河海大学《水文学原理》课件(第七章)

空间分布特点
全球
赤道大——1100mm 两极小——120mm
我国
西北干旱区——2000mm以上 华北地区 ——1200～ 2000mm之间 南方湿润区——1200mm以下
时间分布特点
第三节 土壤蒸发
1
土壤蒸发过程 (soil water evaporation processes)
2
土壤蒸发规律 (soil water evaporation rules)
第三节 土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
第二阶段 土含介于田间持水
量与毛管断裂含水量之间
E/Em
• 毛管连续状态破坏，毛管输送水量减小 • E随θ减小而减小――持续到θ毛
(2) (3)
毛管断裂含水量
(1)
田 间 持 水 量
第三节 土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
第三阶段 土含小于等于毛
管断裂含水量
E/Em
• 毛管输送水分完全破坏
本章主要内容
1
蒸发现象及其控制条件
(evaporation and control conditions)
2
水面蒸发
(water surface evaporation)
3
土壤蒸发
(soil water evaporation)
4
植物散发
(plant transpiration)
5
流域蒸散发
(watershed evapotranspiration)
第五节 流域蒸散发
7、我国蒸发量的概况
(1) 年总蒸发量地理分布
我国年总蒸发量为364mm，地理分布与年降水量 地区分布大体相当，总的趋势由东南向西北递减
蒸发量还受地形、地质、土壤、植被、降水等因 素的影响而出现差异。
第五节 流域蒸散发
7、我国蒸发量的概况 (1) 年总蒸发量地理分布
第五节 流域蒸散发
风速和饱和差 引起的蒸发
Qn：以蒸发单位表示的净辐射； Ea：气温等于水温时的蒸 发量。
第二节 水面蒸发
2、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical method d 水量平衡法 (water balance method)
S2 S1 It O t P E
第二节 水面蒸发
3、确定水面蒸发量的经验公式途径 empirical equation 华东水利学院经验公式
EU WU P，EL (Em EU)WL /WLM，ED 0； （3）WU P Em，C(Em EU) WL C •WLM时：
EU WU P，EL C(Em EU)，ED 0； （4）WU P Em，WL C(Em EU)时：
EU WU P，EL WL，ED C(Em EU) EL。
土壤蒸发量： E=EU+EL+ED （notes: 同时刻相加）
第五节 流域蒸散发
6、流域蒸散发计算（三层蒸发模式）
WU、WL — 上、下层土壤含水量； WUM、WLM — 上、下层土壤含水容量； EU、EL、ED — 上、下、深层蒸发量； （1）WU P Em时，EU Em，EL 0，ED 0； （2）WU P Em，WL C •WLM时：
（1）气象条件（日照、温度、湿度、风速等）； （2）流域内土壤含水量； （3）流域内土壤、植被分布； （4）地形、地貌 。
第五节 流域蒸散发
2、流域蒸散发规律
第五节 流域蒸散发
2、流域蒸散发规律
(1) > a，E=Em（注: a< 田)， 供水充分， E/Em
蒸散发量大而稳定
1.0
(2) b<< a，E=( ) Em（注: b< 断)， 供水不充分，蒸散发量随 的减小而减 小
3
植物散发的确定 (determination of transpiration)
4
影响植物散发的因素 (influencing factors)
第四节 植物散发
1、散发现象
植物从土壤中吸取水分，然 后输送到茎和叶面，大部分 水分从叶面和茎逸散到空气 中，这就是散发现象。
第四节 植物散发
2、植物散发规律
第一节 蒸发现象及其控制条件
1、几个基本概念 basic concepts
蒸 发： 水分子从物体表面向大气逸散的现象称为蒸发 (evaporation) 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 (heat of vaporization)
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 (condensation latent)
水面大小(water surface area)
水体因素
水面形状(shape of water body) 水 深 (water depth)
水 质(water quality)
第二节 水面蒸发
2、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical method
a 热量平衡法 (heat balance method)
3
影响土壤蒸发的因素 (influencing factors)
第三节 土壤蒸发
1、土壤蒸发过程
第一阶段 土含超过田间持水量 E/Em
• 水分通过毛管作用源源不断地供给土壤蒸发
• 充分供水条件下的土壤蒸发
(2)
• 只受气象条件影响，E大且稳定
• E继续，θ减小
(3)
毛管断裂含水量
(1)
田 间 持 水 量
,
CEms ,
f m f
m
第三节 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、温度梯度
第四节 植物散发
1
散发现象 (phenomena of plant transpiration)
2
植物散发规律 (plant transpiration rules)
流域蒸散发的确定
4
我国蒸发量概况
第五节 流域蒸散发
1、流域蒸散发及其影响因素
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。）
第五节 流域蒸散发
1、流域蒸散发及其影响因素
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：
E 0.22 1 0.31u2200 (e0 e200)
第二节 水面蒸发
4、器测法 instrument-measurement method
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。
7、我国蒸发量的概况
(2) 年总蒸发量年内变化
年总蒸发量的年内变化与气象要素及太阳 辐射的年内变化趋势一致。
复习思考题
• 蒸发、蒸发率、蒸发能力 • 蒸发分类 • 控制蒸发的条件 • 影响水面蒸发的因素 • 水面蒸发量的计算 • 土壤蒸发规律（3阶段） • 影响土壤蒸发因素 • 流域蒸散发规律 • 流域蒸散发计算
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
E=f(S,ta) S:日照；ta:气温
第二节 水面蒸发
2、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical method
b 空气动力学法 (aerodynamic method)
(2) (3)
(3) < b，E=CEm，C=0.05~0.10
b
(1)
a
第五节 流域蒸散发
3、流域蒸散发的确定
E/Em
Em,
W Wa
1.
E
1
1C Wa Wb
(Wa
W
)Em ,Wb
W
Wa
0
CEm,
W Wb
Wb Wa W
第五节 流域蒸散发
4、流域蒸散发能力的计算
Em K1 Ew K1 K2 Ew' K Ew' Em — 流域蒸散发能力； Ew — 水面蒸发； Ew' — 蒸发器蒸发。 K1 — 流域蒸散发能力与水面蒸发的换算系数； K2 — 水面蒸发与蒸发器观测蒸发的换算系数； K — 流域蒸散发能力与蒸发器蒸发的换算系数。
• 只能以膜状水或气态水形式移动，速度 慢，数量小
• E小而稳定
(2) (3) 毛管断裂含水量
(1)
田 间 持 水 量
第三节 土壤蒸发
2、土壤蒸发的实验验证
第三节 土壤蒸发
2、土壤蒸发的实验验证
第三节 土壤蒸发
2、土壤蒸发的实验验证
第三节 土壤蒸发
3、土壤蒸发规律
Es
Ems ,
Ems f
第二节 水面蒸发
4、器测法 instrument-measurement method
蒸发器
蒸发实验站
第二节 水面蒸发
4、器测法 instrument-measurement method
8:00～8:00
第二节 水面蒸发
水面蒸发的时空分布特点 temporal spatial distribution characteristics
L 2491 2.177tw
蒸 发 率： 单位时间从单位面积蒸发面逸散到大气中的水分子数与从大气中返回 (evaporation rate) 到蒸发面的水分子数之差值称为蒸发率
蒸发能力： 供水充分条件下，单位时间从单位面积蒸发面逸散到大气中的水分子 (evaporation capacitwenku.baidu.com) 数与从大气中返回到蒸发面的水分子数之差值称为蒸发能力
第二节 水面蒸发
1、影响水面蒸发的因素 influencing factors
太阳辐射 (solar radiation)
气象因素
温 度 (temperature) 湿 度 (humidity)
气 压 (air pressure)
风 速 (wind velocity)
第二节 水面蒸发
1、影响水面蒸发的因素 influencing factors
第一节 蒸发现象及其控制条件
2、控制蒸发率的条件 controlling conditions for evaporation
供水条件 (water supply) ——蒸发面上储存的水量多少 能量条件 (energy) ——蒸发面上水分子获得能量的多少 动力条件 (dynamic) ——蒸发面上空水汽输送的速度如何
气象条件
meteorological condition
第一节 蒸发现象及其控制条件
3、蒸发分类 classification of evaporation
(water) (ice-snow)
(soil)
(plant) (watershed)
第二节 水面蒸发
水面蒸发
影响水面蒸 发的因素
水面蒸发 量的确定
E
( K wu2 Km
)
f
(ln( z2
/ ks ))(e0
e2 )
饱和差
第二节 水面蒸发
2、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical method c 混合法 (mixed method)
E0
Qn
Ea
Δ ：温度－饱和水汽压曲 线中气温ta处的斜率；
γ ：湿度计算常数，常取0.66；
水体吸收净辐射 热量引起的蒸发
第五节 流域蒸散发
5、流域蒸散发的空间变化
一般而言，随高程增加，流域蒸散发能力会有所减小
第五节 流域蒸散发
6、流域蒸散发计算（三层蒸发模式）
上层 （Upper Layer）
下层 （Lower Layer）
深层 （Deep Layer）
EU,WU,WUM EL,WL,WLM ED,WD,WDM
上土层蒸发量： EU=Em 下土层蒸发量： EL=Em*WL/WLM 深土层蒸发量： ED=C * Em
Ep
D0 D D0
E0
Ep
bE0 ,
E0 ,
0 k k
第四节 植物散发
3、植物散发的确定 (1) 器测法 (2) 数学模型法 (3) 其 他：水量平衡法、热量平衡法
第四节 植物散发
4、影响植物散发的因素
温度、日照、土壤含水量、植物生理特性
第五节 流域蒸散发
1
流域蒸散发
2
流域蒸散发规律
3
第七章 蒸发与散发
Evaporation & Transpiration
Evaporation is the process by which water changes from a liquid to a gas or vapor. Studies have shown that the oceans, seas, lakes, and rivers provide nearly 90 percent of the moisture in the atmosphere via evaporation, with the remaining 10 percent being contributed by plant transpiration.