蒸发条件下的土壤水分运动实用教案

1、会计学1蒸发蒸发(zhngf)条件下的土壤水分运动条件下的土壤水分运动第一页，共41页。第第4 4章章 蒸发条件蒸发条件(tiojin)(tiojin)下土壤水分的下土壤水分的运动运动4.1 4.1 土壤土壤(trng)(trng)蒸发的基本特征蒸发的基本特征Evaporation + Transpiration = EvapotranspirationEvaporation rate (mm/day) 气象因素（辐射、气温、湿度、风速）气象因素（辐射、气温、湿度、风速）土面蒸发土面蒸发 外界条件外界条件 土壤的供水及输水能力土壤的供水及输水能力潜在蒸发强度（潜在蒸发强度（potential

2、evaporation rate）稳定蒸发稳定蒸发蒸发蒸发不稳定蒸发不稳定蒸发第1页/共41页第二页，共41页。4.1 4.1 土壤土壤(trng)(trng)蒸发的基本特蒸发的基本特征征第2页/共41页第三页，共41页。4.2.1 4.2.1 土面蒸发土面蒸发(zhngf)(zhngf)的三个阶段的三个阶段（1）稳定蒸发）稳定蒸发 when and As, ez Const. E Const.式中：式中：As为质量交换系数；为质量交换系数； e0为土壤表层水汽压；为土壤表层水汽压； ez土壤表面大气水汽压；土壤表面大气水汽压； es饱和水汽压。饱和水汽压。 k的大小的大小(dxio)与土壤性

3、质、大气蒸发能力有与土壤性质、大气蒸发能力有关。关。(1)4.2 4.2 土壤蒸发的三个阶段土壤蒸发的三个阶段(jidun)(jidun)及定解及定解问题问题第3页/共41页第四页，共41页。（2）蒸发率显著下降阶段）蒸发率显著下降阶段 K ( ) (1的后期阶的后期阶段）段）定解问题：定解问题：)( )()(iiiDDeDDi第26页/共41页第二十七页，共41页。（1）Covey 1963的求解的求解(qi ji)思路思路-无量纲化无量纲化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页/共41页第二十八页，共41页。Covey 近似解：近似解： 当当G较小时（较小时（E小、土柱较短或初始含水率很大），土壤剖面可近似为均匀干燥小、土柱较短或初始含水率很大），土壤剖面可近似为均匀干燥(gnzo)状态，剖面含水率分布光滑。假定方程（状态，剖面含水率分布光滑。假定方程（7a）的解近似为：）的解近似为：第28页/共41页第二十九页，共41页。thenfrom (7c) & (7d) A1 = G, A2 = -G/

5、2 ( 8 ) In equation (8), a = a (t*)In addition (continuity theory)(9)式（式（8）与（）与（9）便是）便是(bin sh)定解问题式（定解问题式（7）的解。）的解。第29页/共41页第三十页，共41页。(2) Gardner & Hillel 关于土柱均匀蒸发的近似解关于土柱均匀蒸发的近似解假定：整个土壤假定：整个土壤(trng)剖面以近似相等的速率损失水分，即土柱剖面以近似相等的速率损失水分，即土柱剖面呈近似均匀干燥（蒸发）状态（要求：土柱较短、剖面呈近似均匀干燥（蒸发）状态（要求：土柱较短、或初始含水率较大、或蒸发强度较弱

6、，即或初始含水率较大、或蒸发强度较弱，即Covey定义的定义的G较小时）较小时） 水分损失的速率为：水分损失的速率为：Eqn. (1c) f1(t) = ELet )(ekkDD第30页/共41页第三十一页，共41页。)(2e1dde22)()(tfLzzDEzEzLEDkkkkE0 k c第31页/共41页第三十二页，共41页。假定第一阶段结束时（假定第一阶段结束时（t = tc），剖面含水率分布为），剖面含水率分布为 c(z)/1)()0(2ckctf21121ln1)(LzDELzkkc关于关于tc的确定：的确定： 设设t = tc时，剖面含水率的平均值为时，剖面含水率的平均值为 ，则，

7、则czLzbLzzLLkLccd 111ln1d)(12100here, , thenkDELb21第32页/共41页第三十三页，共41页。herefrom4.5.2 表土蒸发强度递减表土蒸发强度递减(djin)阶段土壤水分阶段土壤水分的运动的运动第33页/共41页第三十四页，共41页。4.5.3 表土瞬时变干时土壤水分运动的求解表土瞬时变干时土壤水分运动的求解 均质土壤、半无限剖面均质土壤、半无限剖面(pumin)、初始含水率均匀分布、初始含水率均匀分布 (Gardner, 忽略重力项忽略重力项)第34页/共41页第三十五页，共41页。evaporation1.evaporationtran

8、spirationevapotranspiration第35页/共41页第三十六页，共41页。2Physical condition of evaporation latent heat requirement 潜热潜热(qinr)需求需求 vapor pressure gradient 水蒸汽压梯度水蒸汽压梯度 continual supply of water 连续的水补给连续的水补给3The three stages of evaporation (from the saturated soils) steady state or E 0E0 k cE0第36页/共41页第三十七页，共4

9、1页。4Steady evaporation 稳定蒸发稳定蒸发(zhngf) in the presence of groundwater table for homogeneous soils均质土壤：均质土壤：sKEDzd)()(sssKEsKz0d)()(orora. Gardner:b. E H (sH) & E E0 Averiyanov Equation:第37页/共41页第三十八页，共41页。 for inhomogeneous soils: 非均质土壤非均质土壤(trng)：si-1 s0isi s0(i+1)E = q1 = q2 si = s0( i +1) 5Unstea

10、dy evaporation 非稳定非稳定(wndng)蒸发蒸发Coveys solutionGardner 第38页/共41页第三十九页，共41页。某地地下水埋深保持为某地地下水埋深保持为1.0m，剖面土壤为均质，剖面土壤为均质壤土，其非饱和导水率壤土，其非饱和导水率K(s)=Kse-s，其中：，其中：Ks= 8.64 cm d-1 ，为饱和导水率，为饱和导水率，=0.03 cm-1 ；水分；水分(shufn)特征曲线为特征曲线为初始时刻，剖面土壤饱和，实验开始初始时刻，剖面土壤饱和，实验开始(kish)后，地表维持蒸发强度后，地表维持蒸发强度E= 2.5 mm d-1 不变。不变。第39页/共41页第四十页，共41页。1.0mzE0(1) 试写出该土壤容水度试写出该土壤容水度C(s)的表达式。的表达式。(2) 试列出该实验试列