水文学原理(6-8章)

es — 水面温度Ts下饱和水汽压,e2 s — 2m高程气温下饱和水汽压 . 则:H =
γ
LB (es e2 s ) =
γ
γ
LE
γ
LB (e2 s e2 )
根据热量平衡方程: H + H e = Rn + H a H s,即:H + LE = Rn + H a H s
γ Rn + H a H s + LB (e2 s e2 ) 容易导出:E = γ L(1 + )
第六章 蒸散发
第一节 水面蒸发的影响因素
一,封闭系统的水面蒸发 记t内,逸出水面的水分子数为 ,返回水面的水分子数 . 内 逸出水面的水分子数为N,返回水面的水分子数n. t = t0时刻,T=T0,N=n,e=eS(T0),动态平衡 时刻, , t 继续 , T 升高,N>n,e<eS, 升高, , 蒸发
1,动力因素:水汽分子扩散,空气对流和紊动(风速); ,动力因素:水汽分子扩散,空气对流和紊动(风速)
高度 有风时, 有风时,全部时刻 气压差 高度 无风时, 无风时,不同时刻 气压差
水面
e∞
eS
水汽压
水面
e∞
eS 水汽压
2,热力因素:太阳辐射,水温,气温等 ,热力因素:太阳辐射,水温, 3,其它因素:空气湿度,水质(含盐度,浑浊度,色度),水 ,其它因素:空气湿度,水质(含盐度,浑浊度,色度) 体大小,水体深浅等. 体大小,水体深浅等.
P + I E = S = h2 h1 E = P + I (h2 h1 )
常用蒸发器:φ20cm,φ80cm,E601(直径 常用蒸发器: , , 直径61.8cm). . 直径 大型蒸发池:器口面积 大型蒸发池:器口面积10m2,20m2,100m2. 大型蒸发池所测水面蒸发量与自然条件下水体的蒸发量接近. 大型蒸发池所测水面蒸发量与自然条件下水体的蒸发量接近. 但蒸发器所测蒸发量须换算成天然水体蒸发量: 但蒸发器所测蒸发量须换算成天然水体蒸发量:E=kE器
二,流域总蒸发规律
E/Em
1.0 (2) (3) (1)
(1) θ> θa,E=Em(注: θa< θ田) 供水充分,蒸散发量大而稳定. 供水充分,蒸散发量大而稳定. (2) θb<θ< θa,E=(αθ ) Em(注: θb< θ断) θ θa θ 供水不充分, 供水不充分,蒸散发量随 θ 的减小 而减小. 而减小. (3) θ< θb,E=CEm,C=0.05~0.10 (1) Em小, 则θa小,可在较长时间内维 持按蒸散发能力蒸发. 持按蒸散发能力蒸发. (2) Em大, 则θa大, θ略小于θ田,实际 略小于θ 蒸散发量便降到蒸散发能力以下. 蒸散发量便降到蒸散发能力以下. θ
HO
Rn H H e + H a = H s Rn — 水体吸收的净辐射( J / min); H — 水体传导给大气的热量 ( J / min); H e — 蒸发耗热量( J / min); H a — 水体出入流净热量含量 ( J / min); H s — 水体储热增量( J / min). (J
第三节
土壤蒸发的物理过程
一,土壤蒸发率和蒸发能力
土壤蒸发率:单位时间单位面积上的土壤蒸发量( ) 土壤蒸发率:单位时间单位面积上的土壤蒸发量(E) 土壤蒸发能力:充分供水时的土壤蒸发率( 土壤蒸发能力:充——日照,温度,湿度,风速等气象因子 日照,温度,湿度,风速等气象因子 蒸发能力方面 日照 土壤含水量(在讲"土壤蒸发过程" 土壤含水量(在讲"土壤蒸发过程"时展 开) 土壤孔隙 地下水位 温度梯度
第二节
确定水面蒸发的途径和方法
一,水汽输送法(基于空气紊动扩散理论研究水面蒸发) 水汽输送法(基于空气紊动扩散理论研究水面蒸发)
水汽输送通量与水汽含量在输送方向上的梯度成正比. 水汽输送通量与水汽含量在输送方向上的梯度成正比.
E = ρK w dq ( ρ — 湿空气密度; K w — 水汽紊动扩散系数; q — 比湿. ) dz
c2 c1
Kw ρ (u2 ) E = 0.622 (es e2 ) = B (es e2 ) z2 2 2 K m P c1 [ln( z1 )] 风速与糙度的函数
确定水面蒸发的途径和方法( 第二节 确定水面蒸发的途径和方法(续)
二,热量平衡法(基于能量守恒原理研究水面蒸发) 热量平衡法(基于能量守恒原理研究水面蒸发)
mm汞柱 汞柱 m/s /
{英制单位}
{法定单位}
2 华东水利学院公式:E = 0.22 1 + 0.31u200 (e0 e200 ) (mm / d )
m/s /
毫巴
确定水面蒸发的途径和方法( 第二节 确定水面蒸发的途径和方法(续)
六,器测法
I P E t =t1 t =t2 一般无出流量, 一般无出流量,除非大暴雨引起 蒸发器漫溢;没有渗漏水量. 蒸发器漫溢;没有渗漏水量.故:
t =t1时刻,T=T1,N=n e=eS(T1),动态平衡 时刻, , t 继续 , T降低,N<n, e>eS, 降低, 降低 , 凝结
对于封闭系统,蒸发量仅与饱和差(热力条件)有关. 对于封闭系统,蒸发量仅与饱和差(热力条件)有关.
第一节
水面蒸发的影响因素( 水面蒸发的影响因素(续)
二,天然条件下的水面蒸发
确定水面蒸发的途径和方法( 第二节 确定水面蒸发的途径和方法(续)
五,经验公式法
一般形式:E = Kf (u )(es e)
0.36 英寸 英里/ 英里/h
v 迈耶公式:E = C (ews ea )(1 + )(英寸 / d ) 10 迈耶公式:E = C (ews ea )(1 + 0.244v)(mm / d )
确定水面蒸发的途径和方法( 第二节 确定水面蒸发的途径和方法(续)
四,水量平衡法(基于水量平衡原理研究水面蒸发) 水量平衡法(基于水量平衡原理研究水面蒸发)
E = I + P O Og S E — 蒸发量;I — 入流量;P — 降水量; O — 出流量;Og — 渗漏量;S — 储量变量.
根据热量平衡法: 根据热量平衡法:H = βH e = βLE = C B P
∴ H = γLB (Ts T2 ),记 =
Ts T2 T T LE = γ s 2 LE es e2 es e2
es e2 s ( — 饱和水汽压曲线坡度) Ts T2 LB[(es e2 ) (e2 s e2 )] =
水量平衡法原理简单且严密. 水量平衡法原理简单且严密.但因各水量平衡项的 观测和计算均含有误差,最终都体现在蒸发量上, 观测和计算均含有误差,最终都体现在蒸发量上,当 蒸发量与其它项相比很小时,误差更大. 蒸发量与其它项相比很小时,误差更大.水量平衡法 只适用于长时段蒸发量计算. 只适用于长时段蒸发量计算.
二,植物散发的规律
1.0
作物系数 θks θk θ
第五节
流域总蒸发
一,流域总蒸发的影响因素
根据蒸发面不同,流域蒸发包括:水面蒸发, 根据蒸发面不同,流域蒸发包括:水面蒸发,土壤蒸 植被散发和冰雪蒸发等. 发,植被散发和冰雪蒸发等.通常流域内水面和冰雪覆盖 面所占比重不大,故对绝大多数流域,总蒸发主要包括土 面所占比重不大,故对绝大多数流域,总蒸发主要包括土 壤蒸发和植物散发. 壤蒸发和植物散发. 因此, 因此,影响土壤蒸发和植物散发的因素即是影响流域 总蒸发的因素.综合起来,影响因素包括: 总蒸发的因素.综合起来,影响因素包括: (1)气象条件(日照,温度,湿度,风速等); )气象条件(日照,温度,湿度,风速等); (2)流域内土壤含水量; )流域内土壤含水量; (3)流域内土壤,植被分布; )流域内土壤,植被分布; (4)地形,地貌 . )地形,
(3) θ<θ断,E=CEm(C<<1.0) θ ) 毛管向上输送水分的机制完全遭到破坏, 毛管向上输送水分的机制完全遭到破坏,水分只能以薄膜 水或气态水的形式供给蒸发,蒸发量小而稳定. 水或气态水的形式供给蒸发,蒸发量小而稳定.
第四节
植物散发
一,植物散发的影响因素
1,气象因素(日照,温度,湿度,风速等); ,气象因素(日照,温度,湿度,风速等); 2,土壤含水量 , 当土壤含水量充分时,植物散发达到或接近散发能力. 当土壤含水量充分时,植物散发达到或接近散发能力.随着 土壤含水率的减少,植物散发渐减. 土壤含水率的减少,植物散发渐减.当土壤含水量低于凋萎 含水量后,植物散发基本停止. 含水量后,植物散发基本停止. 3,植物种类和生理阶段 , E/εEm ε
E=
Rn + H a H s P Ts T2 L(1 + 0.61 ) 1000 es e2
确定水面蒸发的途径和方法( 第二节 确定水面蒸发的途径和方法(续)
三,综合法或彭曼法(将水汽输送法与热量平衡法相结合) 综合法或彭曼法(将水汽输送法与热量平衡法相结合)
Kw ρ (u2 ) (es e2 ) = B (es e2 ) 根据水汽输送法:E = 0.622 根据水汽输送法: z2 2 2 K m P c1 [ln( z1 )]
因β = 0.61 P Ts T2 1000 es e2
左式H难以确定, 左式 难以确定,设 难以确定 H=βHe (β—波温比), 波温比) 波温比 则:
E= Rn + H a H s L(1 + β )
Ts — 水面温度; T2 — 某高度气温; es — 水面温度Ts下饱和水汽压; e2 — 气温T下空气水汽压.
q ≈ 0.622
e (e — 水汽压;P — 环境大气压. ) P
故:E = 0.622 K w