水文学原理(第五节)课件.pptx

1、 20162016年年7 7月月1717日发生在湖南省古丈县墨戎镇的日发生在湖南省古丈县墨戎镇的山洪与山体滑坡。山洪与山体滑坡。下渗下渗 (Infiltration)内容提纲流域下垫面水分分带流域下垫面水分分带下渗过程下渗过程下渗与降雨强度的关系下渗与降雨强度的关系下渗的影响因素下渗的影响因素目标一目标一：理解下渗过程：理解下渗过程3 3阶段各自的特征阶段各自的特征目标二目标二：理解下渗特征和雨强的关系理解下渗特征和雨强的关系教学教学目标目标难点一难点一：下渗不同阶段土壤水的类型及作用力：下渗不同阶段土壤水的类型及作用力难点二难点二：稳定下渗率稳定下渗率 降雨强度降雨强度 初始下渗能力初始下渗

2、能力学习学习难点难点下下 渗渗(Infiltration)第一节第一节 流域下垫面水分分带流域下垫面水分分带（Moisture Zonation of Underlying Surface ）包气带包气带（非饱和带非饱和带）：土壤颗粒土壤颗粒、水、空气、水、空气三三相系统。由于存在土壤相系统。由于存在土壤颗粒颗粒吸附力吸附力和和毛管力毛管力，水压力小于大气压水压力小于大气压。地下水面地下水面：包气带中有未充满水的空包气带中有未充满水的空隙与大气相通，在隙与大气相通，在地下水面处水压力地下水面处水压力等于大气压等于大气压。饱水带饱水带（饱和带饱和带）：土壤颗粒土壤颗粒和和水水二二相相系统。系统。

3、包气带包气带 P P0 0地下水面地下水面 P=0P=0饱和带饱和带 P P0 0毛管悬着带毛管悬着带：包气带上部靠近地表：包气带上部靠近地表面的土壤面的土壤，可，可与外界进行水分交换。与外界进行水分交换。中间包气带中间包气带：指毛管悬着水带与：指毛管悬着水带与毛管水上升带之间的土层。该区毛管水上升带之间的土层。该区间间土壤含水量较小且稳定土壤含水量较小且稳定。毛管水上升带毛管水上升带：在地下水面以上，：在地下水面以上，由于由于土壤毛管力的作用土壤毛管力的作用，一部分，一部分水分沿着土壤孔隙侵入水分沿着土壤孔隙侵入地下水面地下水面以上以上的土壤中，形成的水分带。的土壤中，形成的水分带。该区间土

4、壤含水量该区间土壤含水量自下而上逐渐自下而上逐渐减小减小。第二节第二节 下渗过程下渗过程（Process of Infiltration）1 1、与下渗相关的概念、与下渗相关的概念下渗下渗:水分透过土壤层面沿水分透过土壤层面沿垂直垂直和和水平水平方向渗入到方向渗入到土壤中的运动过程。土壤中的运动过程。土壤水分剖面土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布土壤含水率垂向分布):):土壤含水土壤含水率沿深度方向的变化曲线。率沿深度方向的变化曲线。下渗率（下渗率（f f）:单位时间单位时间通过通过单位面积单位面积的土壤层的土壤层面面渗入渗入到土壤中的到土壤中的水量水量(mm/min,mm/h)(mm/min,

5、mm/h)。稳定下渗率（稳定下渗率（f fc c）：处：处于稳定不变时的下渗率。于稳定不变时的下渗率。下渗能力下渗能力/容量（容量（f fp p）:供水充分条件下的下渗供水充分条件下的下渗率。率。下渗曲线下渗曲线：下渗：下渗能力（能力（充分供水下充分供水下）随时）随时间变化的间变化的曲线。曲线。下渗能力随时程递减，初期土壤含水率低时，下渗能力随时程递减，初期土壤含水率低时，f fp p很大，后期土壤含水率趋于饱和时，很大，后期土壤含水率趋于饱和时，f fp p趋于稳定。趋于稳定。累积下渗曲线累积下渗曲线:从下渗开从下渗开始至某时始至某时刻下刻下渗到土壤中渗到土壤中的总水量与该时间的关系的总水量

6、与该时间的关系曲线曲线dtdFtfdttfFt)()(0 下渗下渗3 3阶段划分依据阶段划分依据：水分下渗过程中：水分下渗过程中所受的力所受的力（分子力、毛管力和重力）和（分子力、毛管力和重力）和运动特征运动特征渗润阶段渗润阶段渗漏阶段渗漏阶段渗透阶段渗透阶段2 2、下渗过程、下渗过程毛管悬着水毛管悬着水重力水重力水：土壤：土壤中在重力的作用下能中在重力的作用下能自由移动的水分自由移动的水分。特点特点：具有具有一般液体的性质，一般液体的性质，可传递压力可传递压力；可可被植物吸收被植物吸收；不易不易保存在包气带中保存在包气带中；地下水地下水的重要补给来源的重要补给来源。渗渗润润阶段阶段：主要受：

7、主要受分子力分子力作用，入渗水成为作用，入渗水成为薄膜水薄膜水，当土壤，当土壤含水量达到含水量达到最大分子持水量最大分子持水量时结束。时结束。渗渗漏漏阶段阶段：主要受：主要受毛管力毛管力、重力重力作用，入渗水主要成为作用，入渗水主要成为毛管毛管水水，当土壤含水量达到当土壤含水量达到饱和含水量饱和含水量时结束。时结束。渗渗透透阶段阶段：受：受重力重力作用，入渗水成为作用，入渗水成为自由重力水自由重力水向下渗出。向下渗出。土壤水土壤水分常数分常数干燥干燥最大分子持水量最大分子持水量饱和含水量饱和含水量渗渗润阶段润阶段渗漏阶段渗漏阶段渗透阶段渗透阶段阶段类型阶段类型分子力分子力毛管力、重力毛管力、重

8、力重力重力作用力类型作用力类型吸湿水吸湿水薄膜水薄膜水毛管水、毛管水、重力水重力水重力水重力水土壤水类型土壤水类型下渗各阶段特征下渗各阶段特征下渗强度大且衰减明显下渗强度大且衰减明显下渗强度变化缓慢下渗强度变化缓慢下渗强度小下渗强度小而稳定而稳定下下渗渗渗润阶段渗润阶段渗漏阶段渗漏阶段渗透阶段渗透阶段属属非饱和非饱和水流运水流运动动稳定的稳定的饱和饱和水流运水流运动动3 3、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）（充分供水）土壤含水量接近饱和含水量，土壤含水量接近饱和含水量，厚度不超过厚度不超过1.5cm1.5cm。土壤含水量随深度增加急土壤含水量随

9、深度增加急剧剧减小减小土壤含水量土壤含水量随深度迅速随深度迅速减减少少在湿润带末端，土壤含水量在湿润带末端，土壤含水量突变，与下层干土有明显界突变，与下层干土有明显界面，称湿润锋面。面，称湿润锋面。土壤含水量大约为饱土壤含水量大约为饱和含水量的和含水量的60-8060-80%习题习题稳定稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是 。A A、毛管水、毛管水 B B、薄膜水、薄膜水 C C、重力水重力水 D D、吸湿水、吸湿水渗漏渗漏阶段，下渗水分的存在形式是阶段，下渗水分的存在形式是 。A A、毛管水、毛管水 B B、薄膜水、薄膜水 C C、重力水重力水 D

10、 D、吸湿水、吸湿水第三节第三节 下渗与降雨强度的关系下渗与降雨强度的关系（Relationship between infiltration and rainfall intensity）均匀雨强时的下渗均匀雨强时的下渗 情况一情况一：降雨强度大于初始下渗能力：降雨强度大于初始下渗能力 情况二情况二：降雨强度小于稳定下渗率：降雨强度小于稳定下渗率 情况三情况三（难点难点）：降雨强度大于稳定下渗率而小：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力于初始下渗能力变雨强时的下渗变雨强时的下渗1 1、均匀雨强时的下渗、均匀雨强时的下渗第三节第三节 下渗与降雨强度的关系下渗与降雨强度的关系（Relatio

11、nship between infiltration and rainfall intensity）情况一情况一：降雨强度大于初始下渗能力：降雨强度大于初始下渗能力情况情况二二：降雨强度小于稳定下渗降雨强度小于稳定下渗率率情况三情况三：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力答案是答案是“否否”（1 1）假设按）假设按 f fp p下渗，下渗，f fp p从从f fp0p0 降到降到i i的累积下渗量的累积下渗量F=SF=SABCDABCD,即要即要F F达到达到S SABCDABCD，i i才恰好等于才恰好等于f fp p。（2 2）由于实际按）由于

12、实际按i i下渗，（下渗，（0 0，t tp p）累积下渗量）累积下渗量F=SF=SEBCDEBCD,故故t tp p时刻不产流。时刻不产流。（3 3）当）当t tp1p1=S=SABCDABCD/i i时，时，t tp1p1时刻产流。时刻产流。习题习题2 2、变雨强时的下渗、变雨强时的下渗第四节第四节 下渗的影响因素下渗的影响因素（Influencing Factors of Infiltration）土壤的机械物理性质与水分物理性质土壤的机械物理性质与水分物理性质流域地面情况流域地面情况(地形、植被地形、植被)人类活动人类活动土壤的机械物理性质与水分物理性质土壤的机械物理性质与水分物理性质

13、土壤的机械物理性质土壤的机械物理性质包括土壤的包括土壤的颗粒组成颗粒组成及其结构；及其结构；土壤土壤的水分物理性质的水分物理性质包括包括孔隙度孔隙度、土壤含水量土壤含水量及其分布。及其分布。流域地面情况流域地面情况有植被的地区下渗较裸土地区为大。有植被的地区下渗较裸土地区为大。因为植被阻滞地面径流，因为植被阻滞地面径流，增加了下渗时间；枯枝落叶及根系的腐烂使土壤更易透水。增加了下渗时间；枯枝落叶及根系的腐烂使土壤更易透水。当地形当地形比较破碎时比较破碎时，下，下渗量大。渗量大。当地面当地面坡度坡度大时，下渗量小大时，下渗量小。人类活动（人类活动（增大或减小增大或减小）坡地坡地改梯田改梯田、植树

14、造林植树造林、蓄水工程蓄水工程均增加水的滞留时间，从均增加水的滞留时间，从而而增大下渗量增大下渗量。砍伐砍伐森林森林、过度过度放牧放牧，则加剧水土流失，从而则加剧水土流失，从而减少下渗量减少下渗量。在地下水资源不足的地区采用在地下水资源不足的地区采用人工回灌人工回灌，可以，可以增加增加下渗水量下渗水量。在低洼易涝地区，开挖在低洼易涝地区，开挖排水排水沟渠可沟渠可减小下渗。减小下渗。课程小结课程小结1 1、掌握理解下渗过程、掌握理解下渗过程3 3阶段的特征阶段的特征2 2、掌握理解下渗不同阶段土壤水的类型及作用力、掌握理解下渗不同阶段土壤水的类型及作用力3 3、掌握理解下渗特征和雨强的关系、掌握理解下渗特征和雨强的关系思考题与作业思考题与作业（1 1）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征（2 2）简述天然条件下的下渗过程（分类描述）简述天然条件下的下渗过程（分类描述）