Испарение и методы его измерения - Строительство и ремонт

Оценка / измерение испарения

Типы испарителей

Испаритель
(1) Испарительная камера USWB класса А
(2) Стандартный испаритель ISI
(3) Колорадский затопленный испаритель
(4) Плавающий испаритель USGS
Коэффициент испарения

Станции испарения

ЭМПИРИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ
(1) Формула Мейера
(2) Формула Рохвера
Скорость ветра

Аналитические методы оценки испарения

(1) Метод водного бюджета
(2) Метод энергетического бюджета
Сравнение методов

Что такое испарение и как оно происходит?

Прежде чем осадки достигнут выхода из бассейна в виде стока, водосборный бассейн должен выполнить определенные требования, такие как iприем, хранение в депрессии и инфильтрация. Помимо этого, процессы испарения и транспирации передают воду в атмосферу в виде водяного пара.
Испарение из водоемов и почвы вместе с транспирацией растительности называется эвапотранспирацией (ЭТ). Та часть осадков, которая не доступна в виде поверхностного стока, называется “потерей”.

Испарение

Испарение – это процесс, в котором жидкость переходит в газообразное состояние на свободной поверхности, ниже точки кипения, за счет передачи энергии.
Испарение является процессом охлаждения – скрытая теплота испарения (~585 кал/г испаренной воды) должна быть обеспечена водоемом.
Скорость испарения зависит от

Давления пара на поверхности воды и в воздухе над ней
Скорость ветра – Падающая солнечная радиация
Атмосферное давление – Качество воды
Температуры воздуха и воды
Размер водоема

Давление паров – Скорость испарения пропорциональна разнице между давлением насыщенного пара (ДНП) при температуре воды и фактическим давлением пара в воздухе ()

Это уравнение называется законом Дальтона об испарении. Испарение происходит до тех пор, пока . Если происходит конденсация.
Температура – Скорость испарения увеличивается с повышением температуры воды. Хотя наблюдается увеличение скорости испарения с повышением температуры воздуха, высокой корреляции между ними не существует. При одинаковой среднемесячной температуре испарение с озера может быть разным в разные месяцы.
Ветер – Ветер способствует удалению испарившегося водяного пара из зоны испарения, создавая тем самым большую площадь для испарения.
Скорость испарения увеличивается с увеличением скорости ветра до некоторого предела (критическая скорость ветра), после чего дальнейшее увеличение скорости ветра не оказывает никакого влияния на скорость испарения. Значение критической скорости ветра зависит от размера водной поверхности (большие водоемы – высокие скорости ветра).
Атмосферное давление – При прочих равных условиях, снижение атмосферного давления (как в высокогорных районах) увеличивает скорость испарения.
Растворимые соли – Когда растворитель растворяется в воде, давление пара в растворе меньше, чем в чистой воде, и, следовательно, это приводит к уменьшению скорости испарения.
Процентное уменьшение скорости испарения приблизительно соответствует процентному увеличению удельного веса.
При одинаковых условиях испарение из морской воды примерно на 2-3% меньше, чем из пресной.

Аккумулирование тепла в водоемах

Глубокие водоемы обладают большей теплоаккумулирующей способностью, чем мелководные. Глубокое озеро накапливает энергию излучения, полученную летом, и высвобождает ее зимой, что приводит к меньшему испарению летом и большему испарению зимой по сравнению с мелководным озером, находящимся в аналогичных условиях.
Эффект аккумулирования тепла заключается в изменении сезонной скорости испарения, а годовое испарение остается более или менее неизменным.

Оценка / измерение испарения

Это делается следующими методами

Использование испариметров

С помощью эмпирических уравнений

Аналитическими методами

Типы Испарители

Испаритель

Это кастрюли, содержащие воду, которые подвергаются воздействию атмосферы. Потери воды при испарении из этих кастрюль измеряются через регулярные промежутки времени (ежедневно). Метеорологические данные, такие как влажность, скорость ветра, температура воздуха и воды, осадки, также измеряются и записываются вместе с испарением.

(1) Испарительный поддон USWB класса А

Поддон диаметром 1210 мм и глубиной 255 мм.

Глубина воды поддерживается между 18 и 20 см.

Поддон изготовлен из неокрашенного листа GI

Поддон устанавливается на деревянную платформу высотой 15 см над уровнем земли, чтобы обеспечить свободную циркуляцию воздуха под поддоном.

Испарение измеряется путем измерения глубины воды в неподвижном колодце с помощью крючкового манометра.

Испарительный поддон USGS класса А

(2) Стандартный испаритель ISI

Определено стандартом IS:5973 и известно как модифицированное испарительное отделение класса А

Сковорода диаметром 1220 мм и глубиной 255 мм.

Сковорода изготовлена из медного листа толщиной 0,9 мм, луженая внутри и окрашенная в белый цвет снаружи.

Поддон устанавливается на квадратную деревянную платформу шириной 1225 мм и высотой 100 мм над уровнем земли, чтобы обеспечить свободную циркуляцию воздуха под поддоном.

Неподвижный манометр показывает уровень воды.

Вода добавляется или удаляется из кастрюли для поддержания уровня воды на фиксированной отметке с помощью калиброванного цилиндрического мерника.

Верх кастрюли покрыт шестиугольной сеткой из проволоки GI для защиты воды в кастрюле от птиц.

Наличие проволочной сетки делает температуру воды более равномерной в течение дня и ночи

Испарение из этого поддона примерно на 14% ниже по сравнению с неэкранированным поддоном.

Испарительный поддон ISI

(3) Колорадский поддон

Квадратный поддон площадью 920 мм из неокрашенного листа GI, глубиной 460 мм и заглубленный в землю на 100 мм от верха

Основное преимущество этого поддона – его аэродинамические и радиационные характеристики схожи с характеристиками озера

Недостатки – трудно обнаружить утечку, дорогостоящая установка, требуется дополнительная забота о том, чтобы вокруг не было высокой травы, пыли и т.д.

Колорадская затонувшая сковорода

(4) Плавучая сковорода Геологической службы США

Квадратный резервуар со стороной 900 мм и глубиной 450 мм.

Опирается на барабанные поплавки в середине плота размером 4,25 м x 4,87 м, устанавливается на плаву в озере с целью имитации характеристик большого водоема.

Уровень воды в поддоне поддерживается на том же уровне, что и в озере, оставляя бортик 75 мм.

Диагональные перегородки предусмотрены в поддоне для уменьшения всплеска воды в поддоне из-за воздействия волн.

Недостатки – высокая стоимость установки и обслуживания, сложность в проведении измерений

Коэффициент испарителя

Испарительные ванны не являются точными моделями больших водохранилищ. Их основные недостатки заключаются в следующем:
– Они отличаются от водоемов теплоаккумулирующей способностью и характеристиками теплопередачи с боков и дна (затопленные и плавающие сковороды стремятся минимизировать эту проблему). Следовательно, испарение из сковороды в некоторой степени зависит от ее размера (испарение из сковороды диаметром около 3 м почти такое же, как из большого озера, тогда как испарение из сковороды диаметром около 1 м превышает его примерно на 20%).
– Высота бортика испарительного поддона влияет на действие ветра над поверхностью воды в поддоне. Кроме того, он отбрасывает тень разного размера на поверхность воды.
– Характеристики теплопередачи материала поддона отличаются от характеристик водоема.
Поэтому испарение, измеренное с поддона, должно быть скорректировано для получения испарения с большого озера при идентичных климатических условиях и условиях воздействия.
Испарение озера = Коэффициент сковороды x Испарение из сковороды
Таблица: Значения коэффициентов Пана
Sl. Нет.
Типы панелей
Среднее значение
Диапазон
1
Земля класса А
0.70
0.60 – 0.80
2
ISI Pan (модифицированный класс A)
0.80
0.65 – 1.10
3
Колорадский затопленный пан
0.78
0.75 – 0.86
4
Плавучая сковорода Геологической службы США
0.70 – 0.82
Испарительные ванны обычно располагаются на станциях, где собираются другие гидрометеорологические данные

Станции испарения

ВМО рекомендует следующие значения минимальной плотности испарительных станций

Засушливые зоны – 1 станция на каждые 30 000 кв.км.

Влажные умеренные зоны – 1 станция на каждые 50 000 кв. км

Холодные регионы – 1 станция на каждые 1,00,000 кв.км.

Типичная гидрометеорологическая станция имеет следующее:

регистрирующий и нерегистрирующий осадкомер

ящик Стивенсона с максимальным, минимальным, влажным и сухим термометрами

ветровой анемометр и флюгер

испаритель

регистратор солнечного сияния и т.д.

ЭМПИРИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ

Большинство имеющихся эмпирических уравнений для оценки испарения озер представляют собой уравнение типа Дальтона в общем виде

(1) Формула Мейера

(2) Формула Ровера

Учитывает эффект давления в дополнение к эффекту скорости ветра

Скорость ветра

В нижней части атмосферы, до высоты около 500 м над уровнем земли, скорость ветра подчиняется закону одной седьмой мощности в виде

Аналитические методы оценки испарения

Метод водного бюджета

Метод энергетического бюджета

Метод массопереноса

(1) Метод водного бюджета

может быть только измерен.
может быть только оценен.
Если единица времени очень большая, то оценки испарения будут более точными. Это самый простой из всех методов, но наименее надежный.

(2) Метод энергетического бюджета

Он предполагает применение закона сохранения энергии.

Энергия, доступная для испарения, определяется путем рассмотрения входящей энергии, исходящей энергии и энергии, запасенной в водоеме за известный промежуток времени.

Было установлено, что оценка испарения из озера этим методом дает удовлетворительные результаты с ошибками порядка 5%, когда применяется к периодам менее недели.

Энергетический баланс в водоеме

Это энергетический баланс за период в 1 день. Все энергетические термины приведены в калориях/кв.мм/день.
Если периоды времени короткие, можно пренебречь, так как они пренебрежимо малы.
Все термины, кроме могут быть либо измерены, либо оценены косвенно
оценивается с помощью коэффициента Боуэна

Сравнение методов

Аналитические методы могут дать хорошие результаты. Однако они включают параметры, которые трудно оценить.

Эмпирические уравнения в лучшем случае могут дать приблизительные значения правильного порядка величины.

Учитывая вышесказанное, измерения с помощью сковороды нашли широкое признание на практике.

Читайте далее: