土壤入滲理論及研究方法解析課件

土壤入滲理論及研究方法解析課件

土壤入滲理論

土壤入滲公式

土壤入滲研究方法

影響土壤入滲因素主要內(nèi)容1234總結(jié)與展望5土壤入滲理論土壤入滲公式土壤入滲研究方法1.1入滲的定義

入滲是指水分進(jìn)入土壤形成土壤水的過程，它是降水、地面水、土壤水和地下水相互轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1土壤入滲理論1.1入滲的定義1土壤入滲理論

1.2入滲基本理論

根據(jù)土壤水運(yùn)動(dòng)的一般原理，水的入滲可能在飽和的巖土空隙中進(jìn)行，也可能在飽和條件下運(yùn)行，所以可以相應(yīng)地分為非飽和下滲理論和飽和下滲理論

1.2入滲基本理論

1.2.1非飽和入滲理論

入滲過程是非飽和土壤水分的運(yùn)動(dòng)過程，滲透理論的基礎(chǔ)為法國工程師Darcy提出的達(dá)西定律。對(duì)于一維垂直入滲情況，達(dá)西曾得到如下的公式：1.2.1非飽和入滲理論此式表示吸力梯度的作用。此式表示重力的作用此式表示吸力梯度的作用。此式表示重力的作用

在達(dá)西的基礎(chǔ)上Richards

理查茲結(jié)合液體連續(xù)方程推導(dǎo)出了描述非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本偏微分方程：入滲理論的基本公式 在達(dá)西的基礎(chǔ)上Richards理查茲結(jié)合液體連入滲理論

1.2.2飽和入滲理論 Green(格林)和Ampt(阿姆普特)針對(duì)無限深的均值土壤積水下滲進(jìn)行研究，假定濕潤峰以上的土壤處于飽和，鋒面一線含水量由飽和水量急劇過渡到土壤中原有的含水量。根據(jù)達(dá)西定律

結(jié)合水量平衡原理，可得到反映下滲率和下滲量關(guān)系：水流向下下滲的速度飽和水力傳導(dǎo)度下滲水柱長度1.2.2飽和入滲理論水流向下下滲的速度飽和水力傳導(dǎo)度下土壤吸力積累下滲量土壤中原有的含水量飽和含水量土壤吸力積累下滲量土壤中原有的含水量飽和含水量2.1Green—Ampt公式

Green和Ampt(阿姆普特)根據(jù)最簡單的土壤物理模型在假設(shè)飽和入滲理論的基礎(chǔ)上推出了一維土壤水分入滲公式：

土壤入滲公式2入滲速率土壤入滲公式2入滲速率2.2Kostiakov公式該公式是由Kostiakov（考斯加科夫

）提出：2.2Kostiakov公式該公式是由Kostiakov（2.3Horton公式Horton（霍頓）從事入滲試驗(yàn)研究，得出一個(gè)他認(rèn)為與他對(duì)滲透過程的物理概念理解相一致的純經(jīng)驗(yàn)公式方程：2.3Horton公式Horton（霍頓）從事入滲試驗(yàn)研究2.4Philip公式Philip（菲利普）對(duì)Richards（理查茲）的方程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了方程的解析解：2.4Philip公式Philip（菲利普）對(duì)Richard式中：，其他符號(hào)同前。

該式得到了田間試驗(yàn)資料的驗(yàn)證，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但Philip（菲利普）公式是在半無限均勻土壤、初始含水率分布均勻、有積水條件下求得的，因此，該公式僅適于均質(zhì)土壤一維垂直入滲的情況，對(duì)于非均質(zhì)土壤，還需進(jìn)一步研究和完善。再者自然界的人滲主要是降雨條件下的入滲，其和積水入滲具有很大的差異，因而將其直接用于入滲計(jì)算不夠確切。式中：，其他符號(hào)同前。該式得到了田間試驗(yàn)資料的驗(yàn)證，2.5Holtan公式Holtan（霍爾坦）人滲公式表示的是入滲率與表層土壤蓄水量之間的關(guān)系，公式為：式中：是與土壤及作物種植條件有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，參數(shù)，是厚度為d的表層土壤在入滲開始時(shí)的容許蓄水量，該公式僅適用于的情況。總的來說，Holtan入滲公式難以準(zhǔn)確的描述一個(gè)點(diǎn)的入滲特征，但用他來估算一個(gè)流域的降雨入滲也許是適用的。2.5Holtan公式Holtan（霍爾坦）人滲公式表示的2.6Smith公式Smith（史密斯）根據(jù)土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本方程，對(duì)不同質(zhì)地各類土壤，進(jìn)行了大量的降雨入滲數(shù)值模擬計(jì)算，提出了一種入滲模型：2.6Smith公式Smith（史密斯）根據(jù)土壤水分運(yùn)動(dòng)2.7方正三公式方正三在kostiakov公式的基礎(chǔ)上，對(duì)大量野外實(shí)測資料進(jìn)行分析，提出的入滲公式。2.8蔣定生公式蔣定生在分析Kostiakov和Horton入滲公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合黃土高原大量的野外測試資料，提出了描述黃土高原土壤在積水條件下的人滲公式：2.7方正三公式方正三在kostiakov公式的基礎(chǔ)上，土壤入滲理論及研究方法解析課件注水法水文法人工降雨法

土壤入滲研究方法3123注水法水文法人工降雨法土壤入滲研究方法3123注水法：

雙環(huán)法、單環(huán)法、環(huán)刀法、滲透筒、70型滲透儀及專業(yè)的入滲儀法通常采用同心環(huán)人滲裝置，一般常用的同心環(huán)為二同心鐵環(huán)，內(nèi)外環(huán)中維持同樣水層深度，通過記錄某一時(shí)段的人滲量來計(jì)算土壤人滲率變化過程。注水法：雙環(huán)法和單環(huán)法：（優(yōu)點(diǎn)）儲(chǔ)水量少、設(shè)備簡易、操作簡單、野外攜帶方便，適于野外試驗(yàn)

（缺點(diǎn)）會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，有可能會(huì)破壞土壤容積，不方便測下層土壤，很難在碎石中使用。滲透儀法：可以在不同條件下對(duì)土壤入滲進(jìn)行室內(nèi)模擬，但無法描述入滲過程專業(yè)的入滲儀：只能描述土壤入滲達(dá)到穩(wěn)滲時(shí)的水分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而不能反映從初滲到穩(wěn)滲的整個(gè)水文過程的動(dòng)態(tài)變化。盡管研究土壤滲透性的方法很多，但是目前在野外試驗(yàn)中比較常見的是雙環(huán)法、Guelph入滲儀法。雖然單環(huán)法比雙環(huán)法操作簡單，但目前研究較少。雙環(huán)法和單環(huán)法：（優(yōu)點(diǎn)）儲(chǔ)水量少、設(shè)備簡易、操作簡單、野外攜水文法：是利用徑流試驗(yàn)場或小流域中實(shí)測的降雨與徑流過程資料，通過水文分析的方法來推求其人滲方程，由該方法求出的人滲率為該徑流場或小流域的平均人滲率。人工降雨法：是通過人工降雨裝置來模擬天然降雨，在降雨強(qiáng)度均勻不變條件下，觀測地表徑流過程，用人工降雨量和觀測的徑流資料計(jì)算。水文法：是利用徑流試驗(yàn)場或小流域中實(shí)測的降雨與徑流過程資料注：注水法僅能反映土壤本身的人滲特性，對(duì)于不同坡度、不同雨強(qiáng)情況下的土壤人滲規(guī)律很難模擬。水文法可用于一個(gè)流域土壤平均人滲速率的測定，不能用于單點(diǎn)土壤人滲速率的測定，且誤差較大。用人工降雨法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)不受地形、坡度等條件的限制，可以較為真切地反映天然降雨過程中的土壤水分人滲變化。注：注水法僅能反映土壤本身的人滲特性，對(duì)于不同坡度、不

影響入滲的因素土壤質(zhì)地土壤結(jié)構(gòu)土壤容重土壤起始含水量土壤有機(jī)質(zhì)植被覆蓋及耕作4123456影響入滲的因素土壤質(zhì)地土壤結(jié)構(gòu)土壤容重土壤起始含水量土壤有土壤質(zhì)地4.1

土壤質(zhì)地及土壤機(jī)械組成，指土壤中各級(jí)土粒含量的相對(duì)比例及所表現(xiàn)的土壤砂黏性質(zhì)，它對(duì)土壤水分入滲能力的影響是通過土壤水分運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力和水力傳導(dǎo)度來實(shí)現(xiàn)的。土壤質(zhì)地與土壤入滲能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系土壤質(zhì)地4.1土壤質(zhì)地及土壤機(jī)械組成，指土壤中土壤結(jié)構(gòu)4.2

土壤結(jié)構(gòu)是指土壤顆粒的的排列和組合形式。它通過土壤空隙狀況影響土壤的水力傳導(dǎo)度和土壤水分運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力——土壤水勢梯度，進(jìn)而影響土壤的入滲能力。土壤結(jié)構(gòu)4.2土壤結(jié)構(gòu)是指土壤顆粒的的排列和土壤容重4.3

飽和導(dǎo)水率是土壤水分下滲研究中的重要參數(shù)，而土壤容重是影響飽和導(dǎo)水率的重要因素，許多研究表明飽和導(dǎo)水率與土壤容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤容重4.3飽和導(dǎo)水率是土壤水分下滲研究中土壤起始含水量4.4

土壤起始含水量主要從入滲水流濕潤區(qū)的平均勢梯度方面影響土壤的入滲能力，他不僅影響初始下滲率，而且影響累計(jì)入滲量。土壤含水量對(duì)土壤入滲能力的影響很明顯，隨土壤含水量的增大，土壤入滲能力減小，他們之間的關(guān)系可用對(duì)數(shù)表示。土壤起始含水量4.4土壤起始含水量主要從入滲水流土壤有機(jī)質(zhì)4.5

土壤有機(jī)質(zhì)是通過改變土團(tuán)壤聚體的數(shù)量來改變土壤的入滲能力。土壤團(tuán)聚體的大小和數(shù)量決定了土壤空隙狀況。有機(jī)質(zhì)含量多的土壤，土壤團(tuán)聚體多且穩(wěn)定性好、孔隙率大、空隙尺度大、連通性好，對(duì)運(yùn)動(dòng)流體的阻力小土壤入滲能力較大。土壤有機(jī)質(zhì)4.5土壤有機(jī)質(zhì)是通過改變土團(tuán)壤聚植被覆蓋及耕作

植被覆蓋和耕作方式的不同改變了土壤的物理特性，不同植被覆蓋及耕作方式下，土壤的孔性及滲透性有明顯的差異，進(jìn)而影響到土壤水分的入滲。

植被對(duì)土壤水分入滲能力的影響關(guān)系比較復(fù)雜，目前還不能用定量數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)植被對(duì)土壤入滲的影響只是定性比較其影響。4.6植被覆蓋及耕作植被覆蓋和耕作方式的不同改變了土

總結(jié)與展望5

目前對(duì)土壤入滲特性影響因素的研究主要集中在土壤物理性質(zhì)方面，特別是土壤物理性質(zhì)宏觀表現(xiàn)指標(biāo)對(duì)入滲特性影響的研究最多，而缺乏土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)入滲特性影響的機(jī)理研究。盡管土壤物理特性對(duì)土壤入滲的影響研究已經(jīng)量化，但是并沒有歸納出定量化的規(guī)律。關(guān)于植被覆蓋對(duì)土壤水分下滲的研究很多，但研究尺度小，且研究成果難以定量化和推廣。此外，關(guān)于耕作方式關(guān)于土壤水分入滲的影響仍不統(tǒng)一。因此今后仍需對(duì)土壤化學(xué)作用、植被覆蓋及耕作方式對(duì)土壤水分下滲的影響機(jī)理方面做進(jìn)一步的研究應(yīng)用。總結(jié)與展望5目前對(duì)土壤入滲特性影響因素的研

對(duì)于土壤水分入滲實(shí)驗(yàn)方法的研究，主要集中在由不同測定方法獲得數(shù)據(jù)的簡單比較，或者是簡單對(duì)比某幾個(gè)因素對(duì)測定結(jié)果的影響方面，但是各種實(shí)驗(yàn)方法之間的聯(lián)系和可比性仍需進(jìn)一步研究，而且今后在進(jìn)行相關(guān)野外實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，應(yīng)以土壤滲透特性均質(zhì)、各向同性為宜，以便分析水流性質(zhì)對(duì)測定結(jié)果的影響；同時(shí)，加強(qiáng)土壤水分剖面、毛管力作用和入滲特征值的野外和室內(nèi)測定，以便分析非飽和區(qū)域?qū)y定結(jié)果的影響。此外，由于各種實(shí)驗(yàn)方法都與實(shí)際情況有一定的差異，這使得準(zhǔn)確獲得并描述入滲過程成為一項(xiàng)十分困難的工作，入滲試驗(yàn)還需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

對(duì)于土壤水分入滲實(shí)驗(yàn)方法的研究，主要集中在由不希望老師和各位同學(xué)批評(píng)指正！希望老師和各位同學(xué)批評(píng)指正！土壤入滲理論及研究方法解析課件

土壤入滲理論

土壤入滲公式

土壤入滲研究方法

影響土壤入滲因素主要內(nèi)容1234總結(jié)與展望5土壤入滲理論土壤入滲公式土壤入滲研究方法1.1入滲的定義

入滲是指水分進(jìn)入土壤形成土壤水的過程，它是降水、地面水、土壤水和地下水相互轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1土壤入滲理論1.1入滲的定義1土壤入滲理論

1.2入滲基本理論

根據(jù)土壤水運(yùn)動(dòng)的一般原理，水的入滲可能在飽和的巖土空隙中進(jìn)行，也可能在飽和條件下運(yùn)行，所以可以相應(yīng)地分為非飽和下滲理論和飽和下滲理論

1.2入滲基本理論

1.2.1非飽和入滲理論

入滲過程是非飽和土壤水分的運(yùn)動(dòng)過程，滲透理論的基礎(chǔ)為法國工程師Darcy提出的達(dá)西定律。對(duì)于一維垂直入滲情況，達(dá)西曾得到如下的公式：1.2.1非飽和入滲理論此式表示吸力梯度的作用。此式表示重力的作用此式表示吸力梯度的作用。此式表示重力的作用

在達(dá)西的基礎(chǔ)上Richards

理查茲結(jié)合液體連續(xù)方程推導(dǎo)出了描述非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本偏微分方程：入滲理論的基本公式 在達(dá)西的基礎(chǔ)上Richards理查茲結(jié)合液體連入滲理論

1.2.2飽和入滲理論 Green(格林)和Ampt(阿姆普特)針對(duì)無限深的均值土壤積水下滲進(jìn)行研究，假定濕潤峰以上的土壤處于飽和，鋒面一線含水量由飽和水量急劇過渡到土壤中原有的含水量。根據(jù)達(dá)西定律

結(jié)合水量平衡原理，可得到反映下滲率和下滲量關(guān)系：水流向下下滲的速度飽和水力傳導(dǎo)度下滲水柱長度1.2.2飽和入滲理論水流向下下滲的速度飽和水力傳導(dǎo)度下土壤吸力積累下滲量土壤中原有的含水量飽和含水量土壤吸力積累下滲量土壤中原有的含水量飽和含水量2.1Green—Ampt公式

Green和Ampt(阿姆普特)根據(jù)最簡單的土壤物理模型在假設(shè)飽和入滲理論的基礎(chǔ)上推出了一維土壤水分入滲公式：

土壤入滲公式2入滲速率土壤入滲公式2入滲速率2.2Kostiakov公式該公式是由Kostiakov（考斯加科夫

）提出：2.2Kostiakov公式該公式是由Kostiakov（2.3Horton公式Horton（霍頓）從事入滲試驗(yàn)研究，得出一個(gè)他認(rèn)為與他對(duì)滲透過程的物理概念理解相一致的純經(jīng)驗(yàn)公式方程：2.3Horton公式Horton（霍頓）從事入滲試驗(yàn)研究2.4Philip公式Philip（菲利普）對(duì)Richards（理查茲）的方程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了方程的解析解：2.4Philip公式Philip（菲利普）對(duì)Richard式中：，其他符號(hào)同前。

該式得到了田間試驗(yàn)資料的驗(yàn)證，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但Philip（菲利普）公式是在半無限均勻土壤、初始含水率分布均勻、有積水條件下求得的，因此，該公式僅適于均質(zhì)土壤一維垂直入滲的情況，對(duì)于非均質(zhì)土壤，還需進(jìn)一步研究和完善。再者自然界的人滲主要是降雨條件下的入滲，其和積水入滲具有很大的差異，因而將其直接用于入滲計(jì)算不夠確切。式中：，其他符號(hào)同前。該式得到了田間試驗(yàn)資料的驗(yàn)證，2.5Holtan公式Holtan（霍爾坦）人滲公式表示的是入滲率與表層土壤蓄水量之間的關(guān)系，公式為：式中：是與土壤及作物種植條件有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，參數(shù)，是厚度為d的表層土壤在入滲開始時(shí)的容許蓄水量，該公式僅適用于的情況?？偟膩碚f，Holtan入滲公式難以準(zhǔn)確的描述一個(gè)點(diǎn)的入滲特征，但用他來估算一個(gè)流域的降雨入滲也許是適用的。2.5Holtan公式Holtan（霍爾坦）人滲公式表示的2.6Smith公式Smith（史密斯）根據(jù)土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本方程，對(duì)不同質(zhì)地各類土壤，進(jìn)行了大量的降雨入滲數(shù)值模擬計(jì)算，提出了一種入滲模型：2.6Smith公式Smith（史密斯）根據(jù)土壤水分運(yùn)動(dòng)2.7方正三公式方正三在kostiakov公式的基礎(chǔ)上，對(duì)大量野外實(shí)測資料進(jìn)行分析，提出的入滲公式。2.8蔣定生公式蔣定生在分析Kostiakov和Horton入滲公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合黃土高原大量的野外測試資料，提出了描述黃土高原土壤在積水條件下的人滲公式：2.7方正三公式方正三在kostiakov公式的基礎(chǔ)上，土壤入滲理論及研究方法解析課件注水法水文法人工降雨法

土壤入滲研究方法3123注水法水文法人工降雨法土壤入滲研究方法3123注水法：

雙環(huán)法、單環(huán)法、環(huán)刀法、滲透筒、70型滲透儀及專業(yè)的入滲儀法通常采用同心環(huán)人滲裝置，一般常用的同心環(huán)為二同心鐵環(huán)，內(nèi)外環(huán)中維持同樣水層深度，通過記錄某一時(shí)段的人滲量來計(jì)算土壤人滲率變化過程。注水法：雙環(huán)法和單環(huán)法：（優(yōu)點(diǎn)）儲(chǔ)水量少、設(shè)備簡易、操作簡單、野外攜帶方便，適于野外試驗(yàn)

（缺點(diǎn)）會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，有可能會(huì)破壞土壤容積，不方便測下層土壤，很難在碎石中使用。滲透儀法：可以在不同條件下對(duì)土壤入滲進(jìn)行室內(nèi)模擬，但無法描述入滲過程專業(yè)的入滲儀：只能描述土壤入滲達(dá)到穩(wěn)滲時(shí)的水分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而不能反映從初滲到穩(wěn)滲的整個(gè)水文過程的動(dòng)態(tài)變化。盡管研究土壤滲透性的方法很多，但是目前在野外試驗(yàn)中比較常見的是雙環(huán)法、Guelph入滲儀法。雖然單環(huán)法比雙環(huán)法操作簡單，但目前研究較少。雙環(huán)法和單環(huán)法：（優(yōu)點(diǎn)）儲(chǔ)水量少、設(shè)備簡易、操作簡單、野外攜水文法：是利用徑流試驗(yàn)場或小流域中實(shí)測的降雨與徑流過程資料，通過水文分析的方法來推求其人滲方程，由該方法求出的人滲率為該徑流場或小流域的平均人滲率。人工降雨法：是通過人工降雨裝置來模擬天然降雨，在降雨強(qiáng)度均勻不變條件下，觀測地表徑流過程，用人工降雨量和觀測的徑流資料計(jì)算。水文法：是利用徑流試驗(yàn)場或小流域中實(shí)測的降雨與徑流過程資料注：注水法僅能反映土壤本身的人滲特性，對(duì)于不同坡度、不同雨強(qiáng)情況下的土壤人滲規(guī)律很難模擬。水文法可用于一個(gè)流域土壤平均人滲速率的測定，不能用于單點(diǎn)土壤人滲速率的測定，且誤差較大。用人工降雨法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)不受地形、坡度等條件的限制，可以較為真切地反映天然降雨過程中的土壤水分人滲變化。注：注水法僅能反映土壤本身的人滲特性，對(duì)于不同坡度、不

影響入滲的因素土壤質(zhì)地土壤結(jié)構(gòu)土壤容重土壤起始含水量土壤有機(jī)質(zhì)植被覆蓋及耕作4123456影響入滲的因素土壤質(zhì)地土壤結(jié)構(gòu)土壤容重土壤起始含水量土壤有土壤質(zhì)地4.1

土壤質(zhì)地及土壤機(jī)械組成，指土壤中各級(jí)土粒含量的相對(duì)比例及所表現(xiàn)的土壤砂黏性質(zhì)，它對(duì)土壤水分入滲能力的影響是通過土壤水分運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力和水力傳導(dǎo)度來實(shí)現(xiàn)的。土壤質(zhì)地與土壤入滲能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系土壤質(zhì)地4.1土壤質(zhì)地及土壤機(jī)械組成，指土壤中土壤結(jié)構(gòu)4.2

土壤結(jié)構(gòu)是指土壤顆粒的的排列和組合形式。它通過土壤空隙狀況影響土壤的水力傳導(dǎo)度和土壤水分運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力——土壤水勢梯度，進(jìn)而影響土壤的入滲能力。土壤結(jié)構(gòu)4.2土壤結(jié)構(gòu)是指土壤顆粒的的排列和土壤容重4.3

飽和導(dǎo)水率是土壤水分下滲研究中的重要參數(shù)，而土壤容重是影響飽和導(dǎo)水率的重要因素，許多研究表明飽和導(dǎo)水率與土壤容重呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤容重4.3飽和導(dǎo)水率是土壤水分下滲研究中土壤起始含水量4.4

土壤起始含水量主要從入滲水流濕潤區(qū)的平均勢梯度方面影響土壤的入滲能力，他不僅影響初始下滲率，而且影響累計(jì)入滲量。土壤含水量對(duì)土壤入滲能力的影響很明顯，隨土壤含水量的增大，土壤入滲能力減小，他們之間的關(guān)系可用對(duì)數(shù)表示。土壤起始含水量4.4土壤起始含水量主要從入滲水流土壤有機(jī)質(zhì)4.5

土壤有機(jī)質(zhì)是通過改變土團(tuán)壤聚體的數(shù)量來改變土壤的入滲能力。土壤