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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 ГГИ3000, 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

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 е = 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-