固态变为气态的相变过程。水汽分子的不规则运动,会使一部分逸出去的水分子又回到水(或冰)面,因此蒸发量就是从水(或冰)面飞出的水汽分子通量与回到水(或冰)面的水汽分子通量的差值。
植物蒸散(蒸腾): 在植物生长期,水分从植物叶面和技干逸入大气的过程。植物散发是一个物理~生物的过程,水分从叶面气孔中扩散出去的量可受气孔开闭程度而受到调节。
水面蒸发:水面蒸发是在水分充分供给条件下的蒸发现象。用以反映当地蒸发能力的一个指标。
蒸发量的大小可用以下特征量表示:
◇ 蒸发量:某个时段内单位面积蒸发的水量。 (单位:cm3/cm2=cm 或 mm)
◇ 蒸发率/蒸发强度:指单位时间内的蒸发量。 (单位:mm/day, mm/min) 水面蒸发的影响因素:水汽饱和水压差,水面温度,风速,湍流
水面蒸发观测:水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。确定水面蒸发量的大小,通常有两种途径:器测法和间接计算法。蒸发器类型有: ? φ- 20型,φ- 80型,K < 1.0 ? E - 601型:环形水圈, K 接近 1.0
? 大型蒸发池(φ=5m,A=20m2和φ=11.3m,A=100m2两种)。
折算系数K?蒸发池读数E池?蒸发器读数E器
干旱指数? 是反映气候干湿程度的一个指标:
E0P
式中,E0 ~ 年蒸发能力;P ~ 年降雨量。
??干旱指数与降水分带的关系: 气候分带 十分湿润带 湿润带 半湿润带 半干旱带 年降水量(mm) > 1600 800 ~1600 400 ~ 800 200 ~ 400 年径流(mm) > 800 200 ~ 800 50 ~ 200 10 ~ 50 深干旱指数(?) < 0.5 0.5 ~ 1.0 1 ~ 3 3 ~ 7 第9页
干旱带
< 200 <10 > 7 土壤蒸发:土壤中的水分通过空隙上升和汽化以水汽形式从土壤表面进入大气的过程。土壤蒸发过程要比水面蒸发复杂,除影响水面蒸发的几种因素(气温、水面温度、饱和差及风速)外,还与土壤性质(结构、色泽等)、土壤中水分含量、地下水埋深、土壤表面特征和地形等因素有关。
土壤水:存在于非饱和带土壤孔隙中和为土壤颗粒所吸附水分。它具有三态:液态水、固态水及汽态水。土壤水是土壤 ─ 土粒、水、气三相系统的一个组成部分。作用于土壤水的主要的力有分子力、毛细管引力和重力。它们决定了土壤水的存在形式:吸湿水、薄膜水、毛管水、重力水。 ⑴ 最大吸湿量(吸湿系数)
土壤吸湿水达到最大值时的土壤含水量,指在饱和空气条件下土壤颗粒所能吸附的大气中最大水汽量,它反映了土壤吸附气态水的能力。 ⑵ 最大分子持水量
土壤颗粒的分子力所能吸附或结合的水分的最大值称作最大分子持水量,此时薄膜水厚度达到最大值。 ⑶ 凋萎含水量(凋萎系数)
当土壤水分减少到一定量后致使植物根系无法从土壤中吸收水分,开始枯死时的相应最大土壤含水量称作凋萎含水量。 ⑷ 田间持水量
指土壤中所能保持的毛细管悬着水的最大量。当土壤含水量超过毛细管悬着水的最大量即田间持水量时,超过的部分不能为毛细管力所维持,则表现为自由重力水。
⑸ 饱和含水量/全蓄含水量?s
土壤中全部孔隙全被水所充满时的含水量称为饱和含水量。 土壤重量含水率W:
W?MwM?Ms?100%??100%MsMs
式中,Mw~土壤中水的重量 (g);
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Ms ~土壤中干土重量(g); M ~土壤的湿重,M=Ms+Mw
Vw?100%V
土壤容积含水率θ
??式中: Vw~土壤中水的容积 (cm3), ★ ? 与W 的转换:
V ~土样总体积(cm3)
MwVMMr??w?w?w?sVVV?rwMsMM?s?w?r0?WV?1Ms 其中:rw?1为水的密度,r0为土壤干密度。 陆面蒸发:因为植物是生长在土壤中,植物散发与植物所生长的土壤上的蒸发总是同时存在的,通常将二者合称为陆面蒸发。
4.入渗:入渗一般是指大气降水或灌溉水通过土壤表面进入土壤从而改变土壤内水分状况的过程。包括三个阶段:渗润阶段、 渗漏阶段、 渗透阶段。
1)渗润阶段:由于初始的土壤十分干燥,下渗的水分主要受到分子力(初期干燥的土粒吸附力极大)的作用,故下渗率很大,入渗率随时间增加而很快变小,当土壤含水量达到最大分子持水量时,分子力不再起作用,则该阶段结束;
2)渗漏阶段:下渗的水分主要受到毛管力及重力的共同作用,下渗水流在土壤空隙中向下作不稳定的非饱和流动,当土壤空隙逐渐充满时此时毛管力消失,则该这一阶段结束,在这一阶段,入渗率随时间增加而变小;
3)渗透阶段:这时土壤空隙已充满水达到饱和,水分只在重力作用下呈稳定流动,此时的入渗率趋于稳定。 下渗量定量分析可用三种特征值来描述: ① 入渗总量F
指入渗开始到某一指定时刻渗入到土壤中的累积水量(单位:mm)。用下渗量累积曲线表示下渗量随时程的增长过程。 ②入渗率fi /入渗强度
指单位时间内单位面积上渗入土壤中的水量(单位:mm/h 或 mm/min)。在某时
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刻t 的入渗率应为入渗累计量F 对时间的变化率:
fi?dFdt
③土壤入渗能力/容量/性能 fp
在充分供水和一定土壤类型、一定土壤湿度条件下的最大下渗率称为下渗能力(单位:mm/h)。下渗能力随时程而递减,初期 fp 很 大, 后期逐渐变小,最后趋于稳定下渗率fc。
影响稳定下渗率的主要因素: 土壤性质。
下渗能力曲线:下渗能力随时间的变化过程线,简称下渗曲线,并以f(t)~t表示。
入渗能力曲线
fc
土壤水不同形式:吸湿水,薄膜水,毛管水(毛细水),重力水
常用水分常数:最大吸湿量,最大分子持水量,凋萎含水量,田间持水量,饱和含水量。
下渗量的测定:直接测定法,水文分析法。
5.地下水:存在于地表以下岩土的孔隙、裂隙和洞穴中的水统称为地下水。水文学中把地下水潜水面以下饱和带中的水称作地下水。
根据埋存条件,地下水又可以分为以下二类:潜水是指埋存于地表以下,第一个连续稳定的隔水层以上具有自由水面的重力水。它主要的补给来源是降水和地表水的渗入。承压水是充满于上下两个隔水层之间的含水层中的地下水,它承受一定的压力,当钻孔打穿上覆隔水层时,水能从钻孔内上升到一定的高度。
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