水文學原理(第五節(jié))課件

2016年7月17日發(fā)生在湖南省古丈縣墨戎鎮(zhèn)的山洪與山體滑坡。2016年7月17日發(fā)生在湖南省古丈縣墨戎鎮(zhèn)的山洪與1下滲(Infiltration)內(nèi)容提綱①流域下墊面水分分帶②下滲過程③下滲與降雨強度的關系④下滲的影響因素下滲(Infiltration)內(nèi)容提綱①流域下墊面水分分2目標一：理解下滲過程3階段各自的特征目標二：理解下滲特征和雨強的關系教學目標難點一：下滲不同階段土壤水的類型及作用力難點二：穩(wěn)定下滲率<降雨強度<初始下滲能力學習難點下滲(Infiltration)目標一：理解下滲過程3階段各自的特征教學目標難點一：下滲不同3第一節(jié)流域下墊面水分分帶（

MoistureZonationofUnderlyingSurface

）第一節(jié)流域下墊面水分分帶4包氣帶（非飽和帶）：土壤顆粒、水、空氣三相系統(tǒng)。由于存在土壤顆粒吸附力和毛管力，水壓力小于大氣壓。地下水面：包氣帶中有未充滿水的空隙與大氣相通，在地下水面處水壓力等于大氣壓。飽水帶（飽和帶）：土壤顆粒和水二相系統(tǒng)。包氣帶P＜0地下水面P=0飽和帶P＞0包氣帶（非飽和帶）：土壤顆粒、水、空氣三相系統(tǒng)。由于存在土壤5毛管懸著帶：包氣帶上部靠近地表面的土壤，可與外界進行水分交換。中間包氣帶：指毛管懸著水帶與毛管水上升帶之間的土層。該區(qū)間土壤含水量較小且穩(wěn)定。毛管水上升帶：在地下水面以上，由于土壤毛管力的作用，一部分水分沿著土壤孔隙侵入地下水面以上的土壤中，形成的水分帶。該區(qū)間土壤含水量自下而上逐漸減小。毛管懸著帶：包氣帶上部靠近地表面的土壤，可與外界進行水分交換6第二節(jié)下滲過程（ProcessofInfiltration）1、與下滲相關的概念下滲:水分透過土壤層面沿垂直和水平方向滲入到土壤中的運動過程。第二節(jié)下滲過程1、與下滲相關的概念下滲:水分透過土壤層7土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的變化曲線。土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的變8下滲率（f）:單位時間通過單位面積的土壤層面滲入到土壤中的水量(mm/min,mm/h)。穩(wěn)定下滲率（fc）：處于穩(wěn)定不變時的下滲率。下滲能力/容量（fp）:供水充分條件下的下滲率。下滲率（f）:單位時間通過單位面積的土壤層面滲入到土壤中的9下滲曲線：下滲能力（充分供水下）隨時間變化的曲線。下滲能力隨時程遞減，初期土壤含水率低時，fp很大，后期土壤含水率趨于飽和時，fp趨于穩(wěn)定。下滲曲線：下滲能力（充分供水下）隨時間變化的曲線。下滲能力隨10累積下滲曲線:從下滲開始至某時刻下滲到土壤中的總水量與該時間的關系曲線累積下滲曲線:從下滲開始至某時刻下滲到土壤中的總水量與該時間11

下滲3階段劃分依據(jù)：水分下滲過程中所受的力（分子力、毛管力和重力）和運動特征滲潤階段滲漏階段滲透階段2、下滲過程下滲3階段劃分依據(jù)：水分下滲過程中所受的力（分子力、12滲潤階段——主要受分子力作用，入滲水成為吸濕水和薄膜水，當土壤含水量達到最大分子持水量時結束。滲潤階段——主要受分子力作用，入滲水成為吸濕水和薄膜水，當土13毛管懸著水滲漏階段——主要受毛管力、重力作用，當土壤含水量達到飽和時結束。毛管懸著水滲漏階段——主要受毛管力、重力作用，當土壤含水量達14滲透階段—受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲。重力水：土壤中在重力的作用下能自由移動的水分。

特點：

具有一般液體的性質(zhì)，可傳遞壓力；

可被植物吸收；

不易保存在包氣帶中；

地下水的重要補給來源。滲透階段—受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲。重力水：土15滲潤階段：主要受分子力作用，入滲水成為薄膜水，當土壤含水量達到最大分子持水量時結束。滲漏階段：主要受毛管力、重力作用，入滲水主要成為毛管水，當土壤含水量達到飽和含水量時結束。滲透階段：受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲出。滲潤階段：主要受分子力作用，入滲水成為薄膜水，當土壤含水量達16土壤水分常數(shù)干燥最大分子持水量飽和含水量滲潤階段滲漏階段滲透階段階段類型分子力毛管力、重力重力作用力類型吸濕水薄膜水毛管水、重力水重力水土壤水類型土壤水分常數(shù)干燥最大分子持水量飽和含水量滲潤階段滲漏階段滲透17下滲各階段特征下滲強度大且衰減明顯下滲強度變化緩慢下滲強度小而穩(wěn)定下滲滲潤階段滲漏階段滲透階段屬非飽和水流運動穩(wěn)定的飽和水流運動下滲各階段特征下滲強度大且衰減明顯下滲強度變化緩慢下滲強度小183、下滲過程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量接近飽和含水量，厚度不超過1.5cm。土壤含水量隨深度增加急劇減小土壤含水量隨深度迅速減少在濕潤帶末端，土壤含水量突變，與下層干土有明顯界面，稱濕潤鋒面。土壤含水量大約為飽和含水量的60-80%3、下滲過程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量19習題?穩(wěn)定下滲階段，降水補給地下徑流的水分主要是[]。A、毛管水

B、薄膜水C、重力水D、吸濕水?滲漏階段，下滲水分的存在形式是[]。A、毛管水B、薄膜水C、重力水D、吸濕水習題?穩(wěn)定下滲階段，降水補給地下徑流的水分主要是[]。?20第三節(jié)下滲與降雨強度的關系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）均勻雨強時的下滲情況一：降雨強度大于初始下滲能力情況二：降雨強度小于穩(wěn)定下滲率情況三（難點）：降雨強度大于穩(wěn)定下滲率而小于初始下滲能力變雨強時的下滲第三節(jié)下滲與降雨強度的關系均勻雨強時的下滲變雨強時的下滲211、均勻雨強時的下滲第三節(jié)下滲與降雨強度的關系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）情況一：降雨強度大于初始下滲能力1、均勻雨強時的下滲第三節(jié)下滲與降雨強度的關系情況一：降22情況二：降雨強度小于穩(wěn)定下滲率情況二：降雨強度小于穩(wěn)定下滲率23情況三：降雨強度大于穩(wěn)定下滲率而小于初始下滲能力答案是“否”

情況三：降雨強度大于穩(wěn)定下滲率而小于初始下滲能力答案是“否24

（1）假設按fp下滲，fp從fp0降到i的累積下滲量F=SABCD,即要F達到SABCD，i才恰好等于fp。（2）由于實際按i下滲，（0，tp）累積下滲量F=SEBCD,故tp時刻不產(chǎn)流。（3）當tp1=SABCD/i時，tp1時刻產(chǎn)流。

（1）假設按fp下滲，fp從fp0降到i25☆習題

☆習題

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272、變雨強時的下滲2、變雨強時的下滲28第四節(jié)下滲的影響因素（

InfluencingFactorsofInfiltration）土壤的機械物理性質(zhì)與水分物理性質(zhì)流域地面情況(地形、植被)人類活動第四節(jié)下滲的影響因素土壤的機械物理性質(zhì)與水分物理性質(zhì)29土壤的機械物理性質(zhì)與水分物理性質(zhì)土壤的機械物理性質(zhì)包括土壤的顆粒組成及其結構；土壤的水分物理性質(zhì)包括孔隙度、土壤含水量及其分布。土壤的機械物理性質(zhì)與水分物理性質(zhì)土壤的機械物理性質(zhì)包括土壤的30流域地面情況有植被的地區(qū)下滲較裸土地區(qū)為大。因為植被阻滯地面徑流，增加了下滲時間；枯枝落葉及根系的腐爛使土壤更易透水。流域地面情況有植被的地區(qū)下滲較裸土地區(qū)為大。因為植被阻滯地面31當?shù)匦伪容^破碎時，下滲量大。當?shù)孛嫫露却髸r，下滲量小。當?shù)匦伪容^破碎時，下滲量大。32人類活動（增大或減小）坡地改梯田、植樹造林、蓄水工程均增加水的滯留時間，從而增大下滲量。砍伐森林、過度放牧，則加劇水土流失，從而減少下滲量。人類活動（增大或減小）坡地改梯田、植樹造林、蓄水工程均增加水33在地下水資源不足的地區(qū)采用人工回灌，可以增加下滲水量。在低洼易澇地區(qū)，開挖排水溝渠可減小下滲。在地下水資源不足的地區(qū)采用人工回灌，可以增加下滲水量。在低洼34☆課程小結1、掌握理解下滲過程3階段的特征2、掌握理解下滲不同階段土壤水的類型及作用力3、掌握理解下滲特征和雨強的關系☆課程小結1、掌握理解下滲過程3階段的特征35☆思考題與作業(yè)（1）簡述下滲過程的各階段受力狀況及運動特征（2）簡述天然條件下的下滲過程（分類描述）☆思考題與作業(yè)（1）簡述下滲過程的各階段受力狀況及運動特征36

2016年7月17日發(fā)生在湖南省古丈縣墨戎鎮(zhèn)的山洪與山體滑坡。2016年7月17日發(fā)生在湖南省古丈縣墨戎鎮(zhèn)的山洪與37下滲(Infiltration)內(nèi)容提綱①流域下墊面水分分帶②下滲過程③下滲與降雨強度的關系④下滲的影響因素下滲(Infiltration)內(nèi)容提綱①流域下墊面水分分38目標一：理解下滲過程3階段各自的特征目標二：理解下滲特征和雨強的關系教學目標難點一：下滲不同階段土壤水的類型及作用力難點二：穩(wěn)定下滲率<降雨強度<初始下滲能力學習難點下滲(Infiltration)目標一：理解下滲過程3階段各自的特征教學目標難點一：下滲不同39第一節(jié)流域下墊面水分分帶（

MoistureZonationofUnderlyingSurface

）第一節(jié)流域下墊面水分分帶40包氣帶（非飽和帶）：土壤顆粒、水、空氣三相系統(tǒng)。由于存在土壤顆粒吸附力和毛管力，水壓力小于大氣壓。地下水面：包氣帶中有未充滿水的空隙與大氣相通，在地下水面處水壓力等于大氣壓。飽水帶（飽和帶）：土壤顆粒和水二相系統(tǒng)。包氣帶P＜0地下水面P=0飽和帶P＞0包氣帶（非飽和帶）：土壤顆粒、水、空氣三相系統(tǒng)。由于存在土壤41毛管懸著帶：包氣帶上部靠近地表面的土壤，可與外界進行水分交換。中間包氣帶：指毛管懸著水帶與毛管水上升帶之間的土層。該區(qū)間土壤含水量較小且穩(wěn)定。毛管水上升帶：在地下水面以上，由于土壤毛管力的作用，一部分水分沿著土壤孔隙侵入地下水面以上的土壤中，形成的水分帶。該區(qū)間土壤含水量自下而上逐漸減小。毛管懸著帶：包氣帶上部靠近地表面的土壤，可與外界進行水分交換42第二節(jié)下滲過程（ProcessofInfiltration）1、與下滲相關的概念下滲:水分透過土壤層面沿垂直和水平方向滲入到土壤中的運動過程。第二節(jié)下滲過程1、與下滲相關的概念下滲:水分透過土壤層43土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的變化曲線。土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的變44下滲率（f）:單位時間通過單位面積的土壤層面滲入到土壤中的水量(mm/min,mm/h)。穩(wěn)定下滲率（fc）：處于穩(wěn)定不變時的下滲率。下滲能力/容量（fp）:供水充分條件下的下滲率。下滲率（f）:單位時間通過單位面積的土壤層面滲入到土壤中的45下滲曲線：下滲能力（充分供水下）隨時間變化的曲線。下滲能力隨時程遞減，初期土壤含水率低時，fp很大，后期土壤含水率趨于飽和時，fp趨于穩(wěn)定。下滲曲線：下滲能力（充分供水下）隨時間變化的曲線。下滲能力隨46累積下滲曲線:從下滲開始至某時刻下滲到土壤中的總水量與該時間的關系曲線累積下滲曲線:從下滲開始至某時刻下滲到土壤中的總水量與該時間47

下滲3階段劃分依據(jù)：水分下滲過程中所受的力（分子力、毛管力和重力）和運動特征滲潤階段滲漏階段滲透階段2、下滲過程下滲3階段劃分依據(jù)：水分下滲過程中所受的力（分子力、48滲潤階段——主要受分子力作用，入滲水成為吸濕水和薄膜水，當土壤含水量達到最大分子持水量時結束。滲潤階段——主要受分子力作用，入滲水成為吸濕水和薄膜水，當土49毛管懸著水滲漏階段——主要受毛管力、重力作用，當土壤含水量達到飽和時結束。毛管懸著水滲漏階段——主要受毛管力、重力作用，當土壤含水量達50滲透階段—受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲。重力水：土壤中在重力的作用下能自由移動的水分。

特點：

具有一般液體的性質(zhì)，可傳遞壓力；

可被植物吸收；

不易保存在包氣帶中；

地下水的重要補給來源。滲透階段—受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲。重力水：土51滲潤階段：主要受分子力作用，入滲水成為薄膜水，當土壤含水量達到最大分子持水量時結束。滲漏階段：主要受毛管力、重力作用，入滲水主要成為毛管水，當土壤含水量達到飽和含水量時結束。滲透階段：受重力作用，入滲水成為自由重力水向下滲出。滲潤階段：主要受分子力作用，入滲水成為薄膜水，當土壤含水量達52土壤水分常數(shù)干燥最大分子持水量飽和含水量滲潤階段滲漏階段滲透階段階段類型分子力毛管力、重力重力作用力類型吸濕水薄膜水毛管水、重力水重力水土壤水類型土壤水分常數(shù)干燥最大分子持水量飽和含水量滲潤階段滲漏階段滲透53下滲各階段特征下滲強度大且衰減明顯下滲強度變化緩慢下滲強度小而穩(wěn)定下滲滲潤階段滲漏階段滲透階段屬非飽和水流運動穩(wěn)定的飽和水流運動下滲各階段特征下滲強度大且衰減明顯下滲強度變化緩慢下滲強度小543、下滲過程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量接近飽和含水量，厚度不超過1.5cm。土壤含水量隨深度增加急劇減小土壤含水量隨深度迅速減少在濕潤帶末端，土壤含水量突變，與下層干土有明顯界面，稱濕潤鋒面。土壤含水量大約為飽和含水量的60-80%3、下滲過程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量55習題?穩(wěn)定下滲階段，降水補給地下徑流的水分主要是[]。A、毛管水

B、薄膜水C、重力水D、吸濕水?滲漏階段，下滲水分的存在形式是[]。A、毛管水B、薄膜水C、重力水D、吸濕水習題?穩(wěn)定下滲階段，降水補給地下徑流的水分主要是[]。?56第三節(jié)下滲與降雨強度的關系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）均勻雨強時的下滲情況一：降雨強度大于初始下滲能力情況二：降雨強度小于穩(wěn)定下滲率情況三（難點）：降雨強度大于穩(wěn)定下滲率而小于初始下滲能力變雨強時的下滲第三節(jié)下滲與降雨強度的關系均勻雨強時的下滲變雨強時的下滲571、均勻雨強時的下滲第三節(jié)下滲與降雨強度的關系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）情況一：降雨強度大于初始下滲能力1、均勻雨強時的下滲第三節(jié)下滲與降雨強度的關系情況一：降58情況二：降雨強度小于穩(wěn)定下滲率情況二：降雨強度小于穩(wěn)定下滲率59情況三：降雨強度大于穩(wěn)定下滲率而小于初始下滲能力答案是“否”

情況三：降雨強度大于穩(wěn)定下滲率而小于初始下滲能力答案是“否60

（1）假設按fp下滲，fp從fp0降到i的累積下滲量F=SABCD,即要F達到SABCD，i才恰好等于fp。（2）由于實際按i下滲，（0，tp）累積下滲量F=SEBCD,故tp時刻不產(chǎn)流。（3）當tp1=SABCD/i時，tp1時刻產(chǎn)流。

（1）假設按fp下滲，fp從fp0降到i61☆習題

☆習題

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