蒸发

2、意义：蒸发强度是蒸发现象的定量描述。
3、蒸发强度的大小决定条件
（1）蒸发面上储存的水分多少，这是蒸发的供水条件；
（2）蒸发面上水分子获得的能量多少，这是水分子脱离
蒸发面向大气逸散的能量供给条件；
（3）蒸发面上空水汽输送的速度，这是保证向大气逸散
的水分子大于从大气返回蒸发面的水分子的动力条件。
（1）供水条件

（七）水深

水深：水深小，水体的上、下部分交换容易，混
合充分，以致上、下部分的水温几乎相同，并与
气温变化十分相应。夏季气温高，水温亦高，水
面蒸发量大，冬季则相反。
（八ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水质

水质 ：当水中溶解有化学物质时，水面蒸发
量一般会减小。例如海水平均含盐度为3．5％，
所以海水的蒸发量要比淡水小2％一3％。这是
P I E S h2 h1 E P I (h2 h1 )
常用蒸发器：20cm、80cm、E601(直径61.8cm)。 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。
但蒸发器所测蒸发量须换算成天然水体蒸发量：E=kE器
mm汞柱
{英制单位 }
m/s
{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
第二节 确定水面蒸发的途径和方法（续）
六、器测法
I P E 一般无出流量，除非大暴雨引起 蒸发器漫溢；没有渗漏水量。故：
t =t1 t =t2
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，当 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。
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/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)(m m/ d )
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。
二、确定水面蒸发量的理论方法

热量平衡法


空气动力学
混合法

水量平衡法
第二节
确定水面蒸发的途径和方法
二、空气动力学法(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。
E K w dq ( — 湿空气密度； K w — 水汽紊动扩散系数； q — 比湿。 ) dz
第六章 蒸发与散发
第一节 基本概念

教学目标:
1、蒸发，蒸发强度，蒸发能量的定义。
2、影响蒸发强度大小的三个因素。
3、水面蒸发的主要因素。
4、水面蒸发四种不同的理论方法，重点是混合法。
5、水面蒸发的经验公式。
一、基本概念
(一)蒸发：水分子从物体表面即蒸发面，向大气
逸散的现象称为蒸发。

蒸发面：主要的有水面、裸土层面、植物叶面、冰
2、土壤含水量与饱和差关系

当土壤含水量大于田间持 水量时．土壤蒸发大，而 且与饱和差的关系密切。 当土壤含水量介于田间持 水量与毛管断裂含水量之 间时．土壤蒸发越来越小， 而且与饱和差的关系变得 越来越不密切。 当土壤含水量小于毛管断 裂含水量时，土壤蒸发更 小，而且与饱和差的关系 十分散乱。

K w u*2 e1 e2 K w (u2 u1 )(e1 e2 ) K w E 0.622 0.622 ( 0.7) K m P u2 u1 K m P c 2 [ln( z2 )]2 Km 1 z1
取z1为风速 0的高度，则 1 0，z1 ks e ，e1 es： u
强烈蒸发层大约在0—20cm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。 20cm深度处的土壤含水率稳 定在毛管断裂含水量左右。
三、土壤蒸发规律
1、土壤蒸发与水面蒸发关系密切
两者不仅关系密切， 而且土壤蒸发量略大于 同气象条件下的水面蒸 发。土壤蒸发与水面蒸 发关系密切，此时的土 壤蒸发属于充分供水条 件下的土壤蒸发，即为 土壤蒸发能力。
毛管断裂含水量为16%，最大分子持水量为
9%，最大吸湿量为3%。
1、土壤水分剖面呈平移消退。 2、延续到土壤含水量接近田间持水量时（22%）。
3、整个土层都参与蒸发。
土壤蒸发的影响土层的深度不再是整个土层，而减小为0 一50cm，其中0—20 cm或30cm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。
力 。它用于度量空气中水汽含量，水汽压值大时，
表示空气中水汽含量多。

饱和水汽压：在一定温度下，水汽达到饱和时的
压强，叫“饱和水汽压”。 饱和差：在一定温度条件下，饱和水汽压与当时 的实际水汽压之差。间接表示空气中的水汽含量。

（四）气压

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

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。

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。

（2）能量条件 天然条件下供给蒸发的能量主要来自太阳能。 （3）动力条件 a、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；

b、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；

c、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。
（四）蒸发能力

1、定义：在供水不受限制，也就是供水充分的
条件下，单位时间从单位蒸发面面积逸散到大气
中的水分子数与从空气返回到蒸发面的水分子数
之差值(当为正值时)称为蒸发能力，又称蒸发潜
力或潜在蒸发。

2、影响因素：只与能量条件和动力条件有关。
二、分类
水面蒸发
土壤蒸发
植物散发
冰雪蒸发 流域蒸散发
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。
§2 水面蒸发
4 器测法
蒸发实验站
蒸发器
§2 水面蒸发
第三节 土壤蒸发

1、土壤蒸发过程的定性描述。


2、土壤蒸发规律的实验验证及其表达式。
3、影响土壤蒸发因素。
一、土壤蒸发过程

1、当土壤含水量大于田间持水量时，土壤中的水 分可以通过毛管作用源源不断地供给土壤蒸发， 差不多有多少水分从土壤表面逸散到大气中去， 就会有多少水分从土层内部输送至表面来补充。
的能量称为蒸发潜热 。
凝结潜热：凝结则要释放能量，单位水量从空气中凝结返回 水面释放的能量称为凝结潜热。 L=2491-2.177tw L——蒸发或凝结潜热（J/g）
tw——水面温度，℃。
（四）蒸发强度

1、定义： 单位时间从单位面积土壤表面或植
物叶面以及水面所消耗的水量，常用单位为
mm/d，mm/月，mm/a，
Kw (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

c2 c1
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)
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。
2、当土壤含水量小于田间持水量后，


土壤中毛管连续状态将逐步遭到破坏，通过毛管输送到 土壤表面的水分也因此而不断减少。
由于土壤含水量不断减小，供给土壤蒸发的水分会越来 越少，以致土壤蒸发将随着土壤含水量的减小而减小。


3、当土壤含水量小于毛管断裂含水量后，土
壤中的毛管水不再呈连续状态存在于土壤中，

3、不同的土壤的土壤蒸发与含水量 关系

对每一种土壤，均存在一个转折 点。转折点相应的土壤含水量是 一个临界土壤含水量，当土壤含 水量大于这个临界值时，土壤蒸 发达到土壤蒸发能力。 当土壤含水量小于这个临界值时， 土壤蒸发随土壤含水量呈直线减 小。 不同的土壤，不仅临界土壤含水 量不同，而且关系线的坡度也不 同，这些差别是由土壤特性所决 定的。
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。

（五）风速

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。
（六）水面大小及形状

水面大小及形状：

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。 水面形状是通过风向来影响水面蒸发的。
q 0.622
e (e — 水汽压； P — 环境大气压。 ) P
故： E 0.622 K w
de
P dz
引入水平方向切应力的概念：
K m
du ( — 水平面上的切应力； u — 风速； K m — 紊动粘滞系数。 ) dz
2 K w u* e1 e2 E 0.622K w 0.622 P K m du / dz K m P u2 u1
雪面、流域表面等。
（二）蒸发现象与凝结现象
蒸发现象：水体中的水分子总是处在不停的运动
之中。当水面上一些水分子获得的能量大于水
分子之间的内聚力时，就会突破水面而跃入空
气之中的现象。
凝结现象：一些水汽分子同时从空气中返回水面。
这就是凝结现象。
（三）蒸发潜热与凝结潜热
蒸发潜热：蒸发必须消耗能量，单位水量蒸发到空气中所需

1、水量平衡法


2、经验公式法
3、器测法
五、影响土壤蒸发的因素
一是气象因素
土壤含水量状况
土壤的孔隙性
二是土壤特性
地下水位的关系
温度梯度

（一）土壤含水量


（二）土壤孔隙性
土壤的孔隙性一般指孔隙的形状、大小和数量。

直径为0.1一0.001mm的孔隙，毛管现象最为显然。 土壤孔隙性与土壤的质地、结构和层次均有密切关系。


Es
——土壤蒸发；
Ems f m
——土壤蒸发能力
—土壤含水率；
Ems , f
——田间持水量；
Es
Ems
——毛管断裂含水量；
c——土壤含水量小 于时的土壤蒸发系数， 其值远小于1
f
, m f
CEms , m
四、土壤蒸发的确定方法
第二节

水面蒸发
主要内容

蒸发影响因素

确定水面蒸发量的理论方法
一、水面蒸发
定义：充分供水条件下的蒸发。
特点：水面蒸发强度与水面蒸发能力是完全相同
的。
二、影响水面蒸发的因素
气象因素：

水体因素：

太阳辐射
温度 湿度 风速 气压
水面大小和形状
水深 水质
（一）太阳辐射
太阳辐射：蒸发所需之能量主要来自太阳辐射。
当与高程无关时， 任意高度 = 0= u*2(u*—剪切速度) ，故：
Km u du / dz
2 *
u*2 de / dz
根据卡门- 普朗德提出的均质粗糙流的流速分布：
u z (u2 u1 ) 2 c1 ln c2 k s — 糙度系数；c1、c2为常数，故 : u*2 z 2 u* ks c1 [ln( 2 )]2 z1
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。此后，土壤水分只能以膜状水或
汽态水形式向土壤表面移动。土壤蒸发很小而
且比较稳定。
二、土壤蒸发的实验验证

辽宁省叶柏寿径流实验站

实验材料：用于实验的土层厚度为1 m，土壤
属于轻壤土，干容重为1．408g/cm3，孔隙率
为51%，田间持水量按容积含水率计为22%，
（二）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。
（三）湿度

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（举例）。

饱和差越大，空气湿度越小，反之则湿度越大。

水汽压 ：空气中水汽部分作用在单位面积上的压