2.1 土壤入渗过程

入渗是指降雨或灌溉条件下，水分通过土壤表面垂直或水平进入土壤的过程。土壤入渗过程主要受控于供水强度和土壤入渗能力。供水强度取决于降雨强度和灌溉方式。而土壤入渗能力是决定于土壤自身特征，受土壤质地、容重、土壤结构、土壤构造、土壤前期含水量、有机质含量等影响。当供水强度大于土壤入渗能力时，土壤入渗过程受控于土壤入渗能力。如果供水强度小于土壤入渗能力，土壤入渗受控于供水强度。通常将充分供水情况下的土壤入渗特征称为土壤入渗能力。

2.1.1 土壤入渗物理过程

土壤入渗过程常用土壤入渗率和累积入渗量来表示。入渗率是指在单位时间、单位面积通过土壤表面进入的水量。在入渗初期，土壤入渗率较大，随着时间延续，入渗率逐渐减小，并趋于稳定，并将趋于稳定的入渗率称为稳定入渗率。累积入渗量是指一定时段内通过单位土壤表面进入土壤的累积水量。累积入渗量（I）与入渗率（i）存在函数关系，可表示为

虽然在量刚上，土壤入渗率与土壤水分通量相同，但物理意义有所区别。土壤水分通量描述了土体内任意位置的单位时间水分通过土壤的数量，而入渗率是指单位时间通过土壤表面的水分数量。因此，土壤表面水分通量就是入渗率，而在土体内不存在入渗率概念。根据土壤水分所具有能量状态和水分特征，将土壤入渗分成三个阶段，即湿润阶段、渗漏阶段和渗透阶段。

（1）湿润阶段。在入渗初期，入渗水分主要受分子力作用，水分被土壤颗粒所吸附。当土壤含水量大于分子持水量，这一阶段逐渐消失。因此对于干燥土壤而言，这一阶段表现得最为明显。

（2）渗漏阶段。在毛管力和重力作用下，水分在土壤孔隙中作非稳定流动，并逐步填充土壤孔隙，直到全部孔隙被水分所充满而饱和。

（3）渗透阶段。当土壤孔隙被水分充满而饱和，水分在重力作用下呈现稳定流动。

由于三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，通常将土壤含水量分布分成四个区，即饱和区、过渡区、传导区和湿润区。饱和区是指积水入渗后，土壤表层存在一薄的饱和层，可能数毫米和厘米；过渡区是指土壤含水量由饱和明显下降区；传导区是指土壤含水量变化不大区；湿润区是指含水量迅速减少至土壤初始含水量，而湿润区的前缘称为湿润锋。

2.1.2 土壤入渗影响因素

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。

（1）土壤质地。不同质地的土壤颗粒组成不同，所具有的孔隙大小和分布存在明显差别，导致土壤导水能力不同，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，土壤入渗能力高。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，达到稳定入渗阶段的时间也长。

（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。通常主要有两种形式：一是上层为粗质土，下层为细质土；二是上层土壤为细质土，而下层土壤为粗质土。这两种构造土壤而言，土壤入渗过程都有别于均质土壤。

对于上层为粗质土，下层为细质土而言，入渗初期，土壤水分运动受控于粗质土，当湿润锋到达或延伸到细质土，入渗率受控于下层的细质土。如果下层土壤饱和导水率与上层土壤饱和导水率相差较大，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。在无排水条件情况下，随着时间延续，上层土壤会全部饱和。

对于上层为细质地土，下层为粗质土而言，入渗初期，土壤水分运动受控于细质土，当湿润锋到达界面，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）土壤前期含水量。土壤前期含水量直接影响土壤导水孔隙和导水能力和土壤基质势，随着土壤前期含水量增加，土壤基质势增加，基质势作用相对降低，土壤入渗能力下降。当土壤处于饱和状态时，基质势作用为0，仅有重力势和压力势起发挥作用。

（4）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，土壤入渗取决于土壤入渗能力。当雨强小于土壤入渗能力时，土壤入渗率就等于供水强度。在自然界雨滴具有一定的动能，当雨滴降落到地面后，击实表层土壤或分散细颗粒堵塞土壤孔隙，形成结皮，降低土壤导水能力，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。如滴灌属于非充分供水，土壤水分运动呈现三维形式；传统地面灌溉属积水入渗过程；而沟灌属于二维土壤水分运动过程。

（5）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，微咸水利用也成为缓减水资源短缺的重要方面。而微咸水中所含有的化学物质直接影响土壤入渗过程，主要因素有微咸水矿化度和钠吸附比。

（6）土壤温度。土壤温度直接影响土壤水分形态、土壤水分黏滞度和表面张力，因此温度变化不仅影响土壤水分能量状态，而且影响土壤导水率。当土壤平均温度升高时，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。