下渗机理与水分动态研究-水文学概论

1.下渗的物理过程

大量的实验表明，下渗曲线是一条递减曲线，如图6.5所示。根据递减速度的快慢，一般可将下渗曲线分为3个阶段。

（1）渗润阶段。降水初期，若土壤干燥，下渗水主要受分子力作用，被土粒所吸附形成吸湿水，进而形成薄膜水，通常将此阶段称为渗润阶段。这阶段土壤含水量比较小，下渗容量较大，下渗容量随时间递减迅速。当土壤含水率达到土壤的最大分子持水量时，此阶段基本结束。

（2）渗漏阶段。当土壤含水率开始大于最大分子持水量时，水分开始在毛管力的作用下充填土壤中细小孔隙。随着下渗的继续，土壤含水率继续增大，重力也开始起作用。此时水分在毛管力和重力作用下沿土壤孔隙做不稳定流动，将此阶段称为渗漏阶段。这阶段，由于土壤含水率不断增加，下渗容量明显减小，下渗容量随时间递减变得缓慢。直至水分达到饱和时，此阶段才基本结束。

（3）渗透阶段。在土壤所有孔隙均被水充填时，土壤达到了饱和状态，水分主要受重力作用呈稳定流动。此阶段称为渗透阶段。在这一阶段，土壤含水率达到了田间持水量以上，下渗容量变得稳定，达到下渗容量的最小值，称为稳定下渗率。渗透阶段属于饱和水流运动。而渗润与渗漏阶段均属于非饱和水流运动，有时为了应用方便，也将渗润与渗漏阶段统称为渗漏。

上述3个阶段并无明显的分界，尤其当土层较厚时，3个阶段可能同时交错进行。(www.xing528.com)

图6.6　下渗过程中土壤水分变化过程及分布规律

2.下渗过程中土壤水分动态及分布规律

了解整个下渗过程中土壤含水率的动态变化及分布规律，有助于理解有关理论及计算方法。在地面土壤比较干燥，或者供水强度较小的情况下，降雨初期地表不会产生积水，所有水分都渗入土壤中。此时土壤表层的含水率不断增加，土层被湿润的部分也不断增厚，渗入土壤的水量将越来越多；土层内任意一点的土壤含水率都在时刻发生变化，具体特点是自供水所及之区域向四周递减，如图6.6（a）所示。随着入渗的进行，土表的含水率增加的幅度越来越小，并最终保持某一数值不变，但此时土表并未积水，土层内湿润部分的厚度仍然继续增加，但增加的幅度有所减小，土层内任一点土壤的含水率增加的幅度也逐渐减小，且越靠近土表，增幅越小，如图6.6（b）所示，此种情况是土壤表层开始积水的临界时刻。此后，部分水分开始在土壤表层集聚，并形成一定厚度，土壤的含水率剖面也基本趋于稳定。一般来说，在积水条件下，下渗水在土体中的垂向分布，大致可划分为4个区，即饱和区、过渡区、水分传导区和湿润区。如图6.6（c）所示，它们具体反映了下渗水的垂向运动特征。