土壤水分入渗理论的发展过程及实用手册

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：水分入渗过程是非饱和土壤水分的运动过程，属于广义渗流理论的研究范畴，其理论基础是法国工程师Darcy提出的达西定律。Richards将达西定律引入非饱和土壤水流动为式中 K（ψm）、K（θ）——非饱和导水率；ψ——总水势梯度。式（1.2）成为研究非饱和土壤水流动的基本定律。达西定律是多孔介质中液体流动所应满足的运动方程，质量守恒是物质运动和变化普遍遵循的基本原理，将质量守恒原理具体应用在多孔介质中的液体流动即为连续方程。

水分入渗过程是非饱和土壤水分的运动过程，属于广义渗流理论的研究范畴，其理论基础是法国工程师Darcy提出的达西定律。

Darcy（1856）通过饱和砂层的渗透试验，得出通量q和水力梯度成正比，即达西定律:

式中 L——渗流路径的直线长度；

ΔH——渗流路径始末断面总水头差；

ΔH/L——相应的水力梯度；

K s——饱和导水率。Richards（1931）将达西定律引入非饱和土壤水流动为

式中 K（ψm）、K（θ）——非饱和导水率；

∇ψ——总水势梯度。

式（1.2）成为研究非饱和土壤水流动的基本定律。

达西定律是多孔介质中液体流动所应满足的运动方程，质量守恒是物质运动和变化普遍遵循的基本原理，将质量守恒原理具体应用在多孔介质中的液体流动即为连续方程。将土壤视为一种固相骨架不变形、各向同性的多孔介质，达西定律和连续方程相结合便可得到描述非饱和土壤水分运动的基本方程，即Richards方程为

取单位重量土壤水分的水势，则ψ=ψm+z，将上式展开为

由于滞后作用，基质势ψm 和土壤含水量θ 不是单值函数，土壤吸湿过程和脱湿过程不同，Richards基本方程只用于吸湿和脱湿的单一过程。运用式（1.4）基本方程解决实际问题时，根据实际情况的不同及求解方便，基本方程可以有多种形式。