土壤水動(dòng)力學(xué)SWD1緒論課件

1、土壤水動(dòng)力學(xué)Soil Water Dynamics 毛 曉 敏 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院Tel:mail: 土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論n雷志棟，楊詩(shī)秀，謝森傳 土壤水動(dòng)力學(xué)清華大學(xué)出版社，1988n尚松浩，毛曉敏，雷志棟，楊詩(shī)秀土壤水分動(dòng)態(tài)模擬模型及其應(yīng)用科學(xué)出版社，2009n馮紹元. 土壤水動(dòng)力學(xué)（教案）. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院.教材及主要參考書：土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論參考書：n張蔚榛等. 地下水與土壤水動(dòng)力學(xué). 中國(guó)水利水電出版社. 1996n邵明安，王全九,黃明斌. 土壤物理學(xué). 高等教育出版社. 2006n秦耀東. 土壤物理學(xué). 高等教育出

2、版社. 2003nJury WA, Horton R. 2004. Soil Physics. 6th ed. John Wiley & Sons,Inc.nKutilek M, Nielsen DR. Soil Hydrology. Catena Verlag, 1994 土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論第1章 緒論n學(xué)科與應(yīng)用背景n主要內(nèi)容與研究方法n教學(xué)計(jì)劃土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論1.1 土壤水動(dòng)力學(xué)的學(xué)科與應(yīng)用背景1.1.1 土壤水動(dòng)力學(xué)的學(xué)科背景 土壤水動(dòng)力學(xué)是以土壤中水分的能態(tài)為基礎(chǔ)，研究非飽和土壤中水分、溶質(zhì)和熱量運(yùn)移問(wèn)題的學(xué)科。n流體：均勻流體、非均勻流體（可溶混、不可溶混）n介質(zhì)

3、：u孔隙介質(zhì)u裂隙介質(zhì)、裂隙-孔隙雙重空隙介質(zhì)u巖溶管道、巖溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介質(zhì)土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論n流體力學(xué)u滲流力學(xué)，多孔介質(zhì)流體動(dòng)力學(xué)：流體（水、氣、油）在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)t地下水動(dòng)力學(xué)土壤飽和區(qū)水分、溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)t土壤水動(dòng)力學(xué)土壤非飽和區(qū)水分、溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)t.n土壤學(xué)土壤物理土壤水分n其他相關(guān)學(xué)科：u水文學(xué)，氣象學(xué)，灌溉排水，水土保持， 土壤環(huán)境土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論1.1.2 土壤水動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用背景 土壤水動(dòng)力學(xué)是許多學(xué)科的基礎(chǔ)，它土壤水動(dòng)力學(xué)是許多學(xué)科的基礎(chǔ)，它的研究涉及的研究涉及農(nóng)田水利學(xué)、水文學(xué)、地下水農(nóng)田水利學(xué)、水文學(xué)、地下水文學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、土壤物理學(xué)、環(huán)境科文

4、學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、土壤物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)學(xué)等學(xué)科。等學(xué)科。土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論應(yīng)用領(lǐng)域（1）n合理開發(fā)和科學(xué)管理水資源合理開發(fā)和科學(xué)管理水資源 隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對(duì)水資源的要求日益增加，為了合理開發(fā)利用和科學(xué)管理水資源，必須正確評(píng)價(jià)水資源的數(shù)量和質(zhì)量。降雨、地表水、土壤水和地下水之間是相互轉(zhuǎn)化的，地表水和降雨入滲對(duì)地下水的補(bǔ)給，地下水的蒸發(fā)消耗都需要通過(guò)土壤的非飽和帶。因此，土壤水動(dòng)力學(xué)是地下水文學(xué)和地下水資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)理論。土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論(1) 水文循環(huán)機(jī)理與模型四水轉(zhuǎn)化：降水大氣水土壤水地下水地表水蒸發(fā)三水降水 地表水 地下水四水大氣水 土壤水 地表水 地下水五水

5、降水 土壤水 地表水 地下水 植物水土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論(2) 水文循環(huán)機(jī)理與模型地下水均衡：PI GGHPI GcE0ET P降雨 I渠灌 G井灌 地下水均衡H = P + I (1-) G cE0 Q 降雨入滲補(bǔ)給系數(shù) = Pg / P 灌溉入滲補(bǔ)給系數(shù) = Ig / I 井灌入滲補(bǔ)給系數(shù) = Gg / G 潛水蒸發(fā)系數(shù) c = Eg/E0 給水度 土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論(3) 水文循環(huán)機(jī)理與模型流域水文模型u經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，概念模型，機(jī)理模型u集總式模型，分布式水文模型灌 溉降 水透水面積不透水面積直接產(chǎn)流上層毛管水上層重力水下層毛管水下層重力水地 下 水抽水地下水調(diào)蓄地下水調(diào)蓄地表

6、徑流壤中流溝渠河排泄?jié)撍舭l(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)蒸發(fā)總蒸發(fā)匯流土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論應(yīng)用領(lǐng)域（2）n調(diào)控農(nóng)田墑情，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水調(diào)控農(nóng)田墑情，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水 土壤水是農(nóng)作物吸收利用的農(nóng)田水分的主要形式。農(nóng)田灌溉和排水的基本任務(wù)即是調(diào)節(jié)控制土壤水分狀況，達(dá)到農(nóng)作物節(jié)水增產(chǎn)的要求。為了正確地?cái)M定作物的灌溉制度，選取合理的排水規(guī)格和灌水技術(shù)，有效地管理灌溉排水系統(tǒng)，必須了解土壤水運(yùn)動(dòng)規(guī)律和掌握土壤水動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論。土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論u作物需水規(guī)律u農(nóng)田水分轉(zhuǎn)化與消耗規(guī)律uSPAC（土壤植物大氣連續(xù)體）水分運(yùn)移u土壤水分的變化對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量的影響u農(nóng)田水分的高效利用u林、草生態(tài)需水規(guī)律土壤水動(dòng)力學(xué) 第

7、1章 緒論應(yīng)用領(lǐng)域（3）n土壤改良和水土環(huán)境的改善土壤改良和水土環(huán)境的改善 我國(guó)北方和南方沿海地區(qū)均有一些鹽堿荒地，在耕地中還有大面積的次生鹽堿化土壤或受到鹽堿化的威脅。一些缺水地區(qū)只能利用微咸地下水進(jìn)行灌溉，為了改良利用鹽堿地和預(yù)防土壤次生鹽堿化，必須了解鹽分和水分的運(yùn)移規(guī)律。同時(shí)，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)的有害物質(zhì)，農(nóng)田施用的化肥和農(nóng)藥對(duì)土壤和地下水的污染日益嚴(yán)重，為了進(jìn)行環(huán)境污染的預(yù)測(cè)和防治，也必須掌握土壤水動(dòng)力學(xué)的基本理論。土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論u污染物在土壤水、地下水中的運(yùn)移t鹽分t重金屬t化肥、農(nóng)藥t油類t土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論1.2 土壤水動(dòng)力學(xué)的主要內(nèi)容與研究方法1.

8、2.1 土壤水動(dòng)力學(xué)的發(fā)展概況n1856年：Darcy定律（飽和水）n1907年：Buckingham提出毛管勢(shì)的概念，以后逐漸發(fā)展為土水勢(shì)；將Darcy定律推廣非飽和土壤水n1931年：Richards推導(dǎo)出了非飽和水流的基本方程Richards方程n1966年：Philip 提出土壤植物大氣連續(xù)體（SPAC）的概念n上世紀(jì)末計(jì)算機(jī)技術(shù)數(shù)值模擬 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)技術(shù)和混沌分形理論優(yōu)先流土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論1.2.2 土壤水動(dòng)力學(xué)的主要內(nèi)容n基本理論：u土壤水的能態(tài)土水勢(shì)u土壤水運(yùn)動(dòng)基本方程Richards方程n土壤水分運(yùn)動(dòng)：u入滲u蒸發(fā)n土壤水熱運(yùn)移n土壤水鹽運(yùn)移n土壤-植物-大氣關(guān)系u騰發(fā)量

9、計(jì)算uSPAC水熱運(yùn)移n土壤水分動(dòng)態(tài)模擬模型n土壤水分運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬方法和軟件應(yīng)用n土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)定和土壤特性的空間變異性土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論教學(xué)計(jì)劃序號(hào)內(nèi)容授課時(shí)間1緒論1學(xué)時(shí)2土壤和水的基本概念2學(xué)時(shí)3土壤水運(yùn)動(dòng)的基本理論與研究方法3學(xué)時(shí)4土壤水運(yùn)動(dòng)分析入滲3學(xué)時(shí)4土壤水運(yùn)動(dòng)分析蒸發(fā)3學(xué)時(shí)5土壤水鹽運(yùn)移4學(xué)時(shí)6土壤水熱耦合運(yùn)移4學(xué)時(shí)7SPAC水熱運(yùn)移 4學(xué)時(shí)8土壤水分動(dòng)態(tài)模擬模型簡(jiǎn)介2學(xué)時(shí)9土壤水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值解法和軟件應(yīng)用6學(xué)時(shí)土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論1.2.3 土壤水動(dòng)力學(xué)的基本研究方法n微觀：毛管模型等n宏觀連續(xù)介質(zhì)方法：取微觀大、宏觀小的點(diǎn)，研究多孔介質(zhì)的孔隙大小和水流的平均狀況u土壤參數(shù)為空間的連續(xù)函數(shù)t孔隙率n、干密度d、水勢(shì)hu連續(xù)水流：v=nutvDarcy流速；u實(shí)際流速土壤水動(dòng)力學(xué) 第1章 緒論1.2.3 土壤水動(dòng)力學(xué)的基本研究方法n學(xué)習(xí)方法和重點(diǎn) 重點(diǎn)掌握土壤水動(dòng)力學(xué)的基本概念、基本方程及其運(yùn)用基本理論解決實(shí)際問(wèn)題的方法。u對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)的基本方程- Richards方程要重點(diǎn)掌握 t其推導(dǎo)過(guò)程t其各項(xiàng)的意義t應(yīng)用方程分析入滲、蒸發(fā)等實(shí)際問(wèn)題的方法 u對(duì)土壤水鹽、水熱運(yùn)動(dòng)方程要 t清楚其