探究下渗与下渗实验X的关键因素

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：X1.6.3.1下渗过程及其变化规律当雨水降落在干旱的流域土壤表面后，一部分雨水将在分子力、毛管力和重力的综合作用下发生由上而下的入渗过程。水文上常用下渗率来反映下渗的快慢。下渗率随时间递减变化的规律可通过下渗实验来分析研究。X1.6.3.2下渗实验与下渗能力（容量）曲线下渗实验是研究下渗规律的有效途径。

下渗也称入渗，是指水分从土壤表面向土壤内部渗入的物理过程，以垂向运动为主要特征。天然情况下的下渗主要是雨水的下渗，它是降雨径流中的主要损失，不仅直接决定地面径流量的大小，同时也影响土壤水分和地下水的变化，是连接并转换地表和地下水的一个中间过程。

X1.6.3.1　下渗过程及其变化规律

当雨水降落在干旱的流域土壤表面后，一部分雨水将在分子力、毛管力和重力的综合作用下发生由上而下的入渗过程。首先受土粒分子力的作用而吸附于土粒表面形成薄膜（称为薄膜水），这为第一阶段，称为渗润阶段。当土粒表面的薄膜水达到最大（即最大分子持水量）时，渗润阶段逐渐消失；入渗的雨水在毛管力和重力的作用下，在土壤孔隙中向下作不稳定运动，并逐渐充填土粒孔隙，直到孔隙充满饱和，这为第二阶段，称为渗漏阶段。有时也把一、二两阶段合称为渗漏阶段，它们共有的特点是非饱和下渗。当土壤孔隙被水充满达到饱和时，水分主要受重力作用向下作稳定地渗透运动，这为第三阶段，称为渗透阶段，属于饱和下渗。在实际的下渗过程中，以上两个阶段（渗漏和渗透）并无明显的界限，有时是相互交错的。

水文上常用下渗率来反映下渗的快慢。它是单位面积、单位时间内的下渗量，以mm/h或mm/min表示。充分供水条件下的下渗率称为下渗能力（或下渗容量）。

在下渗初期，若土壤比较干燥，下渗的水分很快被表层土壤所吸收，下渗率很大；随着表层土壤含水量的增大，饱和层逐渐向下延伸，下渗率也随着递减，直至最后趋于稳定。下渗率随时间递减变化的规律可通过下渗实验来分析研究。

X1.6.3.2　下渗实验与下渗能力（容量）曲线

下渗实验是研究下渗规律的有效途径。常用实验方法有同心环法和人工降雨法两种。其中最简单的方法是在地面上打入两个同心圆环，外环直径为60cm，内环直径为30cm，环高15cm。实验时，在内外环同时加水，使水深保持常值，内外环水面保持齐平，因此加水的速度就是下渗的速度，根据观测数据便可以绘出下渗能力随时间递减的过程线，即下渗能力曲线，如图X1.17所示。

图X1.17　下渗能力（容量）曲线

由图X1.17可见，刚开始下渗时，由于土壤干燥，水分主要在分子力的作用下迅速被表层土壤所吸收，此时下渗率最大。随着下渗的继续和土壤含水量的增加，分子力和毛管力也逐渐减弱，下渗率随之递减。当土壤水分达到田间持水量以后，土壤含水量趋于饱和，水分主要在重力的作用下下渗，下渗率也逐渐趋于稳定，接近为常数，称为稳定下渗率或稳渗率，常用fc表示。如图中的A点以后趋于稳定下渗率fc。

下渗能力（容量）曲线也可以用数学公式表示，如水文上常用的霍顿下渗公式为

式中　ft——t时刻的下渗能力（容量），mm/h；

f0——初始时刻（t＝0）的下渗能力，mm/h；

fc——稳定（重力）下渗能力，mm/h；

t——下渗时间，h；

β——反映土壤特性的指数；

e——自然对数的底（e≈2.7183）。

霍顿下渗公式是霍顿（1931年）在下渗试验资料的基础上，用曲线拟合方法得到的经验公式。公式表明土壤的下渗能力（容量）是随时间按指数规律递减的。

探究下渗与下渗实验X的关键因素

相关推荐