农业灾害研究２０１５．５（７）：５１－５２ 土壤入渗的物理过程研究 陈翠琴 ‘ ０５００５１ Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＳｏｉＩＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ 河北省石家庄水文水资源勘测局，河北石家庄ＣＨＥＮ Ｃｕｉ－ｑｉｎ （Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｙ－ ｄｒｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｕｒｖｅｙ 摘要干旱半干旱地区水资源短缺是影响经济发展和社会进步的重要因素，研究利用土壤 Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ， 水是实现农业高效用水的重要内容，故介绍了土壤水的形成转换、入渗的物理过程，以及影 Ｈｅｂｅｉ ０５００５ １） 响入渗过程的因素。 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ 一 关键词 土壤；入渗；过程 ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ ａｒｉｄ ａｎｄ ｓｅｍｉ－ａｒｉｄ ｒｅｇｉｏｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｅｃｏｎｏｍｉｃ 中图分类号：Ｓ１５２．７文献标识码：Ａ文章编号：２０９５—３３０５（２０１５）０７—０５１—０２ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｏｃｉａｌ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｉｓ ａｎ 干旱半干旱地区水资源短缺是影 的过程。土壤入渗过程主要受控于供 ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ａ ｃｕｌｔｕｒｅ 响经济发展和社会进步的重要因素。 水强度和土壤入渗能力。供水强度是 ｅｍｃｉｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ．Ｓｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ 由于土壤入渗是地球水循环的主要组 环境因素，取决于降雨强度和灌溉方 ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ，ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏ－ 成部分，得到各国研究者的广泛关注。 式。而土壤入渗能力决定于土壤自身 ｔｅｓｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｆｅｃｔｉｎｇ 同时，研究利用土壤水也是实现农业 特征，受土壤质地、土壤结构、土壤构 ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． 高效用水的重要内容。为此，笔者主要 造、土壤前期含水量影响［ 。当供水强 对土壤水入渗过程进行简要探析。 度大于土壤入渗能力，土壤入渗过程 受控于土壤入渗能力；如果洪水强度 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｓｏｉｌ；Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ；Ｐｒｏｃｅｓｓ １ 土壤水的形成转换 小于土壤入渗能力，土壤入渗受控于 水在地球上处于不断转化和运行 供水强度。 中，在太阳辐射和地球引力作用下，不 土壤入渗能力常用土壤入渗率和 断从陆地和植被上蒸发，转化为水蒸 累积入渗量来表示。入渗率是指在单 汽进入高空，在大气压强与温度的变 位时间、单位土壤表面进入的水量，在 化下，形成雨水降落在陆面和水面。到 开始入渗阶段，土壤入渗率较大，随着 达地面的水一部分渗入土壤补充土壤 时间延续、入渗率逐渐减小，并趋 水分，一部分渗入地下补充地下水，还 于稳定，并将趋于稳定的入渗率称 有一部分在地面上形成地面径流，汇 为稳定入渗率。而累积入渗量是指 入江河湖泊。这些水分再通过蒸发向 一定时段内通过土壤表面渗入土壤 大气中输送水汽。地球上的水分处于 的累积水量。 这样周而复始的运动和变化中。农田 根据达西定理可知，土壤入渗能 之中的水也在不断循环变化，如果以 力主要取决土壤导水率和势梯度圆。土 土壤入渗过程为起点，渗入土壤中的 壤导水率反映了土壤水分运动特征， 水，其中一部分存蓄在土壤之中，另一 而势梯度反映了不同位置土壤水分所 部分渗入地下，形成地下径流，最后汇 具有的能量状态。根据土壤水分所具 入江河，同时还有一部分蒸发回归大 有的能量状态和导水特征，将土壤入 气中，大气中的水分再通过降水渗入 渗分成３个阶段，即湿润阶段、渗漏阶 土壤。 段和渗透阶段。 ２．１湿润阶段 ２入渗的物理过程 在开始入渗时，入渗水分主要受 入渗是在降雨或灌溉条件下，水 分子力作用，水分被土壤颗粒所吸附。 分通过土壤表面垂直或水平进入土壤 当土壤含水量大于分子持水量，该阶 作者简介 陈翠琴（１９６４一），女，河北新乐人，高级工程师，从事水文水资源、水土保持、水环境、城市水文研究。 收稿日期２０１５—０５—０４ ５１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｏｌｏｇｙ ２０１５。Ｖｏｌ ５，Ｎｏ ７：５１－５２ 段逐渐消失。因此对于干燥土壤而言， 该阶段表现的最为明显。 ２．２渗漏阶段 造对土壤而言，土壤入渗过程都有别 于均质土壤。 对于上层为粗质地土、下层为细 咸水利用也成为缓解水资源短缺的重 要途径。而微咸水中所含有的化学物 质直接影响土壤入渗过程，主要因素 ３．５温度场 在毛管力和重力作用下，水分在 质土的土壤构造而言，入渗初期，土壤 有微咸水矿化度和钠吸附比。 土壤孔隙中作非稳定流动，并逐步填 水分运动受控于粗质土，当湿润锋到 充土壤孔隙，直到全部孔隙被水分所 达或延伸到细质土，入渗率受控于下 土壤温度直接影响土壤水分形 变化不仅影响土壤水分能量状态，而 且影响土壤导水率，因此必将综合影 充满而饱和。 ２．３渗透阶段 层的细质土。如果下层土壤饱和导水 态、土壤水分黏滞度和表面张力。温度 率与上层土壤饱和导水率相差较大， 当土壤孑Ｌ隙被水分充满而饱和， 水分在重力作用下呈现稳定流动。由 下层土壤相对上层土壤而言形成了隔 水层，可能在界面处形成临时水位。在 响土壤入渗过程。当土壤平均温度升 于３个入渗阶段土壤水分运动特征不 尽相同，必然影响土壤水分的分布， Ｂｏｄｒｎａｎ和Ｃｏｌｅｍｅｎ将土壤水分分布 成４个区，即饱和、过渡区、传导区和 湿润区［４］。饱和区是指积水入渗后，土 壤表层存在一薄的饱和层，而湿润区 的前缘称为湿润锋；过渡区是指土壤 含水量由饱和明显下降的区域；传导 区是指土壤含水量变化不大的区域； 湿润区是指含水量迅速减少至土壤初 始含水量的区域。 ３影响土壤入渗过程的因素 土壤入渗过程受到多种因素的影 响 ，如土壤质地、土壤构造、土壤前 期含水量、供水方式与强度、供水水 质、土壤温度等。 ３．１土壤质地 土壤质地反映了土壤颗粒组成， 不同质地的土壤颗粒组成不同，因而 所具有的孑Ｌ隙大小和分布存在明显差 别，因此造成土壤导水能力和土水势 的不同，进而影响土壤的入渗能力。砂 性土壤具有较多大孔隙，土壤导水能 力强，因此土壤入渗能力大，同时达到 稳定入渗阶段所需要的时间也短；而 黏性土壤与其相反，土壤入渗能力小， 而且达到稳定入渗阶段的时间也长。 ３．２土壤构造 由于成土原因或人为作用，自然 界土壤一般表现出层状构造，主要有２ 种形式，一种是上层为粗质地土，下层 为细质土；另一种是上层土壤为细质 土，而下层土壤为粗质地土。这２种构 ５２ 无排水条件情况下，髓着时间延续，上 层土壤会全部饱和圆。 对于上层为细质地土、下层为粗 质土的土壤构造而言，八渗初期，土壤 水分运动受控于细质土，湿润锋到达 界面后，入渗率受下层粗质土的影响。 由于能量的不连续，及孔隙连续性的 影响，湿润锋到达界面后，水分不能 连续向下运移，而在界面处积累，直 至上层土壤含水量达到某一程度， 致使上下层土壤孔隙发生有效连 接，湿润锋才继续向下运动。这时土 壤入渗率变为常数。而土壤入渗率 取决上层土壤厚度和饱和导水率及下 层土壤进水吸力。 ３．３供水方式与强度 在自然降雨过程中，当雨强大于 土壤入渗能力时，土壤入渗率取决于 土壤入渗能力：而当雨强小于土壤入 渗能力时，土壤入渗率就等于供水强 度。在自然界，雨滴都具有一定的功 能，雨滴降落到地面后，击实表层土壤 或分散细颗粒，降低土壤导水能力，改 变土壤入渗能力，因此雨滴动能也是 影响土壤入渗的重要因素。在灌溉条 件下，由于灌水方法不同，土壤入渗过 程和特征也不尽相同。 ３．４供水水质 入渗水一般含有一定数量的化学 物质，而所含的化学物质进入土壤后， 与土壤颗粒和土壤原有的化学物质发 生物理化学作用，改变土壤孔隙分布 特征，进而影响土壤导水能力和入渗 特征。近年来随着淡水资源的短缺，微 高时，土壤入渗能力增加，反之则减 小；当温度降到冻土情况时，土壤入渗 率下降到最小。如果土壤中存在温度 梯度时，水分在温度梯度作用下也发 生运动，当表层土壤温度高于下层，土 壤入渗能力会增加，反之会减少土壤 入渗能力。 参考文献 ［１】武世亮．土壤入渗栉ｌ生的空间变并ｌ生及与土 壤物理特性的相关性研究【Ｄ】．杨凌：西北 农林科技大学，２０１４． ［２］米秋菊，米勇，王洁，等诽饱和土壤水与 溶质迁移参数间的关系分析Ⅱ】．农业灾 害研究，２０１３，３（９）：５４－５５，５９． ［３］白丹，李占斌，洪小康，等．浑水入渗规律 试验研究ⅡＪ．土壤侵蚀与水土保持学报， １９９９（１）：６０－６３． 【４】侯秀丽，付登高，阎凯，等．滇中不同植被 恢复策略下土壤入渗性能及其影响因 素Ⅱ】＿山地学报，２０１３（３）：２７３—２７９． ［５】赵彬，周景春，张存岭，等．降水与土壤含 水量关系分析Ⅱ】．农业灾害研究，２０１３，３ （７）：１４—１７． ［６】刘目兴，聂艳，于婧．不同初始含水率下 粘质土壤的入渗过程【Ｉ１．生态学报，２０１２ （３）：８７１—８７８． 【７】辛继红，高红贝，邵明安．土壤温度对土 壤水分入渗的影响ｏ】．水士－保持学报，２００９ （３ １７—２２０． ［８］杨永辉，赵世伟，雷延武，等．耕作对土壤 入渗性能的影响卟生态学报，２００６（５）： １６２４－１ ６３０． 责任编辑：金苹
