中农大土壤水动力学课件01绪论

土壤水动力学

SoilWaterDynamics

水利与土木工程学院雷志栋，杨诗秀，谢森传．

土壤水动力学．清华大学出版社，1988尚松浩，毛晓敏，雷志栋，杨诗秀．土壤水分动态模拟模型及其应用．科学出版社，2009冯绍元.土壤水动力学（教案）.中国农业大学水利与土木工程学院.教材及主要参考书：参考书：张蔚榛等.地下水与土壤水动力学.中国水利水电出版社.1996邵明安，王全九,黄明斌.

土壤物理学.高等教育出版社.2006秦耀东.土壤物理学.高等教育出版社.2003JuryWA,HortonR.2004.SoilPhysics.6thed.JohnWiley&Sons,Inc.KutilekM,NielsenDR.SoilHydrology.CatenaVerlag,1994第1章绪论学科与应用背景主要内容与研究方法教学计划1.1土壤水动力学的学科与应用背景1.1.1土壤水动力学的学科背景－－土壤水动力学是以土壤中水分的能态为基础，研究非饱和土壤中水分、溶质和热量运移问题的学科。流体力学→渗流力学，多孔介质流体动力学：流体（水、气、油）在多孔介质中的运动地下水动力学－土壤饱和区水分、溶质运动土壤水动力学－土壤非饱和区水分、溶质运动...土壤学→土壤物理→土壤水分其他相关学科：水文学，气象学，灌溉排水，水土保持，土壤环境…1.1.2土壤水动力学的应用背景土壤水动力学是许多学科的基础，它的研究涉及农田水利学、水文学、地下水文学、水文地质学、土壤物理学、环境科学等学科。应用领域（1）合理开发和科学管理水资源随着我国工农业生产的迅速发展，对水资源的要求日益增加，为了合理开发利用和科学管理水资源，必须正确评价水资源的数量和质量。降雨、地表水、土壤水和地下水之间是相互转化的，地表水和降雨入渗对地下水的补给，地下水的蒸发消耗都需要通过土壤的非饱和带。因此，土壤水动力学是地下水文学和地下水资源评价的基础理论。(1)水文循环机理与模型——四水转化：降水大气水土壤水地下水地表水蒸发三水——降水地表水地下水四水——大气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)水文循环机理与模型——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

降雨入渗补给系数=Pg/P

灌溉入渗补给系数

=Ig/I

井灌入渗补给系数=Gg/G

潜水蒸发系数

c=Eg/E0

给水度

μ(3)水文循环机理与模型——流域水文模型经验模型，概念模型，机理模型集总式模型，分布式水文模型灌溉降水透水面积不透水面积直接产流上层毛管水上层重力水下层毛管水下层重力水地下水抽水地下水调蓄地下水调蓄地表径流壤中流沟渠河排泄潜水蒸发蒸发蒸发蒸发总蒸发汇流应用领域（2）调控农田墒情，促进农业节水土壤水是农作物吸收利用的农田水分的主要形式。农田灌溉和排水的基本任务即是调节控制土壤水分状况，达到农作物节水增产的要求。为了正确地拟定作物的灌溉制度，选取合理的排水规格和灌水技术，有效地管理灌溉排水系统，必须了解土壤水运动规律和掌握土壤水动力学的基础理论。作物需水规律农田水分转化与消耗规律SPAC（土壤－植物－大气连续体）水分运移土壤水分的变化对作物生长、产量的影响农田水分的高效利用林、草生态需水规律应用领域（3）土壤改良和水土环境的改善我国北方和南方沿海地区均有一些盐碱荒地，在耕地中还有大面积的次生盐碱化土壤或受到盐碱化的威胁。一些缺水地区只能利用微咸地下水进行灌溉，为了改良利用盐碱地和预防土壤次生盐碱化，必须了解盐分和水分的运移规律。同时，随着工农业生产的发展，工业的有害物质，农田施用的化肥和农药对土壤和地下水的污染日益严重，为了进行环境污染的预测和防治，也必须掌握土壤水动力学的基本理论。污染物在土壤水、地下水中的运移盐分重金属化肥、农药油类…1.2土壤水动力学的主要内容与研究方法1.2.1土壤水动力学的发展概况1856年：Darcy定律（饱和水）1907年：Buckingham提出毛管势的概念，以后逐渐发展为土水势；将Darcy定律推广非饱和土壤水1931年：Richards推导出了非饱和水流的基本方程——Richards方程1966年：Philip提出土壤－植物－大气连续体（SPAC）的概念上世纪末计算机技术—数值模拟

实验观测技术和混沌分形理论—优先流1.2.2土壤水动力学的主要内容基本理论：土壤水的能态——土水势土壤水运动基本方程——Richards方程土壤水分运动：入渗蒸发土壤水热运移土壤水盐运移土壤-植物-大气关系腾发量计算SPAC水热运移土壤水分运动模拟模型及数值解法土壤水分运动参数的测定和土壤特性的空间变异性教学计划序号内容授课时间1绪论1学时2土壤和水的基本概念2学时3土壤水运动的基本理论与研究方法3学时4土壤水运动分析—入渗3学时4土壤水运动分析—蒸发3学时5土壤水盐运移4学时6土壤水热耦合运移4学时7土壤水运动模拟模型及数值解法4学时8土壤水分运动参数测定试验（土柱入渗测饱和导水率试验、土壤扩散率试验）8学时1.2.3土壤水动力学的基本研究方法微观：毛管模型等宏观－连续介质方法：取微观大、宏观小的点，研究多孔介质的孔隙大小和水流的平均状况土壤参数为空间的连续函数孔隙率n、干密度ρd、水势h…连续水流：v=nuv－Darcy流速；u－实际流速1.2.3土壤水动力学的基本研究方法学习方法和重点重点掌握《土壤水动力学》的基本概念、基本方程及其运用基本理论解决实际问题的方法。对土壤水分运动的基本方程--Richards方程要重点掌握其推导过程其各项的意义应用方程分析入渗、蒸发等实际问题的方法对土壤水盐、水热运动方程要清楚其推导过程清楚其各项的意义了解如何应用方程分析实际问题熟悉土壤水分运动模拟模型、数值计算方法、土壤特性参数测定等。1.2.3土壤水动力学的基本研究方法学习方法和重点

课题讲授、课上练习讨论相结合的方式。

成绩评定：课后作业+试验报告+闭卷考试闭卷：填空，问答，计算等题目类型。