含水量

含水量或水分含量是土壤（称为土壤水分）、岩石、陶瓷、农作物或木材等材料中所含的水量。 含水量用于广泛的科学和技术领域，以比率表示，范围从 0（完全干燥）到材料饱和时的孔隙率值。 它可以以体积或质量（重量）为基础给出。

体积含水量 θ 在数学上定义为：

θ = V w V wet {displaystyle theta ={frac {V_{w}}{V_{text{wet}}}}}

其中 V w {displaystyle V_{w}} 是水的体积，V wet = V s + V w + V a {displaystyle V_{text{wet}}=V_{s}+V_{ w}+V_{a}} 等于湿材料的总体积，即固体主体材料（例如土壤颗粒、植被组织）V s {displaystyle V_{s}} ，水的 V w {displaystyle V_{w}} 和空气的 V a {displaystyle V_{a}} 。

重量含水量用质量（重量）表示如下：

u = m w m s {displaystyle u={frac {m_{w}}{m_{s}}}}

其中 m w {displaystyle m_{w}} 是水的质量，而 m s {displaystyle m_{s}} 是固体的质量。

对于体积随含水量变化的材料，例如煤，重量含水量 u 表示为每单位质量的湿试样（干燥前）的水质量：

u ′ = m w m wet {displaystyle u'={frac {m_{w}}{m_{text{wet}}}}}

然而，木工、岩土工程和土壤科学要求重量水分含量相对于样品的干重表示：

u ″ = m w m dry {displaystyle u''={frac {m_{w}}{m_{text{dry}}}}}

而在食品科学中，u ′ {displaystyle u'} 和 u ″ {displaystyle u''} 都被使用，分别称为湿基水分含量（MCwb）和干基水分含量（MCdb）。

值通常以百分比表示，即 u×xxx。

要将重量含水量转换为体积含水量，请将重量含水量乘以材料的体积比重 S G {displaystyle SG}：

θ = u × S G {displaystyle theta =utimes SG} 。

在土壤力学和石油工程中，水饱和度或饱和度 S w {displaystyle S_{w}} 定义为

S w = V w V v = V w V ϕ = θ ϕ {displaystyle S_{w}={frac {V_{w}}{V_{v}}}={frac {V_{w }}{Vphi }}={frac {theta }{phi }}}

其中 ϕ = V v / V {displaystyle phi =V_{v}/V} 是孔隙率，根据空隙或孔隙空间的体积 V v {displaystyle V_{v}} 和总 物质的体积 V {displaystyle V} 。 Sw 的值范围从 0（干燥）到 1（饱和）。 实际上，Sw 永远不会达到 0 或 1 - 这些是工程用途的理想化。

归一化含水量 Θ {displaystyle Theta } （也称为有效饱和度或 S e {displaystyle S_{e}} ）是一个无量纲值，由 van Genuchten 定义为：

Θ = θ − θ r θ s − θ r {displaystyle Theta ={frac {theta -theta _{r}}{theta _{s}-theta _{ r}}}}

其中 θ {displaystyle theta } 是体积含水量； θ r {displaystyle theta _{r}} 是剩余水含量，定义为梯度 d θ / d h {displaystyle dtheta /dh} 变为零时的水含量； θ s {displaystyle theta _{s}} 是饱和水含量，相当于孔隙率 ϕ {displaystyle phi } 。

含水量可以使用烘箱直接测量。

重量含水量 u 是通过水的质量 m w {displaystyle m_{w}} 计算得出的：

m w = m wet − m dry {displaystyle m_{w}=m_{text{wet}}-m_{text{dry}}}

其中 m wet {displaystyle m_{text{wet}}} 和 m dry {displaystyle m_{text{dry}}} 是样品在烘箱中干燥前后的质量。这给出 u 的分子； 分母是 m wet {displaystyle m_{text{wet}}} 或 m dry {displaystyle m_{text{dry}}}（分别导致 u' 或 u），具体取决于 纪律上。

另一方面，体积含水量 θ 是通过水的体积 V w {displaystyle V_{w}} 计算得出的：

V w = m w ρ w {displaystyle V_{w}={frac {m_{w}}{rho _{w}}}}

其中 ρ w {displaystyle rho _{w}} 是水的密度。这给出了 θ 的分子； 分母 V wet {displaystyle V_{text{wet}}} 是湿材料的总体积，通过简单地填充已知体积的容器（例如，锡罐）来确定 一个样品。

对于木材，惯例是在烘干的基础上报告水分含量（即通常将样品在设置为 105 摄氏度的烘箱中干燥 24 小时或直到它停止失去重量）。 在木材干燥中，这是一个重要的概念。

确定样品含水量的其他方法包括化学滴定（例如卡尔费休滴定）、确定加热时的质量损失（可能存在）。