降雨和灌水入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)

第三章降雨和灌水入滲條件下土壤水分運(yùn)動(dòng)水向土中入滲過(guò)程土壤水運(yùn)動(dòng)線性化方程的近似解Green-Ampt模型的入滲解入滲通量/地下水補(bǔ)給量確定1CUG3。1水向土中入滲過(guò)程一、概述降雨和灌水入滲是田間水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是水資源評(píng)價(jià)和農(nóng)田水分狀況調(diào)控的重要依據(jù)。水滲入土壤的強(qiáng)度主要取決于降雨或灌水的方式和強(qiáng)度以及土壤滲水性能。如果土壤滲水性能大于供水強(qiáng)度，則入滲強(qiáng)度主要決定于外界供水強(qiáng)度，在入滲過(guò)程中土壤表面含水率隨入滲而逐漸提高，直至達(dá)到某一穩(wěn)定值。如果降雨或灌水強(qiáng)度超過(guò)土壤的滲水能力，入滲強(qiáng)度就決定于土壤的入滲性能，就會(huì)形成地表徑流或地表積水。2CUG這兩種情況可能發(fā)生在入滲過(guò)程的不同階段，如在穩(wěn)定灌溉強(qiáng)度下，開(kāi)始時(shí)灌溉強(qiáng)度小于土壤入滲能力，入滲率等于灌溉強(qiáng)度.經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，土壤入滲能力減小，灌水強(qiáng)度大于土壤入滲能力，于是產(chǎn)生余水。隨土壤水的入滲速率逐漸減小，最后接近于一常量，而達(dá)到穩(wěn)定入滲階段。3CUG

土壤的入滲能力隨時(shí)間而變化，與土壤原始濕度和土壤水的吸力有關(guān)，同時(shí)也與土壤剖面上土質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。在較干旱的條件下，土壤表層的水勢(shì)梯度較大，入滲速率較大。隨著入滲水滲入土中，土壤吸力下降。濕潤(rùn)層的下移使吸力梯度減小。4CUG

在垂直入滲情況下，如供水強(qiáng)度較大，使土壤剖面上達(dá)到飽和，當(dāng)入滲強(qiáng)度等于土壤飽和水力傳導(dǎo)度時(shí)，將達(dá)到穩(wěn)定人滲階段。如供水強(qiáng)度較小，小于飽和土壤水力傳導(dǎo)度時(shí)，達(dá)到穩(wěn)定入滲階段的入滲強(qiáng)度將等于該濕度條件下的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度。5CUG入滲概述降水初期：土層干燥，吸水能力很強(qiáng)，雨水下滲快；降水延續(xù)：土層達(dá)到一定的含水量，毛細(xì)力與重力共同作用，下滲趨于穩(wěn)定；降水再繼續(xù)：當(dāng)土層濕鋒面推進(jìn)到支持毛細(xì)水帶時(shí)，含水層獲得補(bǔ)給。6CUG穩(wěn)定降水過(guò)程的土層水分分布圖

t1→t2→t3→t4一直不斷降水，地面積水t4停水后，t5→“濕降面→傳輸帶向下推進(jìn)”。7CUG二、影響入滲過(guò)程的因素P=Rs+E+ΔS+RG影響降水入滲的因素？氣候因素（P，E）；降水總量；降水強(qiáng)度；降水頻率；降水延續(xù)時(shí)間。總量大，強(qiáng)度適中，間隔短，適中時(shí)間長(zhǎng)的綿綿細(xì)雨最有利。溫度適中，溫差較小，相對(duì)濕度大，蒸發(fā)強(qiáng)度小。地形:高或低，陡或緩地質(zhì)？滲透性愈好，愈有利于入滲；地下水位埋深8CUG

三、入滲過(guò)程的定解條件降雨或灌水條件下的入滲過(guò)程和初始土壤剖面上水分分布與地下水位條件有關(guān)。一般入滲問(wèn)題的定解條件有以下幾種情況。1。初始條件初始h或已知：9CUG2。邊界條件

（1）上邊界條件（地表）降水或灌溉使地表濕潤(rùn)，但不積水，表土接近飽和含水率降水或灌水強(qiáng)度已知，且不超過(guò)入滲強(qiáng)度，不積水降水或灌水強(qiáng)度大于入滲強(qiáng)度，地表積水，積水深為H(t)，則10CUG2。下邊界條件（1）地下水埋深較小，以地下水位作邊界地下水位不變（設(shè)地下水位埋深為d）地下水位變化d(t)已知,有（2）地下水埋深較大，計(jì)算范圍內(nèi)下邊界含水率保持初始含水率11CUG（3）不透水邊界，下邊界流量為零，12CUG3。2土壤水運(yùn)動(dòng)方程的近似解在地表有一薄水層時(shí)，表層含水率等于飽和含水率；在地下水埋深較大時(shí)，計(jì)算時(shí)段內(nèi)入滲水不會(huì)到達(dá)下邊界。為此，下邊界土壤含水率不變，等于初始含水率，則邊界條件可以寫(xiě)作以下形式：13CUG由于該微分方程為非線性方程(因?yàn)閿U(kuò)散度D()及水力傳導(dǎo)度k()均為待求含水率的函數(shù)），求解比較困難。為簡(jiǎn)化計(jì)算，以平均值近似代替該方程為常系數(shù)線性方程，可以用拉普拉斯變換求解。對(duì)此采用拉普拉斯變換得象函數(shù)方程：14CUG原函數(shù)15CUG16CUG再進(jìn)行逆變換得含水率的表達(dá)式：采用式可計(jì)算不同時(shí)刻的土壤含水量剖面。此圖說(shuō)明什么？17CUG入滲強(qiáng)度i隨時(shí)間t的變化有什么特點(diǎn)呢？18CUG3.3Green-Ampt模型的入滲解Green—Ampt模型是1911年提出的一種簡(jiǎn)化的入滲模型，假定：土壤是由一束直徑不相同的毛管組成，入滲過(guò)程中，濕潤(rùn)鋒面幾乎是水平鋒面，且在鋒面上各點(diǎn)的吸力水頭均為Sm鋒面后面的含水率相同，k()為常數(shù)又稱活塞模型。入滲通量計(jì)算？19CUG此式表示t時(shí)刻濕鋒面到達(dá)的位置20CUG21CUG3.4湖入滲型通量/恰地下水辭補(bǔ)給量傍的確定楊方法達(dá)西公爭(zhēng)式零通量面度或瞬時(shí)剖謠面法示蹤方法水均衡法擊（Wat棋e(cuò)r峽bud育get昌）基于地表較水-地下抱水信息的挎方法（Met乞hod箏sb聲ase榜do境ns備urf暖ace爸/gr巧oun徐dw磨ate割rd門(mén)ata荒）22CUG入滲補(bǔ)睛給地下寧水量的燈確定方甘法MethodScale/FlowFavorableaspectsUnfavorableaspectsWaterbudgetLocaltoareal;steadyortransientflow;preferentialanddiffuseflowWatertablefluctuationAreal;transientflow;preferentialanddiffuseflowInexpensive,simpleCanbedifficulttocorrectlyidentifywaterlevelrisesduerechargeonlyLysimeterLocal;steadyortransient;preferentialanddiffuseflowCanmeasurerechargedirectlyCanbeexpensive,disturbanceduetoinstallationDarcianLocal;steadyoftransient;diffuseflowDoesnotcapturepreferentialflowZero-fluxplaneAreal;steadyortransientflow;diffuseflowIntensivefieldmonitoringrequiredTracersLocaltoareal;steadyortransient;preferentialanddiffuseflowFlowratemaychangeintime,multiple/missedpeaks23CUGDar緊cy’陣sL附aw:穩(wěn)定態(tài)Dar羅cia岡n方法評(píng)價(jià)觸地下水補(bǔ)北給hh24CUG基質(zhì)勢(shì)梯釀度為零處曠水流通量垂向驅(qū)唱?jiǎng)恿χ粠兄亓λ鞔关炛毕蛳铝?，水力舞梯度和僑通量等笑于常數(shù)野外存在鴨基質(zhì)勢(shì)梯覽度為零的外現(xiàn)象嗎？25CUGMatr守icP梢ress揪ure書(shū)Pr肚ofil推ePal刻ous閃eR尿idg副e運(yùn)Hol絹e2屯J幻玉une醫(yī)19其89h26CUG27CUG28CUGSome持imp摩orta障ntq曬uest煤ionsHow段accu朗rate害doe歡sK()h身ave訊tob甚e?How牽ac繭cur厚ate遵do何esfie槍ldhav趙et最ob檔e?How誼deep椒for肥ste優(yōu)adin棚ess?What辟abo傲utp盡refe短rent前ial理flow途?Wha車ta炎bou晌tn該on-滅one旬-di慌men派sio輪nal修fl奮ow?How殲much勝dev柔iati向onf河rom鍬perf伶ect除stea窄dine碎ssi互sto元lera群ble?29CUGWat伐er旱Bud習(xí)getLar賽ges綢tc極las陰so君fr愁ech顯arg逆ee秒sti白mat片ion敢te潤(rùn)chn乏iqu紗esRes六idu掠al銅app迷roa旱ch險(xiǎn)vs.鍵di脅rec忠ta箭ppr萄oac醉hNop承resu詞ppos才itio阿nab持out蠟mech各anis演msf列orw斧ater表mov央emen惹tMay健beu徐sed童onl恢arge娛or茄smal經(jīng)lsc席alesAcc袋ura毯cy傍dep戴end占so進(jìn)nh舞ow霸wel葵lc駁omp斷one查nts蝦ca產(chǎn)nb染em掛eas緒ure當(dāng)d,秤esp證eci森all迫yw討hen盒R觀is含sma記ll看rel昨ati盲ve村to加oth鋼er感val影uesTim蛇es略cal完eo昂fe鉛sti頁(yè)mat藏ei批si項(xiàng)mpo邀rta秘ntP=夕ET誤+DS–異Qin+Qout+R30CUGZer態(tài)oF何lux籃Pl籌anePlan喇eof鴨zer開(kāi)ogr喇a(chǎn)die帳nti狡nUZChan擋ges涉inm貧oist盡ure早abov置eZF墊Pus爐edf匪orE辯Tca魔lcul饅atio啞nChan撐ges準(zhǔn)inm哨oist議ure膠belo警wZF殖Pus罩edf脫orr表echa廉rge辱calc班ulat袍ionInte戴nsiv矛efi襖eld溪moni乞tori能ngr壞equi拿red筍(qandy)ZFP煙ma玻ym松ove留up何or壟do剩wnHydraulicHeady(z,t)-+DepthZFPETRecharge31CUGLysi購(gòu)mete謙rsUsua故lly飾cyli扇ndri談cal,虎var堤iabl傻esi測(cè)zeFlu瞎xes曬ar滴em峽eas尖ure互du喘sin膊gd識(shí)rai帽ns,廊co鴉lle址cti侮on冶ves辦sel案s,金or致bal蒜anc繭esSma歐ll-族sca抬le久wat檔er旺bal錦anc犯eIfb區(qū)otto月mis捉bel色owZ鹽FP,漏drai充nage截=r胞echa命rgeExp吃ens鋪iveDis度tur梅ban易ce游of銷soi宏la評(píng)nd從veg請(qǐng)eta增tio廚nUnn譽(yù)atu妨ral所bo蜓tto弦mb薦oun朋dar胖y32CUGSur裂fac濃eW辟ate敘rM規(guī)eth耗odsCha乓nne即lw羞ate阿rb勾ala處nceLosi培ngs雹trea床msStre你aml觀oss佛dete殃rmin演edb哄ydi洞ffer旬ence車sin濾dis爽char拉gea究long嘗rea近c(diǎn)hLoss耳esm舌ayn副otb串edu皇eto駁rec蜻h(yuǎn)arg雖eon朱lyOthe吳rso腹urce紫sre頓char女gem崖ust右bed軋eter規(guī)mine豬dif動(dòng)imp券orta減ntStr索eam鳴fl惑ow甲hyd址rog談rap鵝hsGai芹nin迎gs股tre步amsReq辟uir丙es狹wel千l-s省ust禿ain餓