第6章_土壤水和地下水.

第六章 包气带水参考书：1）雷志栋、杨诗秀、谢森传，《土壤水动力学》，北京：清华大学出版社，1988。

2）张蔚榛，《地下水与土壤水动力学》，北京：中国水利水电出版社，1996。

3）张瑜芳，土壤水动力学，武汉水利电力大学研究生教材，1987。

6．1 毛细现象和毛细水毛细现象：将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升一定的高度才停止，这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。

按毛管理论，毛管负压为：DP c α4=DgD g P h c c 03.04≈==ραρ 式中：ρ––––水的密度，等于1g/cm 3； g ––––重力加速度，等于981cm/s 2；α––––表面张力系数，取74dyn/cm （74×10-3N/m ）； D ––––毛管直径，单位为mm ；h c ––––毛管负压水头，以水柱高度表示，单位为m 。

最大毛细上升高度与毛细管直径成反比，颗粒细小的土，最大毛细上升高度也大。

毛细玻自然界中的物体都具有能量，而且普遍的趋势是自发地由能量高的状态向能量低的状态运动或转化，最终达到能量平衡状态。

经典物理学认为，任一物体所具有的能量由动能和势能组成。

由于水分在土壤孔隙中运动的很慢，其动能一般可忽略不计，因此：土水势––––土壤水分所具有的势能，在决定土壤水分的能态和运动上就变的极为重要。

任两点之间土壤水势能之差，即土水势差，是水分在这两点之间运动的驱动力。

有关土壤水分的运动有两种理论：1）毛管理论：将土壤看成均匀的或不同管径的毛细管，将土壤水在土壤孔隙中的运动简化为在毛管中的运动进行研究。

毛管理论清楚易懂，20世纪50年代以前应用比较广泛，目前仍有一定的实际意义，适用于对简单问题的分析。

2）势能理论：用在土壤水势基础上推导出的土壤水运动方程，研究土壤水的运动。

该理论比较严谨，可适用于各种边界条件，特别是随着计算机和数值计算的应用，使得土壤水运动的研究取得很大的进展。

在土壤水运动研究方面具有广阔的前景。

第六章 地下水的化学成分及其形成作用6．1 概 述地下水不是化学纯的H 2O ，而是一种复杂的溶液。

天然：人为：人类活动对地下水化学成分产生影响。

地下水的化学成分是地下水与环境、以及人类活动长期相互作用的产物。

一个地区地下水的化学面貌，反映了该地区地下水的历史演变。

水是最为常见的良好溶剂，可溶解、搬运岩土中的某些组分。

水是地球中元素迁移富集的载体。

利用地下水，各种行业对水质都有一定的要求→进行水质评价。

6．2 地下水的化学特征1．地下水中主要气体成分O 2 、N 2 、CO 2 、CH 4 、H 2S 等。

1）O 2 、N 2地下水中的O 2 、N 2主要来源于大气。

地下水中的O 2含量多→说明地下水处于氧化环境。

在较封闭的环境中O 2耗尽，只留下N 2，通常说明地下水起源于大气，并处于还原环境。

2）H 2S 、甲烷（CH 4）地下水中出现H 2S 、CH 4 ，其意义恰好与出现O 2相反，说明→处于还原的地球化学环境。

3）CO 2CO 2主要来源于土壤。

化石燃料（煤、石油、天然气）→CO 2（温室气体）→温室效应→全球变暖。

地下水中含CO 2愈多，其溶解碳酸盐岩的能力便愈强。

2．地下水中主要离子成分7大离子：Cl -、SO 42-、HCO 3-、Na +、K +、Ca 2+、Mg 2+。

低矿化水中（M<1 ~ 2g/L ）：HCO 3-、Ca 2+、Mg 2+为主（难溶物质为主）；发生化学反应岩石圈水圈交换化学成分中矿化水中（M=2 ~ 5g/L ）：SO 42-、Na +、Ca 2+为主； 高矿化水中（M>5g/L ）：Cl -、Na +为主（易溶物质为主）。

造成这种现象的主要原因是水中盐类溶解度的不同： １）Cl -主要出现在高矿化水中，可达几g/L ~ 100g/L 以上。

来源：① 来自沉积岩氯化物的溶解；② 来自岩浆岩中含氯矿物的风化溶解； ③ 来自海水；④ 来自火山喷发物的溶滤；⑤ 人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量Cl -，因此居民点附近矿化度不高的地下水中，如Cl -含量超过寻常，则说明很可能已受到污染。

第6章土壤水（答案）1 土壤水的形态有哪些？各类型有效性如何？土壤水按其存在形态可分为下列几种类型：固态水——土壤水冻结时形成的冰晶。

汽态水——存在于土壤空气中的水蒸汽。

液态水——吸湿水、膜状水、毛管水、重力水、地下水。

其中，毛管水包括悬着水和支持毛管水。

上述类型水中，对植物有效水主要指部分膜状水和毛管水。

2 什么是土壤有效含水范围？其影响因素有哪些？土壤有效含水范围是指土壤所含植物可以利用水的范围，它也是说明土壤水分物理特性的一个常数，可用下式表示：A=F-WA为土壤有效含水范围，F为田间持水量，W为凋萎系数。

土壤有效含水范围的影响因素有土壤质地、土壤结构、土壤有机质含量和土壤层位。

3 什么是土壤水分特征曲线？它有哪些用途？受哪些因素影响？土壤水的基质势或土壤水吸力是随土壤含水率而变化的，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。

土壤水分特征曲线表示土壤水的能量和数量之间的关系，是研究土壤水分的保持和运动所用到的反映土壤水分基本特性的曲线。

其用途主要有（1）可进行土壤水吸力S和含水率θ之间的换算。

（2）可以间接地反映出土壤孔隙大小的分布。

（3）可用来分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性。

（4）应用数学物理方法对土壤中的水运动进行定量分析时，水分特征曲线是必不可少的重要参数。

土壤水分特征曲线受土壤质地、土壤结构、温度和土壤中水分变化过程等因素影响。

4 饱和土壤中的水流运动和非饱和土壤中的水流运动有哪些相同点？有哪些不同点？相同点：两者都是液态水的流动，都是由一个土层到另一个土层中土壤水势的梯度变化而发生的，流动方向都是从较高的水势到较低的水势，导水率都受土壤质地的影响。

不同点：饱和土壤中的水流，其推动力为重力势梯度和压力势梯度，总水势梯度用差分形式，导水率对特定土壤为一常数。

非饱和土壤中的水流，其推动力是基质势梯度和重力势梯度，总水势梯度用微分形式，导水率是土壤含水量或基质势的函数。

5 土壤水分有哪些来源和消耗途径？土壤水分的来源有大气降水、凝结水、地下水和人工灌溉。

第一章§1 农田水分状况农田水分：指农田中的地表水、土壤水和地下水。

地表水：地表积水。

土壤水：包气带中的水分。

地下水：饱水带中的水分（可自由流动的水体）。

与作物生长最亲密的是土壤水。

一、土壤水（一）土壤水分形态土壤水又可分为吸着水、毛管水和重力水等几种水分形态。

1．吸着水（1）吸湿水分子力、牢牢约束在土粒表面、不可以挪动、分子状态水吸湿水达到最大时的土壤含水率称为吸湿系数。

（2）膜状水分子力、约束在土粒表面、可沿表面挪动但不可以离开土粒表面、液态水膜膜状水达到最大时的土壤含水率称为最大分子持水率。

2．毛管水对于单个土粒 ,只好依赖分子力吸附水分 , 但对于由很多土粒会合而成的土壤 ,其连续不停的孔隙相当于毛细管 ,所以还存在一种毛管力 ,依赖毛管力保持在土壤中的水分称为毛管水。

按水份供应状况不一样，分悬着毛管水和上涨毛管水。

（1）悬着毛管水浇灌或降雨后，在毛管力作用下保持在上部土层中的水分。

土壤储藏水的主要形式。

悬着毛管水达到最大时的土壤含水率称为田间持水率。

（2）上涨毛管水在地下水位以上周边土层中，因为毛细管作用所保持的水分。

上涨毛管水达到根系，则可被作物汲取利用，但地下水位不一样意上涨到根系，以防渍害。

盐碱地域应严格控制地下水位，发防发生次生盐碱化。

3．重力水土壤中超出田间持水率的那部分水为重力水。

重力水以深层渗漏的形式进入更下的土层，或地下水。

旱地应防止深层渗漏，以防备水的浪费和肥料的流失。

水田保持适合的深层渗漏是有利的，会增添根部氧分，有利于根系发育。

（二）土壤水分的有效性土壤对水分的吸力：1000MPa —作物根系对水分的吸力： 1.5 MPa 左右(1 MPa=9.87 大气压 =100m 水柱 )假如水分受土壤的吸力小于 1.5 MPa, 作物可汲取利用 ;如水分受土壤的吸力大于 1.5 MPa, 则作物不可以汲取利用。

1.5 MPa 是有效水和无效水的分界点。

土壤水分的有效性能够用下列图来说明：（图：土壤水分有效性图）二、农田水分状况(一 )旱田适合的农田水分状况不一样意地表积水土壤适合含水率: 凋萎系数 ~田间持水率凋萎系数 =0.6 β田地下水水质较好,则地下水位可较高, 但一下水位不可以达到根系层。