单位水力梯度下,土壤水流通量。其量纲为〔LT-1〕,常用厘米/秒或米/日表示,亦称导水率,是分析土壤中水流运动的重要参数。根据达西定律,一维垂直土壤水流运动方程为: 土壤水力传导度 式中 q为土壤水的通量;z为垂直坐标;θ为土壤体积含水率
单位水力梯度下,土壤水流通量。其量纲为〔LT-1〕,常用厘米/秒或米/日表示,亦称导水率,是分析土壤中水流运动的重要参数。
土壤水力传导度
式中 q为土壤水的通量;z为垂直坐标;θ为土壤体积含水率;K(θ)为土壤水力传导度,当土壤为非饱和时,为θ的函数;当土壤饱和时,是与土壤含水率无关的常数,记作K;ψ为土壤的总水势,包括重力势和基质势两部分,即当z向下为正时:
土壤水力传导度
式中ψm为基质势。
在土壤处于饱和状态时,土壤水力传导度常称为渗透系数。由于土壤饱和时,所有孔隙都充满了水,且都可以导水,所以土壤的水力传导度最高。在非饱和土壤中,有些孔隙是充气的,土壤的横断面上导水孔隙减少,水力传导度降低。同时,在吸力增加时,最先排出的是大孔隙中的水分,其余土壤水分在较小孔隙中流动,而水在孔隙中流动的速度又是随孔径的减小而减小,因此,非饱和土壤水力传导度也随之降低。另外,当大孔隙中水排出后,它就成为水流流向相邻孔隙的障碍,这也是非饱和土壤水力传导度降低的一个原因。由于上述缘由,土壤水从饱和过渡到非饱和时,土壤水力传导度将急剧降低。当吸力从零增加到0.1兆帕(1巴)时,土壤水力传导度可以降低几个数量级(有时降低到饱和时数值的1/100000)。
土壤水力传导度与含水率或吸力有密切关系,以一个非饱和的水平土柱为例,当水流在吸力作用下流动时,若土柱两端的吸力水头保持恒定,则水通量是稳定的。若土柱很短,使两个观测点的距离较小,可计算出土样的某一平均吸力时的平均水力传导度(即。其中△x为水平距离,△Hm为两观测点的吸力差)。
在同一平均吸力时,通量与吸力梯度成正比。可是,通量和吸力梯度关系直线的斜率随不同的平均吸力而变(见图1)。在饱和土壤中则相反,土壤水力传导度一般不随水势或压力的数值而变。
不同质地土壤水力传导度与吸力的关系如图2所示。图2表明,虽然沙质土在非饱和时水力传导度Ks 1高于粘质土饱和时的水力传导度Ks2。但沙质土在非饱和时,水力传导度随吸力增加而急剧降低,且很快就低于粘质土的水力传导度。
图1 非饱和土壤水力传导度与平均吸力的关系
图2 不同质地土壤水力传导度与吸力的关系(对数比尺)
土壤水力传导度与吸力和含水率的关系还没有理论公式,但曾提出很多经验公式,常用的非饱和土壤水力传导度的经验公式有:
土壤水力传导度
以上各式中 K为非饱和土壤水力传导度。Ks为同种土壤饱和时的水力传导度(渗透系数),a、b、n均为经验常数(每一公式中数值不同),ψm为吸力水头。θ为体积含水率,θs和θo分别代表同种土壤饱和时的含水率和不易移动部分的含水率,ψmc为K=K,时的吸力水头。以上公式中经验常数值必须用试验测定。
土壤水力传导度的测定方法较多,饱和土壤的渗透系数常用达西试验装置测定。非饱和土壤水力传导度常用垂直土柱入渗法,水平短土柱法,瞬时剖面法等方法测定。但这些方法均假设土壤各向同性,故在田间运用中有一定的局限性。
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