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
•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, Ке—коэффициент 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(е0-ег), |
|
|
|
(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)(в0-ё2) |
|
(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