毛管支持水的測定

毛管支持水的測定 1.毛管支持水的測定毛管支持水（或稱毛管重力水），如圖6.37所示，它與地下水相連，毛管支自由水表面壓力與土體中毛管水壓力共同作用產(chǎn)生。當?shù)叵滤蛔兓瘯r，其毛管支持水曲線也隨之而變。當?shù)叵滤挥葾'處降至B'和C'時，其土壤剖面封閉毛管支持水也相應(yīng)的下移，即由1'下降至2'和3'（見圖6.38）。土壤孔隙大小，毛管支持水上升高度也隨著變化，土壤質(zhì)地細，孔隙半徑小，則毛管支持水升高值就相應(yīng)的遠高于粗質(zhì)地（即粗孔徑）。當土體中具有大小不等孔徑（實際土壤孔隙狀況甚為復(fù)雜）時，大小半徑所形成的彎月面曲率不一，所形成的表面壓力也就不同。為了說明土體中毛管半徑不等時，毛管上升值變化情況，現(xiàn)借用半徑r1和r2的串珠毛管來說明想象中的土壤毛管水升降值，如圖6.39所示。圖6.39中有3種類型細玻璃管，A管為串珠狀細管，內(nèi)有細瓶頸半徑r2和粗瓶r1，B管內(nèi)半徑r1，C管內(nèi)半徑r2，即A管中r1等于B管中r1，A管中r2等于C管中r2。將3種管置水槽中，如圖6.39所示，B管中毛管水升高為h1，C管中毛管水升高為h2。同時可以發(fā)現(xiàn)A管中粗肚水面形成的彎月面曲率與B管相等，故其A管中毛管也可升至h1。如將3種毛管全部置入水槽中，然后，再將3種管外部水放置于原來水位，即可發(fā)現(xiàn)，B管與C管中又恢復(fù)原來的高度h1和h2（串珠細頸半徑r2處），這是由于兩管中r2相同，形成的壓力值相等所致。2.毛管支持水的有關(guān)計算和分析如前所述，管狀毛細管中毛管水升高值（h)可根據(jù)茹林公式計算其近似值，即h=0.15/r(r為毛細管半徑）。羅代在應(yīng)用茹林公式計算毛管水升高值時進行了一些修正。將孔隙半徑r值變?yōu)轭w粒半徑r'乘以系數(shù)（大顆粒為0.73r'，小顆粒為0.41r'），此時得6-336-33羅代認為砂質(zhì)土壤，按此校正計算毛管水升高值應(yīng)變動于h=0.15/0.73r至h=0.15/0.155r，其計算值與實際測定相近似，如表6-7所示。當土壤顆粒過大或過細小時，其系數(shù)可釆用0.288r'和0.155r'，可得試驗證明，毛管水升高值大小與顆粒粒徑大小有直接關(guān)系，即粒徑越細小，其h值也越大。根據(jù)道勒高夫（1948）試驗資料（管中加入不同粒徑顆粒）及按式（6-33）計算值列入表6-7。由表6-7數(shù)據(jù)可知，按式（6-33）計算值（h)與實測值（h）較為接近。但是，真實的土壤毛管支持水上升高度，最好還是應(yīng)以由間實測值為準。自然界土壤和母質(zhì)中與地下水位有關(guān)的毛管支持水上升值差異懸殊，細粒黏質(zhì)土壤或母質(zhì)毛管支持水上升值可達數(shù)米，而砂質(zhì)土也可能不足1m。分析毛管支持水分布曲線（見圖6.40）可以看到，毛管支持水邊緣帶以上，土體中的水分雖然也可稱為毛管支持水，但其水分類型已是對接-毛管支持水或膜狀-毛管支持水范疇。圖6.40中毛管支持水區(qū)，實際應(yīng)將水位0?20cm為封閉毛管水區(qū)（或稱飽和濕度區(qū)），20?60cm開閉毛管支持水區(qū)，也可將0?60cm水分曲線段水分視為毛管-重力水，如將水位下移，其中水量可受重力勢（φg）作用而排除。土壤毛管水上升速度可在不同半徑毛管插入靜水中立即看到，較粗細管中水分上升雖不高，但其上升速度甚快。毛管支持水上升速度也與毛細玻璃管中水分上升速度類似，即孔隙越細，毛管水上升速度越慢。圖6.41為顆粒粒徑不同的玻璃管中毛管水上升高度，其中0.5~1.0mm和0.3~0.5mm顆粒毛管水上升甚快，升至約10cm，上升曲線趨近平行，而＞0.1mm顆粒毛管水上升呈曲線形，并且上升初期曲線彎度較大，100h以后上升曲線呈平緩型，200h以后近平行型。顆粒0.002~0.005mm毛管水上升曲線一直平緩上升，直至300h。從圖6.41還可看到，顆粒粒徑0.01~0.05mm和0.005~0.01mm毛管水上升速度及升高值均大于0.002~0.005mm顆粘粘徑，其原因可能由于前兩種顆粒大小粒徑形成顆粒間不等彎月面曲率半徑，導(dǎo)致顆粒間形成的毛管水液面壓力差要比單一細粒級大；另外，單一細粒級0.002~0.005mm的毛管水上升時，顆粒間形成的膜狀水也可阻礙毛管上升高度和速度，同理也反映在圖6.42中。#土壤毛管水升高速度隨時間的增加而下降，其相關(guān)公式為式中h——毛管水上升高度；k——導(dǎo)水系數(shù)；n——常數(shù)，近似值為0.5;t——時間。3.研究毛管支持水的意義以及影響其因素研究毛管支持水動態(tài)變化規(guī)律有著十分重要的理論和實際意義。當毛管支持水上部邊緣帶接近地表時，尤其是封閉毛管支持水（土體中大部分粗孔隙充滿水分），土壤極易發(fā)生潛育化或沼澤化；如果土壤蒸發(fā)強烈，地下水礦化度又高時，土壤則會發(fā)生鹽漬化。但是，也應(yīng)該指出，毛管支持水也是一種有益于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水利資源，其實，它是一種天然的“浸潤灌溉”。非洲塞內(nèi)加爾河下游地區(qū)兩岸階地，旱季一級階地獲得了地下水不斷補給；玉米長勢旺盛。我國黃淮海平原地區(qū)分布著大量鹽漬土（約4000萬畝，1畝=10000/15m2），其鹽漬土的形成，土層鹽分表積（干季）和淋洗（雨季），土壤水分行為與該地區(qū)土壤毛管支持水運動有密切關(guān)系。黃淮海平原多數(shù)土壤淺層地下水埋藏較淺，存在大面積土地受淺層地