§2 非饱和下渗理论 ❖下 渗 曲 线 不 仅 是 下 渗 物 理 过 程 的 定 量 描
述，而且是下渗物理规律的体现。 ❖已提出了三类确定下渗曲线的途径，即非
饱和下渗理论途径、饱和下渗理论途径和 基于下渗试验的经验下渗曲线途径。
§2 非饱和下渗理论 ❖根据非饱和水流运动方程式导出的下渗方
程的基本形式 ❖对于非饱和土壤，总势必应由基模势和重
❖ 水分传递带：是一个土壤含水量沿深度分布比较均匀、厚 度较大的非饱和土层，其厚度随供水时间的增长不断增 加，土壤含水量介于田间持水量和饱和含水量之间，约为 饱和含水量的60%－80%。
❖ 湿润带：是连接水分传递带和湿润锋的水分带。在这一带 中，土壤含水量沿深度迅速减小，并且在下渗过程中不断 下移。这一带的平均厚度也大体保持不变。
❖ 进入渗漏阶段后，土壤颗粒表面已形成水膜，因此分子力几乎趋于 零，这时水主要在毛管力和重力作用下向土壤中入渗，下渗容量比渗 润阶段明显减小，而且由于毛管力随土壤含水量增加趋于缓慢减小阶 段，所以这阶段下渗容量的递减速度趋缓。
❖ 到了渗透阶段，土壤含水量已达到田间持水量以上，这时不仅分子力 早已不起作用，毛管力也不再起作用了。控制这阶段下渗的作用力仅 为重力。与分子力和毛管力相比，重力只是一个小而稳定的作用力， 所以在渗透阶段，下渗容量必达到一个稳定的极小值，这就是稳定下 渗率。
2 忽略重力作用的下渗方程的解
第一种情况： 扩散率为常数
t
D
2
z 2
(z,0) 0
(0,t) n
(,t) 0
拉氏变换
0 erfc( z )
n 0
2 Dt
下渗曲线：
1
f p (n 0 ) D t 2
§2 非饱和下渗理论
2 忽略重力作用的下渗方程的解
第二种情况： 扩散率随土壤含水量呈单值变化
t
D(
)
2
z 2
D( )
z
z
(z,0) 0
玻氏变换
(0,t) n
(,t) 0
1
z( , t) ( )t 2
下渗曲线：
fp
❖如果供水强度充分大，则下渗率将达到同 初始土壤含水量和同土壤质地、结构条件 下的最大值，称此为下渗容量或下渗能 力。
下渗曲线
❖ 下渗容量随时间的变化曲线称 为下渗曲线。
❖ 对于相同的土壤质地和结构， 初始土壤含水量不同，下渗曲 线也不同。下渗曲线是以初始 土壤含水量为参变量的一簇曲 线。
❖ 初始土壤含水量为0即干燥土 壤的下渗曲线是最基本的一条 下渗曲线。
深度(m)
§1 下渗的物理过程
2 下渗机理 b 下渗过程中的土壤水分剖面
含水量(%) 饱和带
风 干 土 水分传递带
田 间 持 水
饱 和 含 水
量量
湿润带 湿润锋
饱和带 水分传递带
湿润带
湿润锋
§1 下渗的物理过程
❖ 饱和带：厚度不大，一般不到1.5cm，而且随着供水时间 的增长，这一厚度变化缓慢。
力势组成 ❖下渗理论
1 非饱和下渗方程的形式
假设 m 与 为单值关系
假设 K ( ) 与 为单值关系
令
D( ) K ( ) d m d
dK ( ) / d k( )
[D() ] k()
t z z
z
D( ) 为扩散率， 当滞后作用不明显时，在一定的土壤含水
累积下渗曲线
❖从下渗开始至某时刻按下渗能力下渗到土 壤中的总水量与该时间的关系曲线
§1 下渗的物理过程
2 下渗机理
下渗过程就是土壤吸收水分， 调节水分，并向土层中传递 水分的过程。受到土壤水作 用力的支配。
a 下渗的三个阶段
渗润阶段： 分子力 渗漏阶段： 毛管力 渗透阶段： 重 力
§1 下渗的物理过程
❖土壤水分剖面在时间上是变化的，并且这 种变化与下渗和蒸(散)发的关系密切。
土壤水分剖面
下渗
❖水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入 到土壤中的运动过程
下渗率
❖单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到 土壤中的水量
❖影 响 下 渗 率 的 主 要 因 素 是 初 始 土 壤 含 水 量、供水强度和土壤质地、结构等。
量范围内，可用经验公式来表示:
§2 非饱和下渗理论
2 忽略重力作用的下渗方程的解
条件： a 忽略重力；b 供水充分，表面无积水；
c 均质半无限土柱，初始土壤含水量分布均匀
定解问题的构成：
[D( ) ]
t z
z
(z,0) 0
(0,t) n
(,t) 0
泛定方程 初始条件 边界条件
§2 非饱和下渗理论
❖ 湿润锋：湿润带与下渗水尚未涉及到的土壤的交界面称为 湿润锋。在湿润锋处，土壤含水量梯度很大，因此在该处 将有很大的土壤水分作用力来驱使湿润锋继续下移。又称 为湿润锋面或下渗锋面。
§1 下渗的物理过程
3 下渗容量与土壤水分剖面的关系
累积下渗量：
Fp
n z( , t)d
0
Kst
下渗曲线：
忽略重力作用的下渗曲线：
第六章 下 渗
主要内容
1
下渗的物理过程
2
非饱和下渗理论
3
饱和下渗理论
4
经验下渗曲线
5
天然条件下的下渗
§1 下渗的物理过程
1 几个基本概念
土壤水分剖面： 土壤含水率沿深度方向的变化曲线～ 下 渗： 水分透过土壤层面沿垂直和水平方向渗入到土壤中的
运动过程
下渗率： 单位时间通过单位面积的土壤层面渗入到土壤中的水量～
下渗容量： 供水充分条件下的下渗率～ 下渗曲线： 下渗容量随时间的变化曲线～
累积下渗曲线： 从下渗开始至某时刻按下渗能力下渗到土壤中的总
水量与该时间的关系曲线～
土壤水分剖面
❖土壤含水率沿深度方向的变化曲线称为土 壤水分剖面，它描述了土壤含水率在深度 方向上的分布情况，故又称土壤含水率垂 向分布。
❖根据土壤水分剖面，可以计算出土壤中任 一土层，以水深计的含水量。
❖渗润阶段：土壤含水量较小，下渗容量较 大，下渗容量随时间递减迅速。
❖渗漏阶段：土壤含水量不断增加，下渗容 量明显减小，下渗容量随时间递减变得缓 慢。
❖渗透阶段：土壤含水量达到了田间持水量 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。
§1 下渗的物理过程
❖ 在渗润阶段，由于土壤含水量较小，分子力和毛管力均很大，再加上 重力的作用，土壤吸收水分的能力特别大，以致初始下渗容量很大， 而且由于分子力和毛管力随土壤含水量增加快速减小，使得下渗容量 迅速递减。