蒸發(fā)條件下的土壤水分運動實用教案

1、會計學1蒸發(fā)蒸發(fā)(zhngf)條件下的土壤水分運動條件下的土壤水分運動第一頁，共41頁。第第4 4章章 蒸發(fā)條件蒸發(fā)條件(tiojin)(tiojin)下土壤水分的下土壤水分的運動運動4.1 4.1 土壤土壤(trng)(trng)蒸發(fā)的基本特征蒸發(fā)的基本特征Evaporation + Transpiration = EvapotranspirationEvaporation rate (mm/day) 氣象因素（輻射、氣溫、濕度、風速）氣象因素（輻射、氣溫、濕度、風速）土面蒸發(fā)土面蒸發(fā) 外界條件外界條件 土壤的供水及輸水能力土壤的供水及輸水能力潛在蒸發(fā)強度（潛在蒸發(fā)強度（potential

2、evaporation rate）穩(wěn)定蒸發(fā)穩(wěn)定蒸發(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)不穩(wěn)定蒸發(fā)不穩(wěn)定蒸發(fā)第1頁/共41頁第二頁，共41頁。4.1 4.1 土壤土壤(trng)(trng)蒸發(fā)的基本特蒸發(fā)的基本特征征第2頁/共41頁第三頁，共41頁。4.2.1 4.2.1 土面蒸發(fā)土面蒸發(fā)(zhngf)(zhngf)的三個階段的三個階段（1）穩(wěn)定蒸發(fā)）穩(wěn)定蒸發(fā) when and As, ez Const. E Const.式中：式中：As為質(zhì)量交換系數(shù)；為質(zhì)量交換系數(shù)； e0為土壤表層水汽壓；為土壤表層水汽壓； ez土壤表面大氣水汽壓；土壤表面大氣水汽壓； es飽和水汽壓。飽和水汽壓。 k的大小的大小(dxio)與土壤性

3、質(zhì)、大氣蒸發(fā)能力有與土壤性質(zhì)、大氣蒸發(fā)能力有關(guān)。關(guān)。(1)4.2 4.2 土壤蒸發(fā)的三個階段土壤蒸發(fā)的三個階段(jidun)(jidun)及定解及定解問題問題第3頁/共41頁第四頁，共41頁。（2）蒸發(fā)率顯著下降階段）蒸發(fā)率顯著下降階段 K ( ) (1的后期階的后期階段）段）定解問題：定解問題：)( )()(iiiDDeDDi第26頁/共41頁第二十七頁，共41頁。（1）Covey 1963的求解的求解(qi ji)思路思路-無量綱化無量綱化Covey, W. Mathematical study of the first stage of drying of a moist soil. S

4、oil Sci. Soc. Am. Proc., 27:130-134, 1963.)(*iiDDD/*Lzz/*LEtt*iDELG(2)(3)(4)(5)(6)第27頁/共41頁第二十八頁，共41頁。Covey 近似解：近似解： 當當G較小時（較小時（E小、土柱較短或初始含水率很大），土壤剖面可近似為均勻干燥小、土柱較短或初始含水率很大），土壤剖面可近似為均勻干燥(gnzo)狀態(tài)，剖面含水率分布光滑。假定方程（狀態(tài)，剖面含水率分布光滑。假定方程（7a）的解近似為：）的解近似為：第28頁/共41頁第二十九頁，共41頁。thenfrom (7c) & (7d) A1 = G, A2 = -G/

5、2 ( 8 ) In equation (8), a = a (t*)In addition (continuity theory)(9)式（式（8）與（）與（9）便是）便是(bin sh)定解問題式（定解問題式（7）的解。）的解。第29頁/共41頁第三十頁，共41頁。(2) Gardner & Hillel 關(guān)于土柱均勻蒸發(fā)的近似解關(guān)于土柱均勻蒸發(fā)的近似解假定：整個土壤假定：整個土壤(trng)剖面以近似相等的速率損失水分，即土柱剖面以近似相等的速率損失水分，即土柱剖面呈近似均勻干燥（蒸發(fā)）狀態(tài)（要求：土柱較短、剖面呈近似均勻干燥（蒸發(fā)）狀態(tài)（要求：土柱較短、或初始含水率較大、或蒸發(fā)強度較弱

6、，即或初始含水率較大、或蒸發(fā)強度較弱，即Covey定義的定義的G較小時）較小時） 水分損失的速率為：水分損失的速率為：Eqn. (1c) f1(t) = ELet )(ekkDD第30頁/共41頁第三十一頁，共41頁。)(2e1dde22)()(tfLzzDEzEzLEDkkkkE0 k c第31頁/共41頁第三十二頁，共41頁。假定第一階段結(jié)束時（假定第一階段結(jié)束時（t = tc），剖面含水率分布為），剖面含水率分布為 c(z)/1)()0(2ckctf21121ln1)(LzDELzkkc關(guān)于關(guān)于tc的確定：的確定： 設(shè)設(shè)t = tc時，剖面含水率的平均值為時，剖面含水率的平均值為 ，則，

7、則czLzbLzzLLkLccd 111ln1d)(12100here, , thenkDELb21第32頁/共41頁第三十三頁，共41頁。herefrom4.5.2 表土蒸發(fā)強度遞減表土蒸發(fā)強度遞減(djin)階段土壤水分階段土壤水分的運動的運動第33頁/共41頁第三十四頁，共41頁。4.5.3 表土瞬時變干時土壤水分運動的求解表土瞬時變干時土壤水分運動的求解 均質(zhì)土壤、半無限剖面均質(zhì)土壤、半無限剖面(pumin)、初始含水率均勻分布、初始含水率均勻分布 (Gardner, 忽略重力項忽略重力項)第34頁/共41頁第三十五頁，共41頁。evaporation1.evaporationtran

8、spirationevapotranspiration第35頁/共41頁第三十六頁，共41頁。2Physical condition of evaporation latent heat requirement 潛熱潛熱(qinr)需求需求 vapor pressure gradient 水蒸汽壓梯度水蒸汽壓梯度 continual supply of water 連續(xù)的水補給連續(xù)的水補給3The three stages of evaporation (from the saturated soils) steady state or E 0E0 k cE0第36頁/共41頁第三十七頁，共4

9、1頁。4Steady evaporation 穩(wěn)定蒸發(fā)穩(wěn)定蒸發(fā)(zhngf) in the presence of groundwater table for homogeneous soils均質(zhì)土壤：均質(zhì)土壤：sKEDzd)()(sssKEsKz0d)()(orora. Gardner:b. E H (sH) & E E0 Averiyanov Equation:第37頁/共41頁第三十八頁，共41頁。 for inhomogeneous soils: 非均質(zhì)土壤非均質(zhì)土壤(trng)：si-1 s0isi s0(i+1)E = q1 = q2 si = s0( i +1) 5Unstea

10、dy evaporation 非穩(wěn)定非穩(wěn)定(wndng)蒸發(fā)蒸發(fā)Coveys solutionGardner 第38頁/共41頁第三十九頁，共41頁。某地地下水埋深保持為某地地下水埋深保持為1.0m，剖面土壤為均質(zhì)，剖面土壤為均質(zhì)壤土，其非飽和導水率壤土，其非飽和導水率K(s)=Kse-s，其中：，其中：Ks= 8.64 cm d-1 ，為飽和導水率，為飽和導水率，=0.03 cm-1 ；水分；水分(shufn)特征曲線為特征曲線為初始時刻，剖面土壤飽和，實驗開始初始時刻，剖面土壤飽和，實驗開始(kish)后，地表維持蒸發(fā)強度后，地表維持蒸發(fā)強度E= 2.5 mm d-1 不變。不變。第39頁/共41頁第四十頁，共41頁。1.0mzE0(1) 試寫出該土壤容水度試寫出該土壤容水度C(s)的表達式。的表達式。(2) 試列出該實驗試列