中農(nóng)大土壤水動力學(xué)課件01緒論

土壤水動力學(xué)

SoilWaterDynamics

水利與土木工程學(xué)院雷志棟，楊詩秀，謝森傳．

土壤水動力學(xué)．清華大學(xué)出版社，1988尚松浩，毛曉敏，雷志棟，楊詩秀．土壤水分動態(tài)模擬模型及其應(yīng)用．科學(xué)出版社，2009馮紹元.土壤水動力學(xué)（教案）.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院.教材及主要參考書：參考書：張蔚榛等.地下水與土壤水動力學(xué).中國水利水電出版社.1996邵明安，王全九,黃明斌.

土壤物理學(xué).高等教育出版社.2006秦耀東.土壤物理學(xué).高等教育出版社.2003JuryWA,HortonR.2004.SoilPhysics.6thed.JohnWiley&Sons,Inc.KutilekM,NielsenDR.SoilHydrology.CatenaVerlag,1994第1章緒論學(xué)科與應(yīng)用背景主要內(nèi)容與研究方法教學(xué)計劃1.1土壤水動力學(xué)的學(xué)科與應(yīng)用背景1.1.1土壤水動力學(xué)的學(xué)科背景－－土壤水動力學(xué)是以土壤中水分的能態(tài)為基礎(chǔ)，研究非飽和土壤中水分、溶質(zhì)和熱量運移問題的學(xué)科。流體力學(xué)→滲流力學(xué)，多孔介質(zhì)流體動力學(xué)：流體（水、氣、油）在多孔介質(zhì)中的運動地下水動力學(xué)－土壤飽和區(qū)水分、溶質(zhì)運動土壤水動力學(xué)－土壤非飽和區(qū)水分、溶質(zhì)運動...土壤學(xué)→土壤物理→土壤水分其他相關(guān)學(xué)科：水文學(xué)，氣象學(xué)，灌溉排水，水土保持，土壤環(huán)境…1.1.2土壤水動力學(xué)的應(yīng)用背景土壤水動力學(xué)是許多學(xué)科的基礎(chǔ)，它的研究涉及農(nóng)田水利學(xué)、水文學(xué)、地下水文學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、土壤物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科。應(yīng)用領(lǐng)域（1）合理開發(fā)和科學(xué)管理水資源隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對水資源的要求日益增加，為了合理開發(fā)利用和科學(xué)管理水資源，必須正確評價水資源的數(shù)量和質(zhì)量。降雨、地表水、土壤水和地下水之間是相互轉(zhuǎn)化的，地表水和降雨入滲對地下水的補給，地下水的蒸發(fā)消耗都需要通過土壤的非飽和帶。因此，土壤水動力學(xué)是地下水文學(xué)和地下水資源評價的基礎(chǔ)理論。(1)水文循環(huán)機(jī)理與模型——四水轉(zhuǎn)化：降水大氣水土壤水地下水地表水蒸發(fā)三水——降水地表水地下水四水——大氣水土壤水地表水地下水五水——降水土壤水地表水地下水植物水(2)水文循環(huán)機(jī)理與模型——地下水均衡：PIGG△HαPβIλGcE0ET

P—降雨I—渠灌G—井灌地下水均衡μΔH=P+I–(1-)G–cE0±

Q

降雨入滲補給系數(shù)=Pg/P

灌溉入滲補給系數(shù)

=Ig/I

井灌入滲補給系數(shù)=Gg/G

潛水蒸發(fā)系數(shù)

c=Eg/E0

給水度

μ(3)水文循環(huán)機(jī)理與模型——流域水文模型經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，概念模型，機(jī)理模型集總式模型，分布式水文模型灌溉降水透水面積不透水面積直接產(chǎn)流上層毛管水上層重力水下層毛管水下層重力水地下水抽水地下水調(diào)蓄地下水調(diào)蓄地表徑流壤中流溝渠河排泄?jié)撍舭l(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)總蒸發(fā)匯流應(yīng)用領(lǐng)域（2）調(diào)控農(nóng)田墑情，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水土壤水是農(nóng)作物吸收利用的農(nóng)田水分的主要形式。農(nóng)田灌溉和排水的基本任務(wù)即是調(diào)節(jié)控制土壤水分狀況，達(dá)到農(nóng)作物節(jié)水增產(chǎn)的要求。為了正確地擬定作物的灌溉制度，選取合理的排水規(guī)格和灌水技術(shù)，有效地管理灌溉排水系統(tǒng)，必須了解土壤水運動規(guī)律和掌握土壤水動力學(xué)的基礎(chǔ)理論。作物需水規(guī)律農(nóng)田水分轉(zhuǎn)化與消耗規(guī)律SPAC（土壤－植物－大氣連續(xù)體）水分運移土壤水分的變化對作物生長、產(chǎn)量的影響農(nóng)田水分的高效利用林、草生態(tài)需水規(guī)律應(yīng)用領(lǐng)域（3）土壤改良和水土環(huán)境的改善我國北方和南方沿海地區(qū)均有一些鹽堿荒地，在耕地中還有大面積的次生鹽堿化土壤或受到鹽堿化的威脅。一些缺水地區(qū)只能利用微咸地下水進(jìn)行灌溉，為了改良利用鹽堿地和預(yù)防土壤次生鹽堿化，必須了解鹽分和水分的運移規(guī)律。同時，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)的有害物質(zhì)，農(nóng)田施用的化肥和農(nóng)藥對土壤和地下水的污染日益嚴(yán)重，為了進(jìn)行環(huán)境污染的預(yù)測和防治，也必須掌握土壤水動力學(xué)的基本理論。污染物在土壤水、地下水中的運移鹽分重金屬化肥、農(nóng)藥油類…1.2土壤水動力學(xué)的主要內(nèi)容與研究方法1.2.1土壤水動力學(xué)的發(fā)展概況1856年：Darcy定律（飽和水）1907年：Buckingham提出毛管勢的概念，以后逐漸發(fā)展為土水勢；將Darcy定律推廣非飽和土壤水1931年：Richards推導(dǎo)出了非飽和水流的基本方程——Richards方程1966年：Philip提出土壤－植物－大氣連續(xù)體（SPAC）的概念上世紀(jì)末計算機(jī)技術(shù)—數(shù)值模擬

實驗觀測技術(shù)和混沌分形理論—優(yōu)先流1.2.2土壤水動力學(xué)的主要內(nèi)容基本理論：土壤水的能態(tài)——土水勢土壤水運動基本方程——Richards方程土壤水分運動：入滲蒸發(fā)土壤水熱運移土壤水鹽運移土壤-植物-大氣關(guān)系騰發(fā)量計算SPAC水熱運移土壤水分運動模擬模型及數(shù)值解法土壤水分運動參數(shù)的測定和土壤特性的空間變異性教學(xué)計劃序號內(nèi)容授課時間1緒論1學(xué)時2土壤和水的基本概念2學(xué)時3土壤水運動的基本理論與研究方法3學(xué)時4土壤水運動分析—入滲3學(xué)時4土壤水運動分析—蒸發(fā)3學(xué)時5土壤水鹽運移4學(xué)時6土壤水熱耦合運移4學(xué)時7土壤水運動模擬模型及數(shù)值解法4學(xué)時8土壤水分運動參數(shù)測定試驗（土柱入滲測飽和導(dǎo)水率試驗、土壤擴(kuò)散率試驗）8學(xué)時1.2.3土壤水動力學(xué)的基本研究方法微觀：毛管模型等宏觀－連續(xù)介質(zhì)方法：取微觀大、宏觀小的點，研究多孔介質(zhì)的孔隙大小和水流的平均狀況土壤參數(shù)為空間的連續(xù)函數(shù)孔隙率n、干密度ρd、水勢h…連續(xù)水流：v=nuv－Darcy流速；u－實際流速1.2.3土壤水動力學(xué)的基本研究方法學(xué)習(xí)方法和重點重點掌握《土壤水動力學(xué)》的基本概念、基本方程及其運用基本理論解決實際問題的方法。對土壤水分運動的基本方程--Richards方程要重點掌握其推導(dǎo)過程其各項的意義應(yīng)用方程分析入滲、蒸發(fā)等實際問題的方法對土壤水鹽、水熱運動方程要清楚其推導(dǎo)過程清楚其各項的意義了解如何應(yīng)用方程分析實際問題熟悉土壤水分運動模擬模型、數(shù)值計算方法、土壤特性參數(shù)測定等。1.2.3土壤水動力學(xué)的基本研究方法學(xué)習(xí)方法和重點

課題講授、課上練習(xí)討論相結(jié)合的方式。

成績評定：課后作業(yè)+試驗報告+閉卷考試閉卷：填空，問答，計算等題目類型。