍顿公式kt c c p e f f f f --+=)(0参数确定：截距，故截距；，求出线上取两点，过点据中心定线，在点绘时刻的，计算不同根据资料确定定参过程：稳定下渗率。

—初始下渗率；—，e f f f f k t t f f f f k t f f f f t f kt f f f f f f e f f f f c c c p c p c p c p c c c p c kt c c p +=-=----=-----=--+=-001212000)ln()ln()ln(~)ln().2()ln().1()ln()ln()(3、菲利普公式c p f t a f +=-212参数确定：A AB t t f f B t f tt B A Bt A f p p ，确定出截距；，确定出线上取两点：，过点据中心定线，在点绘的计算不同时刻定参过程：为待定参数。

和，=--=+=-----1212)()(~).2().1(21212121211、均匀雨强时的下渗f ptFRf ptF(2) i <f c ，则整个下渗过程均按雨强下渗；(1) i >f p ，则整个下渗过程均按下渗能力下渗；三种情况：(3) f c <i < f p0 ，则先按雨强下渗，后按下渗能力下渗。

f ptt pi是t p 时刻吗？1、均匀雨强时的下渗0.020.040.060.080.0100.050100150时间(min )累积下渗量(m m )累积下渗量曲线0.001.002.003.004.005.00050100150时间(min )下渗率(m m /m i n )下渗率曲线f p FFif ptt pt p ´i1、均匀雨强时的下渗min83.74.96.73min /4.9.6.73)4(min 44.0184.9..24.036)4.018()()().1(21210210=======+==+=+==--⎰⎰i F t mm i b mm F F t tf i a tt dt tdt t f t F p ttp ，故产流时间因实际按。

产流，此时累积下渗量则渗，，解出若按下渗能力下，即由）（解：。

的均匀降雨的产流时间求雨强的表达式；求累积下渗能力曲线）（：面下渗方程为若充分供水条件下，地min /4.9).2()(.1min)/(4.018)(21mm i t F mm t t f p =+=-例题1、均匀雨强时的下渗2、变雨强时的下渗f pFi1i2i3i4i5i6it2、变雨强时的下渗3、非均质土壤中的下渗3、非均质土壤中的下渗4、下渗的影响因素●土壤的机械物理性质●土壤的化学作用●生物作用●地面覆盖物及农业耕作●温度作用●土壤中气体的含量●水质的影响●降水的性质本章习题《水文学原理习题册》第六章习题4、习题6水文学原理本章结束，谢谢！。