灌溉排水工程学1-1-2013.ppt

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第一章第一章农田水分状况农田水分状况1第一章农田水分状况与土壤水分运动第一章农田水分状况与土壤水分运动Fieldwaterregimeandsoilwatermovement了解入渗及蒸发条件下土壤水分运动数学模型的建模过程了解入渗及蒸发条件下土壤水分运动数学模型的建模过程及求解方法及求解方法;了解土壤了解土壤-植物植物-大气连续系统原理大气连续系统原理（SPAC）；理解土水势、土壤水吸力、土壤水分特征曲线的概念及其理解土水势、土壤水吸力、土壤水分特征曲线的概念及其应用；应用；掌握土壤水分运动基本方程的推导以及入渗条件下土壤水掌握土壤水分运动基本方程的推导以及入渗条件下土壤水分运动基本方程的菲利普近似解分运动基本方程的菲利普近似解;掌握考斯加可夫公式在农业水利工程中的应用。

掌握考斯加可夫公式在农业水利工程中的应用。

教教学学目目的的2何谓农田水分状况？

为什么要学习和研究农田水分状况？

何谓农田水分状况？

为什么要学习和研究农田水分状况？

1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions31.农田水分一般存在三种基本形式农田水分一般存在三种基本形式

（1）地面水）地面水surfacewater

（2）地下水）地下水groundwater（3）土壤水）土壤水soilwater一、农田水分存在的形式与作物生长的关系一、农田水分存在的形式与作物生长的关系1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions4土壤水土壤水soilwater固态水固态水Solid-statewater气态水气态水Vaporphasewater液态水液态水Liquidstatewater吸湿水吸湿水hydroscopicwater薄膜水薄膜水adhesivewater毛管水毛管水CapillaryWater重力水重力水gravitationalwater1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions5汽态水汽态水（Vapor）汽态水：

汽态水：

存在于土壤空隙存在于土壤空隙中的水汽中的水汽1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions6吸着水吸着水（Hygroscopicwater）土土粒粒薄膜水：

薄膜水：

吸湿水吸湿水:

1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions7毛管水毛管水:

1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions8Smallerporesholdwaterwithgreaterenergy1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions9毛管水的上升高度：

毛管水的上升高度：

TrhT=surfacetension=wettingangler=radiusofpored=densityofwaterg=gravity1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions10上升毛管水上升毛管水悬着毛管水悬着毛管水1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions11重力水（重力水（GravitationalWater）1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions重力水：

重力水：

12饱和含水率（饱和含水率（Saturation）一、基本概念一、基本概念2.土壤水分常数土壤水分常数土壤水分常数土壤水分常数吸湿系数吸湿系数（HygroscopicCoefficient）:

最大分子持水率：

最大分子持水率：

凋萎系数（凋萎系数（WiltingPoint）田间持水率（田间持水率（FieldCapacity）1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions13一、基本概念一、基本概念1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions141-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions15关于土壤水分的几点补充关于土壤水分的几点补充水分的形态是变化的水分的形态是变化的,可以互相转化的可以互相转化的土壤水分的有效性是从作物能否直接吸收而言土壤水分的有效性是从作物能否直接吸收而言,是是相对的相对的田间持水率通常以灌水两天后土壤所能保持的含水田间持水率通常以灌水两天后土壤所能保持的含水率表示，国外一般以灌水率表示，国外一般以灌水24小时后的土壤含水率表小时后的土壤含水率表示示1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions163.土壤含水率的表示方法土壤含水率的表示方法

（1）以土壤绝对含水率）以土壤绝对含水率表示表示1）以占土壤重量的百分数表示（）以占土壤重量的百分数表示（）1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions172）以占土壤容积的百分数表示（）以占土壤容积的百分数表示（）3）以水层厚度的毫米表示）以水层厚度的毫米表示（为土壤容重）为土壤容重）1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions184）以水的体积表示（）以水的体积表示（m3/亩）亩）土壤贮水量土壤贮水量（m3/亩）亩）=水层厚度水层厚度（mm）

（2）以土壤的相对含水率表示）以土壤的相对含水率表示1）以占田间持水率的百分数表示：

）以占田间持水率的百分数表示：

2）以占饱和含水率的百分数表示）以占饱和含水率的百分数表示1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions19烘干测定法烘干测定法1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions20仪器准备仪器准备取土取土称重称重烘干烘干称重称重计算计算1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions212500S电子张力计电子张力计（法国）（法国）1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions221-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions23定义定义：

在标准大气压下，从水池中把无限少量的纯水从在标准大气压下，从水池中把无限少量的纯水从规定的高度（通常以规定的高度（通常以groundwatertablelevel）为其规）为其规定高度）等温和可逆地移运到土壤中某一吸水点使之成定高度）等温和可逆地移运到土壤中某一吸水点使之成为土壤水，所必需做的每单位水的功。

为土壤水，所必需做的每单位水的功。

二、土壤水分的能量概念二、土壤水分的能量概念1土水势土水势Soilwaterpotential1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions24一、基本概念一、基本概念w=m+s+g基质势基质势（MatricPotential）土壤基质的吸附力和土壤基质的吸附力和毛管力所引起的水势毛管力所引起的水势渗透势渗透势（OsmoticPotential）土壤水分土壤水分中的溶质所引起的水势中的溶质所引起的水势重力势（重力势（GravitationalPotential）重力引起的重力引起的土壤水势土壤水势土壤水势土壤水势1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions25土壤水分是由土壤水吸力低的地方流向吸力高的地方。

土壤水分是由土壤水吸力低的地方流向吸力高的地方。

土壤水能量单位为土壤水能量单位为Pa。

2土壤水吸力土壤水吸力SoilWaterSuction

（1）土壤水吸力只包括基模吸力和渗透吸力；）土壤水吸力只包括基模吸力和渗透吸力；

（2）土壤水吸力在概念上虽不是指土壤对水分的吸力，但是在数量）土壤水吸力在概念上虽不是指土壤对水分的吸力，但是在数量指标上它是用土壤对水分的吸力来表示的（用压力单位）；指标上它是用土壤对水分的吸力来表示的（用压力单位）；（3）土水势为负值，土壤水吸力为正值，就基模势和渗透来说，土）土水势为负值，土壤水吸力为正值，就基模势和渗透来说，土水势的数值与土壤水吸力的数值是相等的，只是符号相反。

水势的数值与土壤水吸力的数值是相等的，只是符号相反。

1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions26电信号张力计（美国）电信号张力计（美国）张力计结构示意图张力计结构示意图1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions27土壤水分特征曲线是采用原状土样，测定其在不同土壤水土壤水分特征曲线是采用原状土样，测定其在不同土壤水吸力（负压）下的含水率后绘制的吸力（负压）下的含水率后绘制的3土壤水分特征曲线土壤水分特征曲线Soilmoisturecharacteristiccurves定义：

定义：

土壤水吸力随土壤含水量变化的关系曲线。

土壤水吸力随土壤含水量变化的关系曲线。

该曲线的制作依据了以下三条假设：

该曲线的制作依据了以下三条假设：

（1）地下水面以上有一个无限长的土柱；）地下水面以上有一个无限长的土柱；

（2）地下水位长期保持不变；）地下水位长期保持不变；（3）地表不发生蒸发和入渗。

）地表不发生蒸发和入渗。

1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions28土壤水分特征曲线的测定多用压力膜法土壤水分特征曲线的测定多用压力膜法土壤水分特征曲线的测定多用压力膜法土壤水分特征曲线的测定多用压力膜法1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions29一、基本概念一、基本概念土壤水分特征曲线有滞后土壤水分特征曲线有滞后现象现象0200400600800100012002040土壤负压土壤负压-h（cm）含水率含水率（%）粘土粘土壤土壤土砂土砂土表示土壤负压（基质势）表示土壤负压（基质势）与土壤含水率关系的曲线与土壤含水率关系的曲线土质不同，土壤水分特征土质不同，土壤水分特征曲线不同，或者说土壤水曲线不同，或者说土壤水分特征曲线反映了不同土分特征曲线反映了不同土质的水力特性质的水力特性1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions30一、基本概念一、基本概念土壤水分特征曲线的滞后现象土壤水分特征曲线的滞后现象（Hysteresis）0200400600800100012002040土壤负压土壤负压-h（cm）含水率含水率（%）壤土壤土滞后现象产生的原因主要有：

滞后现象产生的原因主要有：

（1）土壤孔隙的不规则性土壤孔隙的不规则性

（2）吸水过程中，空气常被吸水过程中，空气常被封闭于土壤孔隙中封闭于土壤孔隙中吸水吸水释水释水1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions31不同土壤质地对土壤水分特征曲线的影响不同土壤质地对土壤水分特征曲线的影响不同土壤质地对土壤水分特征曲线的影响不同土壤质地对土壤水分特征曲线的影响1-1农田水分状况农田水分状况fieldmoistureconditions32（5）利用土壤水分特征曲线来说明土壤水分数量与作物生）利用土壤水分特征曲线来说明土壤水分数量与作物生长的关系，比用土壤水分形态来说明要清楚得多。

长的关系，比用土壤水分形态来说明要清楚得多。

土壤水分特征曲线说明了：

土壤水分特征曲线说明了：

（1）土壤水吸力与土壤含水率之间的关系；）土壤水吸力与土壤含水率之间的关系；

（2）土壤水分的有效性不在于土壤含水率的高低而在于吸）土壤水分的有效性不在于土壤含水率的高低而在于吸力的大小，同一含水率砂土和壤土的吸力小，粘土的吸力力的大小，同一含水率砂土和壤土的吸力小，粘土的吸力大；大；（3）土壤水分特征曲线