Файл: Гвахария, В. К. Испарение с водной поверхности водоемов Кавказа.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 70
Скачиваний: 0
ны: убыль будет соответствовать испарению, а прибыль, как правило, конденсации1 .
Первые попытки определения испарения с помощью сосудов-испарителей, относятся к последним десятилетиям прошлого века. В 1880—1890 годах начинается более или менее широкое применение чаш-испарителей (эвапорометров) Внльда. В силу малого количества воды в них, а также ис кусственных условий, создаваемых вокруг испарителей ме теорологическими будками (затененность, 'Непродуваемость и т. д.), показания испарителей Вильда были весьма дале кими от фактических.
Лишь в самом конце прошлого века |
появились |
более |
||||
совершенные приборы для измерения испарения |
с |
водной |
||||
поверхности. |
Это испарители |
Лермонтова-Лгобослаівского, |
||||
конструкция |
которых в какой-то мере послужила |
прототи |
||||
пом современных испарителей, широко известных |
под наз |
|||||
ванием ГГИ—3000. Правда, |
испарители |
Лермонтова-Л юбо- |
||||
славокого были плавучими, |
но |
от этого, |
конечно, |
|
суть их |
не меняется и принцип их работы вполне современен и пов торяется в ГГИ—3000, будь они установлены на суше либо на воде.
Сеть испарителей, разбросанных на территории Совет ского Союза, довольно обширна: около 300 малых испаромеров (ГГИ—3000) и свыше 60 испарительных бассейнов с площадью 20-кваідратных метров и более (имеется несколь ко испарителей с S = 100 м2 ) составляют основную сеть, на ходящуюся в ведении ГУГМС. Кроме этого, существует зна чительное число испарительных установок, находящихся в ведении других организаций, заинтересованных в определе нии величин испарения на тех или иных конкретных объек тах. Большинство испарителей ведомственного подчинения
1 В случае, когда выпадают |
осадки, изменение объема между срока |
|||||
ми измерения, также может оказаться положительным, |
т. е. |
будет от |
||||
мечена |
не убыль воды в бассейне, а прибыль. |
Однако, |
это |
не значит, |
||
что в этом промежутке времени |
испарения |
не |
было: |
при оштенсиадых |
||
ливнях |
за час, например, может |
выпасть столько осадков, что слой, об |
||||
разованный ими в испарителе, не |
попарится |
полностью за «ее |
последую |
|||
щие II |
часов (при двухсрочном |
измерении |
испарения). |
|
|
21
•Страдает одним общим недостатком — они нестандартны, т. е. испаряющая площадь, глубина, высота бортика над во дой и над землей этих испарителей не соответствуют габари там стандартных 20-метровых бассейнов2 .
Наряду с наземными .испарителями в последнее время расширяется масштаб применения плавучих испарителей, ос нащенных в основном ГГИ—3000, хотя предпочтительнее, ко
нечно, устанавливать на плотах большие |
бассейны, показа |
|||
ния которых можно считать идентичными |
с величиной испа |
|||
рения непосредственно с водоема3 . |
|
|
||
Преимущество испарителей, установленных посреди вод |
||||
ного |
объекта |
(т. и. плавучий иопаритель) |
перед установлен |
|
ными |
на суше |
(на берегу водоема, либо в |
отдалении от |
не |
го), очевидно: |
первые испытывают на себе воздействие |
тех |
же метеорологических, аэродинамических и водно-термичес
ких величин, которые действуют над водным |
объектом, |
тог |
|||
да как вторые находятся под воздействием |
гидро-метеоро- |
||||
логическнх элементов, отличающихся от первых |
как коли |
||||
чественно, так |
и качественно. Поэтому и величина испарения |
||||
по наземным |
испарителям |
не будет совпадать |
с |
испарением |
|
с водоема. |
|
|
|
|
|
Изучение |
испарения с |
водной поверхности |
методом |
ис |
парителей широко развито и за пределами СССР. В зару
бежных |
странах |
в |
качестве иопарнтелей используют |
такие |
||||||
же |
сосуды |
(испарители) как |
и в |
Советском |
Союзе, однако, |
|||||
их |
габариты |
и способ установки |
несколько |
отличаются от |
||||||
наших. |
Принцип |
действия |
идентичен. |
|
|
|||||
|
Следует |
подчеркнуть, |
что |
ряд |
технических причин |
дела |
||||
ет |
несовершенным |
показания |
даже стандартных испарите |
лей (возвышение бортика над водной поверхностью, метод
измерения слоя |
испарившейся ©оды с |
помощью |
бюретки |
и т. д.). |
|
|
|
2 Подробно на |
вопросы о «нестандартных» |
бассейнах |
и о возмож |
ности использования результатов наблюдений на них говорится в сле
дующей |
главе. |
3 На |
некотерых водоемах Советского Союза установлены плавучие |
иопарители с большой площадью испаряющей поверхности. Среди них следует отметать Валдайский и .Кингирокий плавучие бассейны с S = 20 м2. 22
Как говорилось выше, большое различие в метеорологи ческих, аэродинамических и водно-термических условиях в районе берегового испарителя и непосредственно над водое мом, не дает возможности использовать показания берегово го испарителя для подсчета 'испарения с водоема непосред ственно. В показания береговых установок следует вводить соответствующие коррективы в виде поправочных коэффи циентов Къ, Ks, указанных в главе VI настоящего труда.
Сложнее обстоит дело с испаромерамн ГПТ—3000, в по казания которых приходится вводить редукционные коэф фициенты, величина которых сильно колеблется как во вре мени, так и в пространстве и который зависит от многих фак торов. Главными из «их являются климатические условия, широтное и высотное положение испарителя, а также время года.
3. Метод теплового баланса
Закон сохранения энергии указывает, что в какой-то точке пространства приходная часть тепла должна быть рав ной расходной части в •многолетнем разрезе времени. За (отдельные годы, .сезоны или более короткие промежутки времени тепловой баланс в данной точке может быть поло жительным, т. е. может происходить накопление тепла, или отрицательным, т. е. может происходить выхолаживание.
|
Тепловой баланс «деятельного слоя» водоема описывает |
||||||
ся |
следующим уравнением: |
|
|
|
|
||
|
|
|
R = LE+P+B, |
|
|
|
(5) |
где |
R — радиационный |
баланс; LE—затраты |
тепла на |
испарение |
|||
|
(£—испарение, |
L—теплота |
парообразования); |
Р—тепло |
|||
|
обмен |
с атмосферой и В—теплообмен с |
нижележащими |
||||
|
слоями |
воды. |
|
|
|
|
|
|
В уравнении (5) |
неизвестны |
Е, Р, В |
и R. |
Ясно, |
что для |
его решения следует определить радиационный баланс, ве личину теплообмена с атмосферой и с нижележащими слоями.
В настоящее время существует ряд приемов для опре деления радиационного баланса водной поверхности водое ма, т. е. приходной часта уравнения теплового баланса
23
[29, 51 и др.], с помощью которых R можно определить с довольно высокой точностью. Величина 'радиационного ба
ланса может быть определена как расчетным |
путем, |
так и |
|||||||||||
измерена |
непосредственно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Сложнее обстоит |
дело |
с определением остальных |
двух |
||||||||||
членов уравнения |
(Р и В). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Теплообмен с атмосферой (Р) можно рассчитать через |
|||||||||||||
испарение |
по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
£ = - 0 r 6 2 2 |
Çïî- |
|
i l l ; |
Р = - С |
p / С т — , |
|
(6) |
|||||
|
|
|
Р |
|
дг |
|
|
|
|
dz |
|
|
|
где в, р, р , Г—влажность, |
плотность,, давление |
и температура |
|||||||||||
воздуха, Ср —теплоемкость |
воздуха |
при пост, давлении, Ке " |
|||||||||||
Кт — коэффициенты |
обмена |
влаги |
и тепла, |
Z—имеет |
направле |
||||||||
ние вверх. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По уравнению |
(6) легко |
определить |
LE+P, |
оно равняется |
|||||||||
LE+P^LE |
|
Р |
\ |
|
I |
' |
• |
|
К |
т С » |
р Т" |
|
|
( 1 + — ) |
= LE |
1 |
|
|
ö |
z |
|
|
|||||
|
|
L E |
I |
|
V |
|
' |
L . |
0,622 |
P |
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
=LE |
Ii+-1*1— |
|
. — ] . |
|
|
(7> |
||||||
|
|
|
V |
|
0,622 L |
' - 1 |
|
|
|
|
При решении этого уравнения принималось, что коэффициенты обмена влаги и тепла, согласно Боуену, равны (Ке = Кт), а вместо дТ и де приняты их конечные значения ДГ и Ае.
Подставляя значение LE+P из (7) в уравнение теплового
баланса (5) |
|
|
R = LE ( 1 + |
_ ? " Л _ |
. ^L) +В\ |
V |
0,622 L |
Ае) |
н решая его в отношении, испарения, получим.
Ь Е = , . %р |
д г ' |
<8> |
0,622 L Ае
Касаясь сути формулы (8), Ä. Р. Константинов- [3*2] указывает на ее неточность, и уточняет ее введением' коэф фициентов ат и ае после чего она примят следующий вид:
24
1 + |
CpP |
aT |
AT |
( У ) |
0,622 L |
ae |
Ae |
|
Для окончательного решения данной формулы следует рассчитать величину теплообмена с нижележащими слоями воды (В).
Расчет величины В по зависимости
|
|
|
|
|
|
В=-К*р* |
С* — |
, |
|
(10) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дг |
|
|
|
где |
К*, |
р*, |
С* |
и |
Т* — коэффициент |
обмена, |
плотность, |
|||||
удельная |
теплоемкость |
и- |
температура |
воды, |
соответст |
|||||||
венно, |
связан с трудностями |
определения |
коэффициента об |
|||||||||
мена |
(К*) и градиента температуры у поверхностных слоев. |
|||||||||||
|
М. П. Тимофеев |
рекомендует |
для большого |
интервала |
||||||||
времени |
принять |
BœO, |
т. к. средняя |
температура вводы за |
||||||||
большой |
период |
меняется |
мало. |
Коль |
скоро |
принимаем |
||||||
В ça О |
то, очевидно, |
что выражение |
(9) |
можно |
переписать |
|||||||
следующим |
образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,622 L |
ае |
Ае |
|
|
|
|
|
Дальнейшие расчеты зависят уже от- наличия |
материа |
||||||||
лов наблюдения над AT к Ае, |
а также |
величины |
радиаци |
||||||
онного |
баланса.. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Касаясь преимущества расчета испарения методом теп |
|||||||||
лового баланса перед определением по |
методу |
водного |
ба |
||||||
ланса, |
А. П. Браславский и К. Б". Шергина [2] пишут, |
что |
|||||||
«определение |
величины испарения |
как |
остаточного |
члена |
|||||
уравнения теплового баланса, деленного |
на окрытую |
тепло |
|||||||
ту испарения, |
рационально потому, |
что удельный |
вес |
затрат |
тепла на испарение в этом уравнении1 во много раз (в сред нем в 50) больше, за счет высокого значения величины скры той теплоты испарения», тогда, как абсолютная величина ис парения может оказаться соизмеримой- с полрешностью из мерения элементов водного баланса, при: определении испа рения этим последним методом.
25-