水文学原理(第五节)课件

2016年7月17日发生在湖南省古丈县墨戎镇的山洪与山体滑坡。2016年7月17日发生在湖南省古丈县墨戎镇的山洪与1下渗(Infiltration)内容提纲①流域下垫面水分分带②下渗过程③下渗与降雨强度的关系④下渗的影响因素下渗(Infiltration)内容提纲①流域下垫面水分分2目标一：理解下渗过程3阶段各自的特征目标二：理解下渗特征和雨强的关系教学目标难点一：下渗不同阶段土壤水的类型及作用力难点二：稳定下渗率<降雨强度<初始下渗能力学习难点下渗(Infiltration)目标一：理解下渗过程3阶段各自的特征教学目标难点一：下渗不同3第一节流域下垫面水分分带（

MoistureZonationofUnderlyingSurface

）第一节流域下垫面水分分带4包气带（非饱和带）：土壤颗粒、水、空气三相系统。由于存在土壤颗粒吸附力和毛管力，水压力小于大气压。地下水面：包气带中有未充满水的空隙与大气相通，在地下水面处水压力等于大气压。饱水带（饱和带）：土壤颗粒和水二相系统。包气带P＜0地下水面P=0饱和带P＞0包气带（非饱和带）：土壤颗粒、水、空气三相系统。由于存在土壤5毛管悬着带：包气带上部靠近地表面的土壤，可与外界进行水分交换。中间包气带：指毛管悬着水带与毛管水上升带之间的土层。该区间土壤含水量较小且稳定。毛管水上升带：在地下水面以上，由于土壤毛管力的作用，一部分水分沿着土壤孔隙侵入地下水面以上的土壤中，形成的水分带。该区间土壤含水量自下而上逐渐减小。毛管悬着带：包气带上部靠近地表面的土壤，可与外界进行水分交换6第二节下渗过程（ProcessofInfiltration）1、与下渗相关的概念下渗:水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到土壤中的运动过程。第二节下渗过程1、与下渗相关的概念下渗:水分透过土壤层7土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的变化曲线。土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的变8下渗率（f）:单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量(mm/min,mm/h)。稳定下渗率（fc）：处于稳定不变时的下渗率。下渗能力/容量（fp）:供水充分条件下的下渗率。下渗率（f）:单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的9下渗曲线：下渗能力（充分供水下）随时间变化的曲线。下渗能力随时程递减，初期土壤含水率低时，fp很大，后期土壤含水率趋于饱和时，fp趋于稳定。下渗曲线：下渗能力（充分供水下）随时间变化的曲线。下渗能力随10累积下渗曲线:从下渗开始至某时刻下渗到土壤中的总水量与该时间的关系曲线累积下渗曲线:从下渗开始至某时刻下渗到土壤中的总水量与该时间11

下渗3阶段划分依据：水分下渗过程中所受的力（分子力、毛管力和重力）和运动特征渗润阶段渗漏阶段渗透阶段2、下渗过程下渗3阶段划分依据：水分下渗过程中所受的力（分子力、12渗润阶段——主要受分子力作用，入渗水成为吸湿水和薄膜水，当土壤含水量达到最大分子持水量时结束。渗润阶段——主要受分子力作用，入渗水成为吸湿水和薄膜水，当土13毛管悬着水渗漏阶段——主要受毛管力、重力作用，当土壤含水量达到饱和时结束。毛管悬着水渗漏阶段——主要受毛管力、重力作用，当土壤含水量达14渗透阶段—受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗。重力水：土壤中在重力的作用下能自由移动的水分。

特点：

具有一般液体的性质，可传递压力；

可被植物吸收；

不易保存在包气带中；

地下水的重要补给来源。渗透阶段—受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗。重力水：土15渗润阶段：主要受分子力作用，入渗水成为薄膜水，当土壤含水量达到最大分子持水量时结束。渗漏阶段：主要受毛管力、重力作用，入渗水主要成为毛管水，当土壤含水量达到饱和含水量时结束。渗透阶段：受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗出。渗润阶段：主要受分子力作用，入渗水成为薄膜水，当土壤含水量达16土壤水分常数干燥最大分子持水量饱和含水量渗润阶段渗漏阶段渗透阶段阶段类型分子力毛管力、重力重力作用力类型吸湿水薄膜水毛管水、重力水重力水土壤水类型土壤水分常数干燥最大分子持水量饱和含水量渗润阶段渗漏阶段渗透17下渗各阶段特征下渗强度大且衰减明显下渗强度变化缓慢下渗强度小而稳定下渗渗润阶段渗漏阶段渗透阶段属非饱和水流运动稳定的饱和水流运动下渗各阶段特征下渗强度大且衰减明显下渗强度变化缓慢下渗强度小183、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量接近饱和含水量，厚度不超过1.5cm。土壤含水量随深度增加急剧减小土壤含水量随深度迅速减少在湿润带末端，土壤含水量突变，与下层干土有明显界面，称湿润锋面。土壤含水量大约为饱和含水量的60-80%3、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量19习题❶稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是[]。A、毛管水

B、薄膜水C、重力水D、吸湿水❷渗漏阶段，下渗水分的存在形式是[]。A、毛管水B、薄膜水C、重力水D、吸湿水习题❶稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是[]。❷20第三节下渗与降雨强度的关系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）均匀雨强时的下渗情况一：降雨强度大于初始下渗能力情况二：降雨强度小于稳定下渗率情况三（难点）：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力变雨强时的下渗第三节下渗与降雨强度的关系均匀雨强时的下渗变雨强时的下渗211、均匀雨强时的下渗第三节下渗与降雨强度的关系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）情况一：降雨强度大于初始下渗能力1、均匀雨强时的下渗第三节下渗与降雨强度的关系情况一：降22情况二：降雨强度小于稳定下渗率情况二：降雨强度小于稳定下渗率23情况三：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力答案是“否”

情况三：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力答案是“否24

（1）假设按fp下渗，fp从fp0降到i的累积下渗量F=SABCD,即要F达到SABCD，i才恰好等于fp。（2）由于实际按i下渗，（0，tp）累积下渗量F=SEBCD,故tp时刻不产流。（3）当tp1=SABCD/i时，tp1时刻产流。

（1）假设按fp下渗，fp从fp0降到i25☆习题

☆习题

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272、变雨强时的下渗2、变雨强时的下渗28第四节下渗的影响因素（

InfluencingFactorsofInfiltration）土壤的机械物理性质与水分物理性质流域地面情况(地形、植被)人类活动第四节下渗的影响因素土壤的机械物理性质与水分物理性质29土壤的机械物理性质与水分物理性质土壤的机械物理性质包括土壤的颗粒组成及其结构；土壤的水分物理性质包括孔隙度、土壤含水量及其分布。土壤的机械物理性质与水分物理性质土壤的机械物理性质包括土壤的30流域地面情况有植被的地区下渗较裸土地区为大。因为植被阻滞地面径流，增加了下渗时间；枯枝落叶及根系的腐烂使土壤更易透水。流域地面情况有植被的地区下渗较裸土地区为大。因为植被阻滞地面31当地形比较破碎时，下渗量大。当地面坡度大时，下渗量小。当地形比较破碎时，下渗量大。32人类活动（增大或减小）坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水的滞留时间，从而增大下渗量。砍伐森林、过度放牧，则加剧水土流失，从而减少下渗量。人类活动（增大或减小）坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水33在地下水资源不足的地区采用人工回灌，可以增加下渗水量。在低洼易涝地区，开挖排水沟渠可减小下渗。在地下水资源不足的地区采用人工回灌，可以增加下渗水量。在低洼34☆课程小结1、掌握理解下渗过程3阶段的特征2、掌握理解下渗不同阶段土壤水的类型及作用力3、掌握理解下渗特征和雨强的关系☆课程小结1、掌握理解下渗过程3阶段的特征35☆思考题与作业（1）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征（2）简述天然条件下的下渗过程（分类描述）☆思考题与作业（1）简述下渗过程的各阶段受力状况及运动特征36

2016年7月17日发生在湖南省古丈县墨戎镇的山洪与山体滑坡。2016年7月17日发生在湖南省古丈县墨戎镇的山洪与37下渗(Infiltration)内容提纲①流域下垫面水分分带②下渗过程③下渗与降雨强度的关系④下渗的影响因素下渗(Infiltration)内容提纲①流域下垫面水分分38目标一：理解下渗过程3阶段各自的特征目标二：理解下渗特征和雨强的关系教学目标难点一：下渗不同阶段土壤水的类型及作用力难点二：稳定下渗率<降雨强度<初始下渗能力学习难点下渗(Infiltration)目标一：理解下渗过程3阶段各自的特征教学目标难点一：下渗不同39第一节流域下垫面水分分带（

MoistureZonationofUnderlyingSurface

）第一节流域下垫面水分分带40包气带（非饱和带）：土壤颗粒、水、空气三相系统。由于存在土壤颗粒吸附力和毛管力，水压力小于大气压。地下水面：包气带中有未充满水的空隙与大气相通，在地下水面处水压力等于大气压。饱水带（饱和带）：土壤颗粒和水二相系统。包气带P＜0地下水面P=0饱和带P＞0包气带（非饱和带）：土壤颗粒、水、空气三相系统。由于存在土壤41毛管悬着带：包气带上部靠近地表面的土壤，可与外界进行水分交换。中间包气带：指毛管悬着水带与毛管水上升带之间的土层。该区间土壤含水量较小且稳定。毛管水上升带：在地下水面以上，由于土壤毛管力的作用，一部分水分沿着土壤孔隙侵入地下水面以上的土壤中，形成的水分带。该区间土壤含水量自下而上逐渐减小。毛管悬着带：包气带上部靠近地表面的土壤，可与外界进行水分交换42第二节下渗过程（ProcessofInfiltration）1、与下渗相关的概念下渗:水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到土壤中的运动过程。第二节下渗过程1、与下渗相关的概念下渗:水分透过土壤层43土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的变化曲线。土壤水分剖面(土壤含水率垂向分布):土壤含水率沿深度方向的变44下渗率（f）:单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量(mm/min,mm/h)。稳定下渗率（fc）：处于稳定不变时的下渗率。下渗能力/容量（fp）:供水充分条件下的下渗率。下渗率（f）:单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的45下渗曲线：下渗能力（充分供水下）随时间变化的曲线。下渗能力随时程递减，初期土壤含水率低时，fp很大，后期土壤含水率趋于饱和时，fp趋于稳定。下渗曲线：下渗能力（充分供水下）随时间变化的曲线。下渗能力随46累积下渗曲线:从下渗开始至某时刻下渗到土壤中的总水量与该时间的关系曲线累积下渗曲线:从下渗开始至某时刻下渗到土壤中的总水量与该时间47

下渗3阶段划分依据：水分下渗过程中所受的力（分子力、毛管力和重力）和运动特征渗润阶段渗漏阶段渗透阶段2、下渗过程下渗3阶段划分依据：水分下渗过程中所受的力（分子力、48渗润阶段——主要受分子力作用，入渗水成为吸湿水和薄膜水，当土壤含水量达到最大分子持水量时结束。渗润阶段——主要受分子力作用，入渗水成为吸湿水和薄膜水，当土49毛管悬着水渗漏阶段——主要受毛管力、重力作用，当土壤含水量达到饱和时结束。毛管悬着水渗漏阶段——主要受毛管力、重力作用，当土壤含水量达50渗透阶段—受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗。重力水：土壤中在重力的作用下能自由移动的水分。

特点：

具有一般液体的性质，可传递压力；

可被植物吸收；

不易保存在包气带中；

地下水的重要补给来源。渗透阶段—受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗。重力水：土51渗润阶段：主要受分子力作用，入渗水成为薄膜水，当土壤含水量达到最大分子持水量时结束。渗漏阶段：主要受毛管力、重力作用，入渗水主要成为毛管水，当土壤含水量达到饱和含水量时结束。渗透阶段：受重力作用，入渗水成为自由重力水向下渗出。渗润阶段：主要受分子力作用，入渗水成为薄膜水，当土壤含水量达52土壤水分常数干燥最大分子持水量饱和含水量渗润阶段渗漏阶段渗透阶段阶段类型分子力毛管力、重力重力作用力类型吸湿水薄膜水毛管水、重力水重力水土壤水类型土壤水分常数干燥最大分子持水量饱和含水量渗润阶段渗漏阶段渗透53下渗各阶段特征下渗强度大且衰减明显下渗强度变化缓慢下渗强度小而稳定下渗渗润阶段渗漏阶段渗透阶段属非饱和水流运动稳定的饱和水流运动下渗各阶段特征下渗强度大且衰减明显下渗强度变化缓慢下渗强度小543、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量接近饱和含水量，厚度不超过1.5cm。土壤含水量随深度增加急剧减小土壤含水量随深度迅速减少在湿润带末端，土壤含水量突变，与下层干土有明显界面，称湿润锋面。土壤含水量大约为饱和含水量的60-80%3、下渗过程中土壤含水量的垂向分布特征（充分供水）土壤含水量55习题❶稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是[]。A、毛管水

B、薄膜水C、重力水D、吸湿水❷渗漏阶段，下渗水分的存在形式是[]。A、毛管水B、薄膜水C、重力水D、吸湿水习题❶稳定下渗阶段，降水补给地下径流的水分主要是[]。❷56第三节下渗与降雨强度的关系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）均匀雨强时的下渗情况一：降雨强度大于初始下渗能力情况二：降雨强度小于稳定下渗率情况三（难点）：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力变雨强时的下渗第三节下渗与降雨强度的关系均匀雨强时的下渗变雨强时的下渗571、均匀雨强时的下渗第三节下渗与降雨强度的关系（

Relationshipbetweeninfiltrationandrainfallintensity）情况一：降雨强度大于初始下渗能力1、均匀雨强时的下渗第三节下渗与降雨强度的关系情况一：降58情况二：降雨强度小于稳定下渗率情况二：降雨强度小于稳定下渗率59情况三：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力答案是“否”

情况三：降雨强度大于稳定下渗率而小于初始下渗能力答案是“否60

（1）假设按fp下渗，fp从fp0降到i的累积下渗量F=SABCD,即要F达到SABCD，i才恰好等于fp。（2）由于实际按i下渗，（0，tp）累积下渗量F=SEBCD,故tp时刻不产流。（3）当tp1=SABCD/i时，tp1时刻产流。

（1）假设按fp下渗，fp从fp0降到i61☆习题

☆习题

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