灌溉排水工程學1-1-2013

1、12第一章農田水分狀況與土壤水分運動第一章農田水分狀況與土壤水分運動Field water regime and soil water movement 了解入滲及蒸發(fā)條件下土壤水分運動數學模型的建模過了解入滲及蒸發(fā)條件下土壤水分運動數學模型的建模過程及求解方法程及求解方法; 了解土壤了解土壤-植物植物-大氣連續(xù)系統(tǒng)原理大氣連續(xù)系統(tǒng)原理(SPAC)； 理解土水勢、土壤水吸力、土壤水分特征曲線的概念及理解土水勢、土壤水吸力、土壤水分特征曲線的概念及其應用；其應用； 掌握土壤水分運動基本方程的推導以及入滲條件下土壤掌握土壤水分運動基本方程的推導以及入滲條件下土壤水分運動基本方程的菲利普近似解水分運

2、動基本方程的菲利普近似解; 掌握考斯加可夫公式在農業(yè)水利工程中的應用。掌握考斯加可夫公式在農業(yè)水利工程中的應用。 教教 學學 目目 的的3何謂農田水分狀況？為什么要學習和研究農田水分狀況？何謂農田水分狀況？為什么要學習和研究農田水分狀況？1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions41.農田水分一般存在三種基本形式農田水分一般存在三種基本形式 （1）地面水）地面水surface water （2）地下水）地下水ground water （3）土壤水）土壤水soil water 一、農田水分存在的形式與作物生長的關系一、農田水分存在的形式與作物生長的關系1-

3、1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions5 土壤水土壤水soil water固態(tài)水固態(tài)水Solid-state water氣態(tài)水氣態(tài)水Vapor phase water液態(tài)水液態(tài)水Liquid state water吸濕水吸濕水hydroscopic water 薄膜水薄膜水adhesive water 毛管水毛管水Capillary Water 重力水重力水gravitational water 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions6汽態(tài)水汽態(tài)水(Vapor) 汽態(tài)水：汽態(tài)水： 存在于土壤空隙存在于土壤空隙

4、中的水汽中的水汽 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions7吸著水吸著水(Hygroscopic water)土土粒粒薄膜水：薄膜水： 吸濕水吸濕水: 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions8毛管水毛管水: 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions9Smaller pores hold water with greater energy1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions10毛管水的上升高度：毛管水的上升高度：Trhcos

5、22rThdgrrdgThcos2T=surface tension =wetting angle r=radius of pore d=density of water g=gravity1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions11上升毛管水上升毛管水懸著毛管水懸著毛管水1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions12重力水（重力水（Gravitational Water）1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions重力水：重力水： 13飽和含水率（飽和含水率（Saturat

6、ion） 一、基本概念一、基本概念 2.土壤水分常數土壤水分常數土壤水分常數土壤水分常數吸濕系數吸濕系數(Hygroscopic Coefficient): 最大分子持水率：最大分子持水率：凋萎系數（凋萎系數（Wilting Point）田間持水率（田間持水率（Field Capacity）1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions14土土壤壤水水分分的的有有效效性性汽態(tài)水吸著水無效水毛管水有效水重力水過剩水土壤水一、基本概念一、基本概念 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions151-1 農田水分狀況農田水分狀

7、況field moisture conditions16關于土壤水分的幾點補充關于土壤水分的幾點補充 水分的形態(tài)是變化的水分的形態(tài)是變化的,可以互相轉化的可以互相轉化的 土壤水分的有效性是從作物能否直接吸收而言土壤水分的有效性是從作物能否直接吸收而言,是是相對的相對的 田間持水率通常以灌水兩天后土壤所能保持的含水田間持水率通常以灌水兩天后土壤所能保持的含水率表示，國外一般以灌水率表示，國外一般以灌水24小時后的土壤含水率表小時后的土壤含水率表示示1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions173.土壤含水率的表示方法土壤含水率的表示方法（1）以土壤絕對含水

8、率）以土壤絕對含水率表示表示1）以占土壤重量的百分數表示（）以占土壤重量的百分數表示（） %100%100烘干烘干原樣烘干土重實際水重WWW 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions18 %100)(原狀土水VV2）以占土壤容積的百分數表示（）以占土壤容積的百分數表示（ ） 3）以水層厚度的毫米表示）以水層厚度的毫米表示 （為土壤容重）為土壤容重）土層厚度土層厚度水層厚度rmmmm)()(1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions19 %100%100?ff4）以水的體積表示（）以水的體積表示（m3/畝）畝）土壤

9、貯水量土壤貯水量（m3/畝）畝）=水層厚度水層厚度(mm) （2）以土壤的相對含水率表示）以土壤的相對含水率表示1）以占田間持水率的百分數表示：）以占田間持水率的百分數表示： 2）以占飽和含水率的百分數表示）以占飽和含水率的百分數表示%100%100SS或10006671-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions20 烘干測定法烘干測定法1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions21儀器準備儀器準備 取土取土 稱重稱重 烘干烘干 稱重稱重 計算計算1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture cond

10、itions222500S電子張力計電子張力計 （法國）（法國）1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions231-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions24 定義定義：在標準大氣壓下，從水池中把無限少量的純水從在標準大氣壓下，從水池中把無限少量的純水從規(guī)定的高度（通常以規(guī)定的高度（通常以groundwater table level）為其規(guī)）為其規(guī)定高度）等溫和可逆地移運到土壤中某一吸水點使之成定高度）等溫和可逆地移運到土壤中某一吸水點使之成為土壤水，所必需做的每單位水的功。為土壤水，所必需做的每單位水的功。 二、

11、土壤水分的能量概念二、土壤水分的能量概念1 土水勢土水勢Soil water potential1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions25一、基本概念一、基本概念 w=m + s + g基質勢基質勢 （Matric Potential）土壤基質的吸附力和土壤基質的吸附力和毛管力所引起的水勢毛管力所引起的水勢 滲透勢滲透勢 （Osmotic Potential） 土壤水分中的溶質所引土壤水分中的溶質所引起的水勢起的水勢 重力勢（重力勢（Gravitational Potential）重力引起的重力引起的土壤水勢土壤水勢 土壤水勢土壤水勢 1-1 農田水

12、分狀況農田水分狀況field moisture conditions26土壤水分是由土壤水吸力低的地方流向吸力高的地方。土壤水分是由土壤水吸力低的地方流向吸力高的地方。土壤水能量單位為土壤水能量單位為Pa。2 土壤水吸力土壤水吸力Soil Water Suction（1）土壤水吸力只包括基模吸力和滲透吸力；）土壤水吸力只包括基模吸力和滲透吸力；（2）土壤水吸力在概念上雖不是指土壤對水分的吸力，但是在數）土壤水吸力在概念上雖不是指土壤對水分的吸力，但是在數量指標上它是用土壤對水分的吸力來表示的（用壓力單位）；量指標上它是用土壤對水分的吸力來表示的（用壓力單位）；（3）土水勢為負值，土壤水吸力為正

13、值，就基模勢和滲透來說，）土水勢為負值，土壤水吸力為正值，就基模勢和滲透來說，土水勢的數值與土壤水吸力的數值是相等的，只是符號相反。土水勢的數值與土壤水吸力的數值是相等的，只是符號相反。1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions27電信號張力計（美國）電信號張力計（美國）張力計結構示意圖張力計結構示意圖 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions28 土壤水分特征曲線是采用原狀土樣，測定其在不同土壤水土壤水分特征曲線是采用原狀土樣，測定其在不同土壤水吸力（負壓）下的含水率后繪制的吸力（負壓）下的含水率后繪制的 3

14、土壤水分特征曲線土壤水分特征曲線Soil moisture characteristic curves定義：定義：土壤水吸力隨土壤含水量變化的關系曲線。土壤水吸力隨土壤含水量變化的關系曲線。該曲線的制作依據了以下三條假設：該曲線的制作依據了以下三條假設：（1）地下水面以上有一個無限長的土柱；）地下水面以上有一個無限長的土柱；（2）地下水位長期保持不變；）地下水位長期保持不變；（3）地表不發(fā)生蒸發(fā)和入滲。）地表不發(fā)生蒸發(fā)和入滲。1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions291-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions3

15、0一、基本概念一、基本概念 土壤水分特征曲線有滯后土壤水分特征曲線有滯后現象現象 0200400600800100012002040土壤負壓土壤負壓-h(cm)含水率含水率(%)粘土粘土壤土壤土砂土砂土表示土壤負壓（基質勢）表示土壤負壓（基質勢）與土壤含水率關系的曲線與土壤含水率關系的曲線 土質不同，土壤水分特征土質不同，土壤水分特征曲線不同，或者說土壤水曲線不同，或者說土壤水分特征曲線反映了不同土分特征曲線反映了不同土質的水力特性質的水力特性 1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions31一、基本概念一、基本概念 土壤水分特征曲線的滯后現象土壤水分特征

16、曲線的滯后現象 (Hysteresis) 0200400600800100012002040土壤負壓土壤負壓-h(cm)含水率含水率(%)壤土壤土滯后現象產生的原因主要有：滯后現象產生的原因主要有： （1）土壤孔隙的不規(guī)則性土壤孔隙的不規(guī)則性 （2） 吸水過程中，空氣常被吸水過程中，空氣常被封閉于土壤孔隙中封閉于土壤孔隙中吸水吸水釋水釋水1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions321-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions33（5）利用土壤水分特征曲線來說明土壤水分數量與作物）利用土壤水分特征曲線來說明土壤水分數

17、量與作物生長的關系，比用土壤水分形態(tài)來說明要清楚得多。生長的關系，比用土壤水分形態(tài)來說明要清楚得多。土壤水分特征曲線說明了：土壤水分特征曲線說明了： （1）土壤水吸力與土壤含水率之間的關系；）土壤水吸力與土壤含水率之間的關系；（2）土壤水分的有效性不在于土壤含水率的高低而在于）土壤水分的有效性不在于土壤含水率的高低而在于吸力的大小，同一含水率砂土和壤土的吸力小，粘土的吸吸力的大小，同一含水率砂土和壤土的吸力小，粘土的吸力大；力大；（3）土壤水分特征曲線對同一土樣并不是固定的單一曲）土壤水分特征曲線對同一土樣并不是固定的單一曲線，它與測定時土壤是處于吸水或脫水過程有關。線，它與測定時土壤是處于吸水或脫水過程有關。（4）土壤水分特征曲線不能反映土壤水分形態(tài)的嚴格界）土壤水分特征曲線不能反映土壤水分形態(tài)的嚴格界線。（與土壤結構有明顯的關系）線。（與土壤結構有明顯的關系）1-1 農田水分狀況農田水分狀況field moisture conditions34 Sd3土壤水分特征曲線的應用土壤水分特征曲線的應用（1）可利