在土壤中存在三種類型的土壤水分運動(soil water movement)——飽和水流、非飽和水流和水汽移動，前兩者指土壤中的液態水流動，後者指土壤中氣態水的運動。土壤液態水的運動有兩種情況，一種是飽和流，即土壤孔隙全部充滿水時的水流；另一種是不飽和流，即土壤只有部分孔隙中有水時的水流。
基本介紹
- 中文名：土壤液態水運動
- 外文名：Soil liquid water movement
- 運動類型：飽和流、非飽和流、水汽移動
- 飽和流：孔隙中充滿水
- 非飽和流：部分孔隙中有水
- 定律基礎：達西定律
簡介,土壤液態水的運動,飽和流,非飽和流,
簡介
在土壤中存在三種類型的土壤水分運動(soil water movement)——飽和水流、非飽和水流和水汽移動，前兩者指土壤中的液態水流動，後者指土壤中氣態水的運動。
土壤液態水的運動
土壤液態水的運動有兩種情況，一種是飽和流，即土壤孔隙全部充滿水時的水流；另一種是不飽和流，即土壤只有部分孔隙中有水時的水流。
飽和流
飽和流的推動力主要是重力勢梯度和壓力勢梯度，飽和流的運動規律由法國工程師達西通過實驗確定。即單位時間內通過單位面積土壤的水量，也就是土壤水通量與土水勢梯度成正比。飽和水流不只是垂直地發生，也會發生水平流動、如果把土壤中的飽和水流動簡化為一維垂直飽和流，可用下式表示：
式中，q表示單位面積的土壤水通量(cm/h)；δH表示總水勢差(實際當中一般用厘米水柱表示，單位cm)；Ks為水流路徑的直線長度(cm)；Ka為土壤飽和導水率(cm/h)；負號表示土壤水通量指向水勢梯度下降的方向。通過土柱的水通量可以用下式計算：
式中A為此土柱的橫截面積(cm3)；Q為通過該土柱橫截面的水通量(cm3/h)。
土壤飽和導水率反映了土壤的飽和滲透性能，任何影響土壤孔隙大小和形狀的因素都會影響飽和導水率，因為在土壤孔隙中總的流量與孔隙半徑的四次方成正比，所以通過半徑為1cm的孔隙的流量相當於通過10000個半徑0.1mm的孔隙的流量，顯然大孔隙對飽和流的影響最大。土壤質地和結構與導水率有直接關係，砂質土壤通常比細質土壤具自更高的飽和導水率，同樣，具有穩定團粒結構的土壤比具有不穩定團粒結構的土壤傳導水分要快得多。後者在潮濕時結構就被破壞了，細的黏粒和粉砂粒會阻塞較大孔隙的連線通道，天氣乾燥時龜裂的細質土壤起初能讓水分迅速移動，但過後因這些裂縫膨脹而閉塞起來，可使水的移動減少到最低限度，
土壤中的飽和水流受有機質含量和無機膠體的性質的影響，有機質有助於維持高比例的孔隙。而有些類型的黏粒特別有助於小孔隙的增加，這就會降低土壤導水率，例如，和1：1型的黏粒多的土壤相比較含蒙脫石多的土壤通常具有低的導水率。
在土壤中，有些情況下會出現飽和流，如大量持續降水和稻田淹灌時會出現垂直向下的飽和流；地下泉水湧出屬於垂直向上的飽和流；平原水庫庫底周圈則可能出現水平方向的飽和流。當然以上各種飽和流的方向也不一定完全是單向的，大多數是多向的複合流。
非飽和流
土壤非飽和流的推動力主要是基模勢梯度(matrix potential gradient)和重力勢梯度。它可用非飽和達西定律來描述。
非飽和條件下土壤水流的數學表達式與飽和條件下的類似，二者的區別在於：飽和條件下的總水勢梯度為重力勢與壓力勢和的梯度。而非飽和條件下為重力勢與基質勢和的梯度；飽和條件下的土壤導水率K對特定土壤為一常數，而非飽和導水率是土壤含水量或基質勢的函式。土壤水吸力和導水率之間的一般關係，在土壤水吸力為零或接近於零時，也就是飽和水流出現時的吸力，其導水率比在S≥0.1MPa時的導水率大幾個數量級。在低吸力水平時，砂質土中的導水率要比黏土中的導水率高些；在在高吸力水平時，則與此相反，這是因為在接近飽和時。沙土中的大孔隙占優勢，此時導水率要比黏土的高；而當吸力進一步發展，大孔隙排空時。反而成為水分傳導的障礙。而黏土孔隙較小且均勻，在高吸力情況下亦能傳導水分，因而比砂土的導水率高。
