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饱和土壤水运动

/saturated soil water movement/
条目作者毛萌

毛萌

最后更新 2023-05-17
浏览 101
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土壤孔隙充满水分时的水流运动。

英文名称
saturated soil water movement
所属学科
农业资源与环境

土壤饱和流的驱动力是重力势和压力势组成的水力势梯度。

土壤中有大量的能够供水分流动的孔隙和通道。这些孔隙和通道是不规则的、弯曲的,有连通的,有呈半封闭状态的,具体形状、连通状况尚不清楚,牛顿黏性定律无法直接用于计算复杂多孔介质中的水流。一般用一个宏观的水流方程来描述多孔介质中的水流,是土壤总容积中微观流速的总平均。法国学者H.达西在1856年最先采用了此方法。

水在土壤中流动时,由于其黏滞性,将与多孔介质之间产生摩擦阻力,因此在流动过程中的土壤水必然会有能量损失。阐明土壤水运动的能量损失规律,首先是由达西于1852~1855年通过土柱实验总结得出的,后人称之为达西定律。达西定律揭示了饱和流的运动规律,即单位时间内通过单位面积土壤的水量,也就是土壤水通量与土水势梯度成正比。公式如下:

式中为水流通量;为土壤饱和导水率,是一个与水流状况无关仅与土壤特性有关的参数;为水势梯度;为两点间的水力势差;为两点间的距离;负号表示土壤水流运动方向总是朝着水势降低的方向。

尽管达西是用沙土做的实验,但达西定律在大多数情况下是可以运用于土壤水流运动的,只是在粗沙或黏土介质的情况下才必须关注达西定律上下限的限定。另外,当通量与单位距离能量损失之间的线性关系在土壤水通量高时不适用,此时惯性力与黏滞力相比较,其作用不可忽略,即达西定律只适应土壤水流为层流的情况。


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