水 文 学 原 理(七蒸发与散发)jian.

蒸发面类型：
水面蒸发 冰雪蒸发 土壤蒸发 植物散发 流域蒸散发
陆面蒸发
§1 蒸发现象及其控制条件
3 控制蒸发的条件
供水条件 ——蒸发面上储存的水量多少 能量条件 ——蒸发面上水分子获得能量的多少 动力条件 ——蒸发面上空水汽输送的速度如何
气象条件
§1 蒸发现象及其控制条件
❖供水条件与蒸发面的水分含量有关，不同的蒸发 面，供水条件是有区别的，例如水面作为蒸发面 就有足够的水分供给蒸发。裸土表面作为蒸发面 只有当土壤含水量达到田间持水量以上时，才能 有足够的水分供给蒸发，否则对土壤蒸发的供水 就会受到限制。
❖ 天然条件下供给蒸发的能量主要来自太阳能。
§1 蒸发现象及其控制条件
❖ 动力条件一般来自三个方面: ❖ 其一是水汽分子扩散作用，其作用力大小及方向取决于大
气中水汽含量的梯度，但在一般情况下水汽的分子扩散作 用是不大的; ❖ 其二是上、下层空气之间的对流作用，这是由于近蒸发面 的气温大于其上层气温而形成的。对流作用将近蒸发面的 暖湿空气带离蒸发面上空，而使其上空的干冷空气下沉到 近蒸发面，因而促进了蒸发作用; ❖ 其三是空气紊动扩散作用。刮风时，空气发生紊动，风速 愈大，紊动作用也愈大。紊动作用将使蒸发面上空的空气 混合作用大大加快，将空气中的水汽含量冲淡，从而大大 促进了蒸发作用。也称空气平流作用。
水面蒸发的动力条件中只考虑了水汽扩散的作用，尚嫌不足。
空气动力学法的优点是抓住了影响水面蒸发的主要动力条件—风
速和水汽扩散，但对太阳辐射这一热量条件未予考虑。
E0
Qn
Ea
水体吸收净辐射 热量引起的蒸发
风速和饱和差 引起的蒸发
§2 水面蒸发
2 确定水面蒸发量的理论方法
d 水量平衡法
S2 S1 It O t P E
❖ 此后，土壤中的毛管水不再呈连续状态存在于土壤中，依靠毛管作用 向土壤表面输送水分的机制将遭到完全破坏。土壤水分只能以膜状水 或汽态水形式向土壤表面移动。由于这种仅依靠分子扩散而进行水分 输移的速度十分缓慢，数量也很小，故在土壤含水量小于毛管断裂含 水量以后，土壤蒸发必然很小而且比较稳定。
§3 土壤蒸发
§2 水面蒸发
❖水面小大及形状：水面面积大，其上空大量的水 汽不易被风立即吹散，因而水汽含量多，不利于 蒸发。反之，则有利于水面蒸发。水面形状是通 过风向来影响水面蒸发的。
§2 水面蒸发
❖水深：春夏两季浅水比深水水面蒸发量大，秋冬 两季则相反。
❖水质：当水中溶解有化学物质时，水面蒸发量一 般会减小。这是因为含有盐类的水溶液常在水面 形成一层薄膜，起着抑制蒸发的作用。水的混浊 度虽然与水面蒸发无直接关系，但由于会影响水 对热量的吸收和水温的变化，因而对水面蒸发有 间接的影响。
❖地下水位如果地下水面以上的土层全部处于上升 毛管水带内，则毛管中的水分弯月面互相联系， 有利于水分迅速向土层表面运行，土壤蒸发就 大。
❖如果地下水面以上土层的上部分仍处于土壤含水 量稳定区域，则由于向土壤表面运行水分困难， 故土壤蒸发就小。
❖ 随着地下水埋深的增加，土壤蒸发呈递减趋势。
§4 植物散发
3 土壤蒸发规律
Es
Ems ,
Ems f
,
CEms ,
f m f
m
§3 土壤蒸发
4 影响土壤蒸发的因素
气象因素 日照、温度、湿度、风速等 土壤特性 土壤孔隙性 供水条件 土壤含水量、地下水位
§3 土壤蒸发
❖ 土壤的孔隙性一般指孔隙的形状、大小和数量。土壤孔隙性是通过影 响土壤水分存在形态和连续性来影响土壤蒸发的。
(2) (3)
b a
(1) > a，E=Em（注: a< f) 供水充分，蒸散发量大而稳定。
(2) b<< a，E=( ) Em（注: b< m)
❖气压：空气密度增大，气压就增高。气压增高将 压制水分子逸出水面，因此，水面蒸发量随气压 的增高而减小。但气压高，空气湿度就降低，这 又有利于水面蒸发。
§2 水面蒸发
风速 ❖风吹过水面时，要携带走水面上空的水汽，这有
利于增加水面水分子的逸出量。 ❖一般言之，水面蒸发量随风速的增加而增加。但
当风速达到某一临界值时，水面蒸发将不再增 加。
§2 水面蒸发
3 确定水面蒸发量的经验公式途径
§2 水面蒸发
3 确定水面蒸发量的经验公式途径
E 0.22 1 0.31u2200 (e0 e200)
§2 水面蒸发
4 器测法
20cm口径蒸发器 80cm口径套盆蒸发器
E601蒸发器 20m2和100m2的大型蒸发池
蒸发器观测的数值不能直接作为大水体的水面蒸发值，必须 乘以一折算系数。折算系数与蒸发器类型、自然环境、季节 变化等因素有关。实际工作中，应根据当地实测资料分析。
❖ 在层次性土壤中，土层交界处的孔隙状况明显地与均质土壤不同，当 土壤质地呈上轻下重时，交界附近的孔隙呈“酒杯”状，反之，则呈 “倒酒杯”状。由于毛管力总是使土壤水从大孔隙体系向小孔隙体系 输送，所以“酒杯”状孔隙不利于土壤蒸发，而“倒酒杯”状孔隙则 有利于土壤蒸发。
§3 土壤蒸发
§3 土壤蒸发
面蒸发量与太阳辐 射热的对比曲线， 可见两者变化十分 一致。
§2 水面蒸发
温度 ❖水温增加，水分子运动速度加快，因而易于逸出
水面而跃入空气中。因此，水面蒸发量随水温的 增加而增加。气温是影响水温的主要因子，但不 像水温影响水面蒸发那样直接。
§2 水面蒸发
❖湿度：在同样温度下，空气湿度小时的水面蒸发 量要比空气湿度大时的水面蒸发量大。空气湿度 常用饱和差表示。饱和差越大，空气湿度越小， 反之则湿度越大。
§2 水面蒸发
2 确定水面蒸发量的理论方法
a 热量平衡法
Qn Qh Qe Q Q
Qe
Qn
Q 1 R
Q
input
E Qe Qn Q Q
wL wL(1 R)
Qe Qh
Qn
output
§2 水面蒸发
❖基于热量平衡原理的 计算水面蒸发公式， 主要考虑发与散发
Evaporation and Transpiration
主要内容
1. 蒸发现象及其控制条件 2. 水面蒸发 3. 土壤蒸发 4. 植物散发 5. 流域蒸散发
§1 蒸发现象及其控制条件
1 几个基本概念
蒸 发： 水分子从物体表面向大气逸散的现象称为蒸发 蒸发潜热： 单位水量蒸发到空气中所需的能量称为蒸发潜热 凝结潜热： 单位水量从空气中凝结返回水面所释放的能量称为凝结潜热
§3 土壤蒸发
2 土壤蒸发的实验验证
当土层中表层的土壤含水量降至小于毛管断裂含水量而大于最大分子 持水量时，强烈蒸发层大约在0～20 cm之间。当土层中表层的土壤含 水量小于最大分子持水量而大于最大吸湿量时，土壤含水量消退十分 缓慢。20 cm深度处的土壤含水率稳定在毛管断裂含水量左右。
§3 土壤蒸发
§4 植物散发 3 影响植物散发的因素
植物生理特性
❖植物生理行性与植物的种类和生长阶段有关。不 同种类的植物，因其生理特点不同，在同气象条 件和同土壤含水量情况下，散发率是不同的。同 一种植物在其不同的生长阶段，因具体的生理特 性上的差异，也使得散发率不一样。
§5 流域蒸散发
流域蒸散发：流域上不同蒸发面（水面、裸 土、岩石、植被等）的蒸发和散发总称为流 域蒸散发。（一般，流域内水面占的比重不 大，所以土壤蒸发和植物散发是流域蒸散发 决定性部分。）
❖ 一般言之，直径为0.1～0.001mm的孔隙，毛管现象最为显然。直径 大于8mm的孔隙不存在毛管现象。直径小于0.001mm的孔隙只存在 结合水，也没有毛管现象发生。因此，孔隙直径在0.1 ～0.001mm的 土壤的蒸发显然要比其他情况大。
❖ 土壤孔隙性与土壤的质地、结构和层次均有密切关系。例如砂粒土和 团聚性强的粘土的蒸发要比砂土、重壤土和团聚性差的粘土小。对于 黄土型粘壤土，由于毛管孔隙很发育，所以蒸发很大。
2 土壤蒸发的实验验证
当土层含水量超过田间持水量时，在土壤蒸发过程中，土壤水分剖面 呈平移消退。这种情况大约要延续到土壤含水量接近田间持水量时。
§3 土壤蒸发
2 土壤蒸发的实验验证
当土层含水量介于毛管断裂含水量和田间持水量之间时，土壤蒸发的影响土层 的深度不再是整个土层，而减小为0 ～ 50 cm，其中0 ～20 cm或30 cm是土壤 蒸发强烈影响土层。深度在50 cm以下，由于毛管水上升缓慢，蒸发小，因此， 土壤含水量变化很小。
2 确定水面蒸发量的理论方法
b 空气动力学法
E
( K wu2 Km
)
f
(ln( z2
/
ks
))(e0
e2 )
饱和差
§2 水面蒸发
达尔顿定律
确定水面蒸发的空气 动学方法主要考虑了 饱和差d和风速u对水 面蒸发的影响
§2 水面蒸发
2 确定水面蒸发量的理论方法
c 混合法
热量平衡法的优点是考虑了影响水面蒸发的热量条件，而在影响
§2 水面蒸发
水面蒸发是充分供水条件下的蒸发，因此水面蒸发率与水面蒸 发能力是完全相同的。水面蒸发是目前研究得较为成熟的一种 蒸发现象。
1 水面蒸发的影响因素
气象因素
太阳辐射 温度 湿度 气压 风速
水面大小及形状 水体因素 水深
水质
§2 水面蒸发
太阳辐射 ❖ 蒸发所需之能量主
要来自太阳辐射。 ❖ 图为某地月平均水
§2 水面蒸发
4 器测法
蒸发实验站
蒸发器
§2 水面蒸发
§3 土壤蒸发
1 土壤蒸发过程
第一阶段 土壤含水量超过田 间持水量
第二阶段土壤含水量介于田 间持水量与毛管断裂含水 量之间
第三阶段土壤含水量小于等 于毛管断裂含水量