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: 68

Скачиваний: 0

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

•А. Метод турбулентной диффузии

Метод исходит из предположения, что вся влага, испа­ рившаяся с подстилающей поверхности, отводится от послед­ ней лишь вертикально, за счет турбулентной диффузии па­

ров в

воздухе.

 

 

Перенос водяных паров через .какую-то плоскость, рас­

положенную над испаряющей поверхностью,

в этом случае

можно

описать

следующим уравнением:

 

 

 

Е = Р К е ^ - ,

(12)

 

 

dz

 

где -р—плотность

воздуха, Кекоэффициент турбулентной диф-

фузии,

dq

 

влажности зоз-

и ——средний вертикальный градиент

 

dz

 

 

духа.

А. Р. Константинов [32] считает, что данная формула не точно описывает процесс испарения при турбулентной диф­ фузии и предлагает ввести в формулу (12) дополнительный •множитель ае , который, по автору, учитывает различие «эф­ фективного» и среднего значения градиента влажности и влияние архимедовых сил на интенсивность вертикального обмена воздушных масс. Тогда формула (12) принимает

.следующий вид:

E^cKaäd-l.

(13)

 

dz

.Для расчета а е предлагается зависимость следующего вида

а е = 1 + 0 г 7 2 ( К 1 - 2 8 З Д - 1 ) ,

(14)

где Ri—число Ричардсона, а Z0—.шероховатость подстилающей поверхности.

Для водной поверхности Z0

принимается равным

0,01 см, а

Ri рассчитывается по формуле

 

 

. ^ , 0 » = - 0 , 0 7 8

Т ° ' 2 ~ Т ^ ,

(15)

 

(W2,0-WQ,2f

 

если

значение

ветра измерялось в двух точках (в точках 0,2

и 2,0

метров

над испаряющей поверхностью-), 'и по формуле

.26

 

 


 

# i 1 > 0

= -0,025 I n 3 ' —

l^-Ull,

 

 

(16)

 

 

 

 

 

^0

 

l V 1,0

 

 

 

когда ветер измерялся

в одной

точке, на высоте

1,0

метра

над

испаряющей поверхностью.

 

 

Т обозначена

 

 

В формулах

(15)

и

(16)

через

температура

воздуха, а через W ветер.

 

 

 

 

 

 

 

Для

того,

чтобы рассчитать

испарение по

формуле

(13),

 

 

 

 

 

 

 

do

 

 

 

 

следует

иметь

натурные

данные

— ,

т. е. знать градиент влаж-

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

(К)

ности воздуха, а также коэффициент

турбулентного

обмена

и коэффициент

ае.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

расчета

'коэффициента

обмена используют формулу,

построенную на основе теории Прандтля-Каірімана, которая имеет следующий вид:

/C = x'-Z2

,

(17)

 

dz

где х —• безразмерная постоянная н, по данным Никурадзе, равна 0,38. По исследованиям А. Р. Константинова, для рав­ новесных условий атмосферы значение х совпадает с вели­ чиной, полученной Никурадзе для гладких труб.

Складывается впечатление, что формула (13) указывает наиболее простой путь для определения величины испарения. Однако при близком рассмотрении становится ясным, что современные методы определения К и ас , вернее методы измерения метеоэлементов, входящих в расчетные формулы (14) и (17), we являются настолько совершенными, чтобы обеспечить приемлемую точность рассчитываемого испаре­ ния.

5. Метод эмпирических формул

Попытки рассчитать испарение с помощью формул, в которые входят гидрометеорологические факторы, обусло­ вливающие испарение в природе, предпринимались неодно­ кратно.

В настоящее еремя формулы именно этого вида явля­ ются наиболее распространенными и расчеты испарения с водных объектов ведутся, в основном с их помощью.

27


Большинство формул

берет

начало с данного еще в на­

чале XIX в. Дальтоном

выражения

 

 

 

Е = С(е0г),

 

 

 

(18)

где С — .коэффициент, численно

равный

скорости

испарения

•при разности упругости

водяного

пара,

равной еди­

нице.

 

 

 

 

 

Зависимость (18) характеризует испарение

в природе с

водной поверхности при спокойной атмосфере.

 

 

Однако в природе условия

испарения редко

являются

столь идеальными и расчет испарения по

(18) не всегда да­

ет положительный результат. Причина этому — почти пос­ тоянное неспокойное состояние атмосферы, выражающееся в наличии как горизонтальных, так и вертикальных ее движе­ ний. Поэтому, современные эмпирические формулы для рас­

чета

испарения с водной

поверхности

имеют

следующий об­

щий

вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

£

=

(

«

-

О

9)

где f(Wz) — A-\-B\Vz

является

т. н.

«ветровым

фактором»,

т. е.

показывает

зависимость испарения от движения

воздушных

масс,

от ветра. А и В являются

параметрами,

которые

определяются

эмпирически на основании

данных

испарительных

бассейнов.

 

В зависимости от того, в каких

физико-географических

условиях

располагаются

испарительные

бассейны, по

дан­

ным которых найдены значения А и В, числовые

значения

этих

параметров

различны. Например,

числовое

значение

параметра

А колеблется

в

пределах

0,13—0,3,

а

параметра

В — в пределах

0,23—0,72 у разных

авторов.

 

 

 

 

Следует отметить, что возраста.™е параметра

А сопро­

вождается

уменьшением

значений

параметра

В, что приво­

дит к такому положению, что почти

все формулы

этого

типа

в диапазоне скоростей ветра 3—5 .м/еек дают близкие вели- ІЧИ.НЫ рассчитанных испарений, тогда как за пределами этих

скоростей

расхождения между

ними увеличиваются.

Таким

образам,

становится

ясным, что для территории со скоростя­

ми ветра

менее 3 м/сѳк, или более 5 м/сек, следует находить

свои, региональные

значения (коэффициентов

А и В.

 

Формулы этого

типа, «при

всем своем

несовершенстве,

отвечают

ясной механической

модели: Коэффициент

А при

28

 

 

 

 

 


.отсутствий ветра й разности упругости водяного пара равной •единице, соответствует тому переносу водяного пара с ис­ паряющей поверхности, который происходит в результате подъема вверх масс воздуха, принявших -испарившуюся вла­ гу и оказавшихся поэтому более легкими, чем вышерасполо­ женные более сухие массы. Коэффициент В учитывает влия­ ние динамической турбулентности на испарение» [24].

Ряд авторов не соглашается с таким объяснением физи­ ческой сути параметров А и В, в особенности параметра А [64]. Однако, доводы М. П. Тимофеева против приводимого выше пояснения врвд-ли являются убедительными. Ссылка на несовпадение показаний скорости ветра по анемометру и

флюгеру, несостоятельна, поскольку при построении

формул

 

 

ЕМА

+ В\Ѵг)(в02)

 

(20)'

используются данные только лишь анемометров,

точность

которых зависит

не

от

географического пункта, где

измеря­

ют скорость ветра,

а от

технических свойств самого

прибора,

и остается на любых широтах и высотах одинаковой.

Как показала практика, коэффициенты

А и В меняются

в пространстве, Что говорит, очевидно, о их

зависимости от

географических

условии.

 

 

Очевидно, не является случайностью

то, что

формулы

Б. Д. Зайкова, Браславского—Викулиной и др., составленные по материалам «равнинных» испарителей, дают весьма близ­ кие между собой значения параметров А и В, тогда как зна­ чение тех же параметров в формулах, составленных по гор­ ным странам, группируются вместе (формулы В. К. Давы­ дова, О. Й. Халатяна, В. К- Гвахария). Для объяснения этото явления следует, очевидно, провести более углубленное исследование.

Существуют эмпирические формулы, в которых разность ео—е20о заменена дефицитом влажности воздуха D (формулы В. К- Давыдова, Б. Д. Зайшва и др.). Однако, использова­

ние дефицита влажности воздуха вместо

разности eQ

е200

нам

представляется

не

совсем 'оправданным.

Дело

в том,

что

дефицит влажности

Q формируется

за счет макропро-

Цесоов, протекающих

в

атмосфере, тогда

как

разность е0

—е20д.

определяется термическими условиями

воды того

или

29