Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Гвахария, В. К. Испарение с водной поверхности водоемов Кавказа

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
19.10.2023
Размер:
7.26 Mб
Скачать

Эти авторы кроме указанных коэффициентов рассмат­ ривают еще третий поправочный коэффициент — Кн назван­ ный инструментальным. Появлением своим этот коэффициент обязан искажениям, которые вносятся в результаты измере­

ния

испарения

техническими

моментами — высотой

бортика

испарителя,

конструктивными

особенностями,

отсутствием

волнения

в них

и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

малых

испарителей

(типа

ГГИ—3000)

величины

этих

коэффициентов

значительны—для

берегового ГГИ—3000 он

ра­

вен

0,75,

для

плавучих—0,8,

для

бессейнов,

установленных

на

берегу /<"lt= 1,03,

а для

плавучего

бассейна

с

5 = 20 м2

и =1,00

[2],

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В таблице

 

11

и

таблице

12

приведены значения Kw и

/Сде ,

полученные

на

Кенгирском

водохранилище.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

11

 

 

 

 

Плавучий

испарительный бассейн, 1962 год

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S=20

м2 ,

/<„

=1,00

 

 

 

 

Коэффицие­

 

VII

 

VIII

 

IX

X

 

Ср.

нты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kw

 

 

1,22

 

1,23

 

 

1,02

1.14

 

1,15

 

 

 

 

0,84

 

0,91

 

 

1,00

0,94

 

0,92

 

 

 

 

1,025

 

1,119

 

1,020

1,072

1.058

 

Как видно из приведенных таблиц, переходной от ис­

парения с бассейна к испарению

с

водоема

коэффициент

«К»

зависит

от Kw

и /Сде только

для

плавучих

бассейнов с

площадью в 20 м2 . Для береговых бассейнов к ним добав­ ляются еще один множитель — Ки который постоянен из-за постоянства конструктивных особенностей бассейнов. Что ка­ сается ветрового и влажностного коэффициентов, они оказа­ лись весьма динамичными и меняются в широких пределах, становясь то больше, то меньше единицы для берегового ис­

парителя и оставаясь все время выше

единицы (Kw) или ни­

же (/Сде) для плавучего бассейна.

 

Анализ ветровых показателей по озеру Севан показы­

вает, что в условиях горного рельефа на

водоемах с большой

80

площадью зеркала

(F ^

1350 км2 ), наблюдается

чрезвычай­

но большая пестрота скоростей ветра .и расчет Kw

в этих ус­

ловиях весьма

затруднителен

(табл.

13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

12

Наземный

(береговой)

испарительный

бассейн,

/С,, =1,03

 

Год Коэффициент

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

ср.

СП

сл

с 1961

с*

1962

Kw

 

1,09

1,00

1,09

0,96

0,98

КАе

 

1,06

0,99

1,07

0,94

1,18

 

 

 

 

 

 

 

 

Kw-Kàe

 

1,55

0,990

1,166

0,902

1,156

Kw • к^е

• Ки

1,90

1,020

1,201

0,929

1,191

Kw

 

1,05

0,93

0,96

0,94

0.94

0,93

КАе

 

0,82

0,97

0,94

0,98

1,36

1,84

 

 

 

 

 

 

 

 

к«,-кАе

0,861

0,902 0,902 0,921 1.278 1,711

Kw • Кде

• Ки

0,887

0,929 0,929 0,949 1,316 1,762

Kw

 

1,09

0,94

1,16

1,24

1,18

1.00

1,14

КА*

 

1.05

0,97

0,97

0,86

0,97

1,19

1,46

 

 

 

 

 

 

 

 

KwK&e

 

1,144

0,912 1,125 1,066 1,145 1,190 1,664

KwK^g-Ku

1,178

0,939

1,159

1,098

1,179

1,226

1,714

Соотношение средней скорости ветра по

береговым мет-

станциям

 

со скоростью

ветра над плотом у

острова

Севан

А г а =

=

=1,о хоть и является

несколько

высоким, тем

W6

 

3,2

 

 

 

 

не менее

отображает суть

явления

правильно,

тогда

как для

бассейна

Мартуни значение

„К" имеет весьма

необычный вид,

по крайней

мере по своей абсолютной

величине

 

 

6. В. К. Гвахария

81

Забегая несколько вперед, отметим, что явление зату­ хания скоростей ветра при выходе с горных ущелий на вод­ ную гладь горного водоема, по А. М. Мхитаряну, является одной из особенностей, отличающих ветровой режим горных водоемов от режима над равнинными водоемами.

Т а б л и ц а 13

Скорости ветра по анемометру на высоте 2 м за 1958 г. в бассейне оз. Севан (А. М. Мхитаряи)

 

Пункт

V

VI

ѴЦ

VIII

IX

X

XI

Ср.

Бабаджан .

3,1

2,9

3.5

3,4

3,5

з.з

3,8

3,4

Алучалу

3,1

2,9

2,9

3,1

3,0

3,5

3,8

3,2

Масрик

3,2

2,9

3,3

3.5

3,3

3,2

2,9

3,2

Шоржа

2,3

2,5

3,4

3,4

3,2

3,3

3,3

3,1

Норатус

3,3

2,8

3,1

3,1

3,1

3,2

3,1

3.1

плот

оз. Севан

3,1

3,2

4,5

4,7

5,0

4,6

4,3

4,1

плот

Мартуни

2,7

2,7

2,1

2,2

2,5

3,1

3,7

2,7

Все оказанное выше указывает на то, что знание вели­

чины

испарения

с бассейнов

с площадью в 20 м 2

имеет

боль­

шое практическое значение — с его помощью можно подсчи­ тать испарение с водоемов. Кроме того, эти же величины могут служить показателями испаряемости с интересующего нас участка изучаемой территории, поскольку под испаряе­ мостью обычно понимается максимально возможное испаре­ ние с поверхности, имеющей неограниченные влаігозапаеы. Практически за величину испаряемости принимают испарение с водной поверхности.

Из формулы (35) явствует, что для расчета испарения с водной поверхности испарительных бассейнов следует иметь значения температуры воды в бассейне для расчета насы­ щающей упругости пара ео, абсолютную влажность на высо­ те 200 см и скорость ветра на этой же высоте.

Абсолютная влажность на высоте 2 м измеряется на ме­ теорологических станциях существующей наблюдательской сети; там же измеряют скорость ветра, но на высоте флюге­ ра, и, поэтому, этот показатель нуждается в соответствую­ щей обработке — следует производить пересчет скорости с высоты флюгера на высоту в 200 см. Что. касается темпера-

82

туры испаряющей поверхности, ее расчет можно произвести по зависимостям t0 = f (t2oo), построенной по данным испа­ рительных площадок (рис. 9).

По многим работам [32, 51 и др.] известно, что данные метеорологических элементов, полученные на метеостанциях, вполне мопут быть использованы для расчета испарения, при

внесении в них

соответствующей

поправки,

обусловленной

неоднородностью

хода « Ь

и

«е»

над почвой

и

над

водной

поверхностью.

Значение

этих

поправок

меняется

из

месяца

в месяц и, как

правило,

не выходит за

пределы

10% о й ве­

личины. Лишь в отдельных случаях поправка бывает

более

значительной

[32].

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопоставление годового хода температуры воздуха над

испарительным

 

бассейном,

температуры

воды,в нем,

а так­

же температуры воздуха, измеренной на ближайшей к бас­ сейну метеорологической станции, показало, что разницы в годовом ходе этих элементов не наблюдается — очертания кривых полностью идентичны. Наблюдается лишь незначи­

тельное смешение кривой температуры воды

пг> отношению

- - —

2

 

J

' - — •

s

У

'

Ш

IV

V VI

ѴШ IX

X

XI XII

Рис. 14.

Кривые

хода температуры

воздуха

и

воды по

испа­

рительному бассейну

Самгори.

1—10, 2—t2B0

 

Тбилиси

ГМО,

 

 

 

3^2оо

Самгори.

 

 

 

к кривой температуры воздуха. В период прогрева разница

между температурой воды

и воздуха

неоколько

больше,

чем

в период спада температур

— ближе

к

осени

и зиме

(рис.

14). Это говорит о том, что кривые связи

to — f (£200) должны

83

иметь восходящую

и нисходящую ветви, даже для бассейнов

с малым объемом

воды.

Как показали контрольные расчеты испарения, при ко­ торых использовались во, подсчитанные по ^о, снятыми с ука­ занных выше кривых to = f (t2oo), в периоды прогрева воды рассчитанная величина испарения оказывалась меньше на­ блюденной, тогда как во второй половине года, наоборот, фактическое испарение оказывалось меньше рассчитанного. Что касается полностью сезона, то рассчитанная сумма ис­ парения за сезон, обычно совпадает с наблюденной, т. е. смещение температур не влияет на расчет испарения за от­ резок времени, охватывающий как период прогрева, так и период охлаждения воды в бассейнах. Происходит взаимное гашение отклонений, имеющих почти одинаковые абсолют­ ные величины, но противоположный знак.

Для того, чтобы избежать ошибки при расчете месячных сумм испарения, -обусловленной температурным сдвигом, можно пойти либо по пути определения поправочных коэф­ фициентов с последующим их применением, либо построить •крупномасштабные кривые t0 = f (t2oo), на которых будут ясно проступать восходящие и нисходящие ветви и по этим кривым снимать значения t0 в каждом отдельном случае.

 

Для изучаемого

района было построено 15

кривых

to =

f (two) в крупном

масштабе.

Репрезентативность

кри­

вых

определялась путем сравнения

хода метеорологических

элементов (температуры воздуха и влажности) на испари­ тельной площадке и на метеостанциях, находящихся в из­ вестной степени в одинаковых с нею физико-географических

условиях. На основе такого анализа определялись

границы

территории,

внутри

которой

допустимо

считать

связь

to = f (t2oo)

аналогичной связи,

имеющейся у

бассейна,

 

рас­

положенного на данной территории. Всего

на Кавказе

об­

разовалось 3 таких района с однозначной связью to = f

(^200) •

На исследуемой

территории

располагается

более

500

метеорологических станций, имеющих более или менее про­ должительные периоды наблюдений над интересующими нас метеорологическими элементами. Средние многолетние ве-

84

личины этих элементов помещены в «Справочниках по кли- L\iaTy СССР», выпуски 13, 14, 15 и 16.

Нами были использованы данные по 403 пунктам, по ко­ торым (существуют наблюдения по всем интересующим эле­ ментам. У большинства из неиспользованных метеостанций отсутствуют данные по ветру, а ва некоторых нет данных по абсолютной влажности.

Эти станции по административному делению располага­ ются следующим образом: на автономные республики, края и области Северного Кавказа, (на территорию, охваченную

выпуском 13 климатич.

справочника)

приходится

115

ме­

теостанций, на

Дагестан

и Азербайджан

(«выпуск

15»)

90, на Армению

(«выпуск' 16») и на

Грузию

(«выпуск

14»)

198 метеостанций.

 

 

 

 

 

 

По графикам связи

t0 = f {t2oo)

для

этих пунктов

было

расчпгано значение температуры испаряющей поверхности и,

затем, по психрометрическим

таблицам

определялась на­

сыщающая

упругость паров

«ео».

 

 

 

Наибольшую сложность,

как

известно,

представляет

определение

скорости ветра

на высоте

200

ом по данным

скоростей, измеренных на высоте флюгера. Многочисленными опытами установлено, что в приземном

слое, в толще воздушной массы, от подстилающей

поверх­

ности и

до 10—20 метров

над нею, распределение скоростей

ветра имеет логарифмический характер. Основной

прирост

скоростей ветра происходит от поверхности до 2—3

метров

над нею, а далее прирост

резко

замедляется.

 

 

 

Исходя из этого, ряд

авторов указывает на

возможность

расчета

ветра

для

стандартной

(2-х метровой)

высоты

с по­

мощью

формулы

типа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lg —

 

 

 

 

 

 

 

Ц 7 1 = = _ | а . . Ц 7 . ,

 

 

(47)

где №х —скорость ветра на искомой высоте,

 

 

 

Zxвысота,

для которой рассчитываем скорость ветра,

в см,

2 —скорость ветра по флюгеру на высоте Z 2 см,

 

 

Z0—коэффициент шероховатости в см,

 

 

 

85

либо по материалам параллельных наблюдений .на высоте 200 см и на высоте флюгера. В этом последнем случае най­

денный коэффициент „Ко", равный

отношению ^ 8 0 0 - ,

рас­

 

 

 

 

ами

 

 

іпространлют па

другие

станции

и

с ело помощью

пересчи­

тывают скорость

ветра

с высоты

флюгера на высоту

200

см.

Как первый метод, так и второй являются приемлемыми дл.я пересчета скоростей ветра, но каждому присущ ряд не­

достатков,

осложняющих их

применение.

 

 

 

 

Основной трудностью, связанной с применением

форму­

лы

(47), является определение коэффициента

шероховатости

Z0.

ЕСЛИ для водной поверхности этот івопрое

можно

считать

более или

менее удовлетворительно решенным, то для

суши,

особенно для горных стран подбор коэффициента для

каж­

дой отдельной точки на местности связан с известными

труд­

ностями.

 

 

 

 

 

 

В главе VIИ приводится

таблица 19, в

которой

 

даны

значения коэффициента шероховатости для разной подсти­ лающей поверхности. Как видно из указанной таблицы, над

юнепом

величина ZQ меняется в

пределах от 0,02

см

до

2,0 см, над сушей — от 0,3 см до

7,0 см, и над

водой

0,01

до 2,0

см.

 

 

 

 

Таким образом, если величина коэффициента

шерохо­

ватости

над снегом и над водой

имеет почти

одинаковые

границы .изменения, то пределы, в которых колеблется этот коэффициент над сушей, весьма широки.

Изменчивость коэффициента шероховатости зависит не

только от характера подстилающей поверхности

(голая

поч­

ва, луг,

ровный

снег, всхолмленный

снег

и т. д.), но

и

от

скорости самого

ветра —

чем выше

скорость

 

ветра,

 

тем

меньше

ZQ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В работе А. Р. Константинова

[32] приведены графики

за­

висимости Z 0

от

скорости

ветра,

а

также

от

устойчивости

стратификации

атмосферы.

 

 

 

 

 

 

 

Над

снегом

и почвой

коэффициент

шероховатости

Z 0

уменьшается при росте скорости ветра во

всем

диапазоне

скоростей; над водой же Z0 сперва уменьшается, а после то­

го, как

скорость

ветра перевалит за 3 м/сек,

начинает

 

на­

растать.

Это

явление —

рост коэффициента шероховатости

86

с ростом скорости ветра — объясняется образованием волн над водной поверхностью и нарастанием их высоты. Убывает коэффициент шероховатости также при неустойчивой стра­

тификации

атмосферы

и возрастает

с ростом

устойчивости.

Это явление имеет место лишь при наличии

вертикальных

темп еір атуриыX гр ад иентов.

 

 

 

Из вышесказанного следует, что применять формулу

(47)

для расчета

скоростей

ветра следует

весьма

осторожно.

В

особенности, когда требуется пересчитать ветер при единич­ ных наблюдениях.

Осреднение ветровых данных за большой период време­ ни может снять ряд моментов, вызывающих изменение z0 (например, влияние стратификации), тогда как другие фак-. торы сглаживанию не поддаются — например, применение осредненного коэффициента шероховатости для всего года может вызвать занижение скорости ветра зимой, при нали­ чии снежного покрова на почве и завышение летом, когда земля в той же точке может оказаться занятой высоким тра­ востоем.

Очевидно, что осреднять коэффициент шероховатости до­ пустимо лишь для отрезков времени, имеющих общие приз­ наки (за время залегания снежного покрова, за время нали­ чия голой почвы, или вспаханной поверхности, за вегетацион­ ный период и т. д.). В отношении водной поверхности боль­ шинство указанных здесь затруднений отпадает, однако при расчете испарения для крайне малых водоемов, типа испари­ тельных бассейнов, они вновь выступают на передний план.

Незначительная площадь бассейнов почти не влияет

на

про­

филь

ветра.

 

 

 

 

 

В условиях Кавказа только на Севанском озере про­

водились

специальные

градиентные наблюдения

над

ветром,

с целью

определения

коэффициента шероховатости.

Как

указывает А. М. Мхитарян [43] с этой целью было

обработа­

но десятки тысяч записей ветра, на ряде пунктов

наблюде­

ния, расположенных как вокруг самого озера,

так

и в

его

акватории.

 

 

 

 

 

В

расчет принимались записи ветра лишь

тех

румбов,

которые совпадали с направлениями от озера, т. е. учитывал­ ся лишь тот ветер, который дул с озера. Ясно, что коэффи-

87

циент шероховатости, определенный таким способом,

будет

характеризовать

водную

поверхность.

 

 

 

 

 

 

Результаты расчетов показывают, что zQ зависит как от

скорости ветра, так и от местоположения

пункта,

в котором

он

измерялся.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В отличие от результатов, полученных А. Р. Константи­

новым [32] у А. М. Мхитаряна

коэффициент

шероховатости

•растет с ростом скорости ветра во всем диапазоне, от

1 мет­

ра

и выше, тогда как у А. Р. Константинова 20 ;шерва

умень­

шается

(до 3 метров в секунду),

а далее уже начинает

расти.

 

Согласно А. М. Мхитаряну среднее значение коэффи­

циента шероховатости для озера Севан,

рассчитанное

по

данным

береговых градиентных

наблюдений,

совпадает

с

•показателями

островной

метеостанции, т. е. можно

считать

что

ветровые

показатели,

снятые

с

приборов,

установленных

ів водоеме (на

плотах, на островах,

если

таковые

существу­

ют), характеризуют режим ветра всего водоема. Для озера Севан 2о= 1,5 — 2,5 м~4.

Применять по отношению к испарительным бассейнам коэффициент шероховатости, рассчитанный для водной по­ верхности водоема, невозможно, поскольку бассейны, имею­

щие площадь порядка 20 м2

или менее,

практически ни

как

не влияют на профиль

ветра,

 

созданный

окружающей

их

физикс-геогр а фичеокой

оредой.

 

 

 

Как уже говорилось

выше,

коэффициент шероховатости

над сушей в теплое время года меняется в довольно широких

пределах. Столь значительное колебание z0 могло

бы сде­

лать

проблематичным

применение логарифмической

форму­

лы

(47) для пересчета

скорости ветра, если бы оно

сильно

отражалось на конечном результате расчета. Однако, как

известно, значение

коэффициента

IQ,, через

который

обозна­

чим логарифмический

член

уравнения (47),

т. е.

 

 

 

 

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

7

'

 

 

 

 

 

А 1

7

 

 

 

 

 

 

Ч —

 

 

изменяется

весьма

незначительно

(см. таблицу 14),

хотя za

•и меняется

в широких

пределах.

 

 

 

88

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

На­

 

значение Кі

при разном

коэффициенте шероховатости

 

Z 0 см

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

Примечание

 

к1

 

 

 

 

 

Коэффициенты рассчитаны для

0,741

0,723

0,710

0,696 0,687

пересчета скорости

с 10 мет­

 

 

 

 

 

 

ров на 2 метра

 

 

Как видно из приведенной таблицы,

при изменении z0

на 200% Ki изменился всего на 7%. А, если изменение

рас­

считать по отношению к средней

величине Z0 , в нашем

слу­

чае равном 4 см, то это отклонение будет и того меньше.

 

Все это указывает на то, что вполне

 

допустимо

для су­

ши (для теплого периода, когда

отсутствует

снежный

по­

кров)

брать одно среднее -значение Z0 . Именно так и посту­

пает

Б. Д. Зайков, который для расчета

скорости ветра

при­

нял

Z0 =3 ом для всей равнинной

части

Советского

Союза

[23].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно, это же. значение коэффициента

шероховатости

можно

принять для территории

Кавказа,

за

исключением

прибрежных частей, непосредственно примыкающих к Кас­ пийскому и Черному морям. Для этих районов следует при­

нять коэффициенты шероховатости,

рассчитанные А. М.

Мхитаряно-м по данным

наблюдений у оз. Севан.

 

Выше

говорилось,

что на -метеорологических

станциях

Кавказа,

которые нами

использованы

для подсчета

испаре­

ния, флюгеры установлены не на одинаковых высотах, а на

разных

— от 7 метров до 24 метров.

 

 

 

Если обозначим через К2 коэффициент, показывающий

соотношение

^ - ^ L , то ясно, что этот коэффициент, при одном

и том лее значении z0 будет тем меньше, чем выше

флюгер,

т. е. чем больше превышение флюгера

над уровнем, на ко­

торый

пересчитываем значение ветра.

Кг для расчета

 

В

таблице 15 приведены значения

ско­

рости ветра

на высоте 200 ом, в зависимости от высоты

флю­

гера при z0

— 3 см = const.

 

 

 

Для

расчета ветра' на требуемой

высоте, при

наличии'

скорости

ветра на высоте флюгера рекомендуется

еще при-

 

 

 

 

 

 

89

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ