книги из ГПНТБ / Кузник, И. А. Гидрология и гидрометрия учебник для сельскохозяйственных техникумов по специальности гидромелиорация

определяется в различных гидрометеорологических условиях на основании наблюдений, выполняемых одновременно на большом испарительном бассейне и на испарителе ГГИ-3000.

А. П. Браславский и 3. А. Викулина установили, что испарение зависит от разности между максимальной упругостью пара, вычис­ ленной по температуре поверхности воды в водоеме, и средней уп­ ругостью на высоте 200 ом и от скорости ветра на той же высоте. На основании этого определены средние многолетние величины ис­

методом. Для этого пользуются весовым испарителем ГГИ-500 с площадью испаряющей поверхности 500 см2 и глубиной 50 или 100 см (рис. 12). Испаритель состоит из двух сосудов: внутрен­ него, заполняемого монолитом почвы, и внешнего, служащего фут­ ляром для внутреннего. Сосуды устанавливают в почву так, чтобы края внутреннего сосуда 4 находились выше поверхности почвы на 5 см. Дно внутреннего цилиндра съемное и имеет отверстие, через которое вода, просочившаяся через монолит, стекает в со­ суд 3. Испарение с поверхности почвы определяется по разности весов монолита между двумя наблюдениями с учетом количества

выпавших за это время осадков.

Иопарение с поверхности почвы и суммарное водопотребление при значительной глубине грунтовых вод можно определить по из­ менению запасов влаги в почве. Для этого в определенные сроки берут образцы почвы с различных глубин и определяют их влаж­ ность; через некоторый промежуток времени на этих же глубинах образцы берут повторно. .Иопарение равно изменению влажности с учетом осадков за время между двумя определениями.

Испарение с поверхности суши, помимо метеорологических фак­ торов, зависит от запасов влаги в почве и затененности ее расти­ тельностью.

22

Растения потребляют влагу не только из .почвенного покрова, но и из водоносного горизонта, если он залегает неглубоко от по­ верхности. Так, пшеница использует пресную грунтовую воду при

вод в мелиоративной практике определяются специальными при­ борами— лизиметрами разной конструкции. УГМС выпускает взвешиваемые лизиметры ГР-80 (рис. 13) с площадью испаряю­ щей поверхности 2000 см2 и глубиной грунтовых вод 1,0; 1,5; 2,0 и

в сборе с обратным фильт­ ром, а в малый — водорегулирующее устройство. Из поддона про­

ведена металлическая трубка, в которой находится поплавочный водомерный стержень для контроля положения грунтовых вод. Водорегулирующее устройство позволяет поддерживать постоян­ ный уровень грунтовых вод и измерять количество долитой или отлитой воды.

где Р\ и Р2— вес лизиметра при предыдущем и текущем взвешива­ нии в граммах, х — сумма осадков над поверхностью почвы за

23

время между двумя очередными взвешиваниями в миллиметрах;

метра количество воды, поступившей в грунтовые воды при поли­ вах или за счет инфильтрации атмосферных осадков.

В лизиметре выращивается исследуемая сельскохозяйственная культура.

6. Испарение с поверхности речных бассейнов

Среднее многолетнее суммарное испарение с речных бассейнов может быть определено по карте .изолиний (рис. 14). Эта вели­ чина пригодна для приблизительной оценки суммарного испарения со сравнительно больших площадей.

Б. В. Поляков предложил графики для расчета месячных вели­ чин испарения с речных бассейнов в разных зонах СССР. На рис. 15 приведено шесть графиков зависимости испарения от сред­ них месячных температур воздуха и сумм осадков. Средние ме­ сячные температуры даны на оси х, испарение — на оси у, а сум­ мы осадков (10,20,30мм и т. д.) надписаны над каждой кривой.

График 2 составлен для января и всех последующих месяцев с отрицательными средними месячными температурами, график 6— для осенних и зимних месяцев с отрицательной температурой по декабрь включительно. Осадки при подсчете испарения за эти ме­ сяцы не учитываются.

По графику 1 определяется испарение для первого месяца с положительной средней месячной температурой. Испарение для второго и третьего месяцев с положительными .средними месяч­

месячными температурами воздуха.

Б. В. Поляков рекомендует ввести следующие поправки к гра­ фикам: для Крайнего Севера (севернее Полярного круга) 0,90, для севера (между Полярным кругом и 58° с. ш.) 0,85—0,90, для цент­ ра (территория между 58 и 52° с. ш.) 1,0—1,10, для районов южнее 52° с. ш. 0,80—0,85, в бассейнах рек Десны и Днестра 1,00—1,10.

Суточный и годовой ход испарения с водной поверхности ана­ логичен ходу температуры воздуха. Самое большое испарение бы­ вает летом в июне или июле. С понижением температуры и дефи­ цита влажности уменьшается испарение. Почти на всей Европей­ ской территории СССР испарение за май — август составляет 60— 80% годового.

Испарение в различных районах СССР. Испарение с водной по­ верхности увеличивается с севера на юг, так как в этом направле­ нии повышается температура и дефицит влажности воздуха и уве­ личивается продолжительность безморозного периода. Например,

24

Рис. 14. Среднее многолетнее испарение с речных бассейнов (мм).

/ — горные районы.

на севере СССР высота слоя испарения за год составляет 200 мм, а в пустынной зоне 1700 мм.

Испарение с поверхности речных бассейнов также возрастает с севера на юг. Однако в степной зоне вследствие недостатка вла­ ги в почве испарение уменьшается в направлении к югу. Поэтому максимальное испарение наблюдается в юго-западной части СССР, на Кубани и в Колхиде. На восточном же побережье Каспийского моря испарение уменьшается до 100—150 мм в год. Здесь оно почти такое же, как в тундре.

И с п а р е н ы е

Рис. 15. Зависимость 'испарения с поверхностных речных бассейнов от темпера­ туры воздуха и суммы осадков (по Б. В. Полякову).

Болотная растительность в период активной вегетации транспирирует огромное количество воды. Расход воды на суммарное ис­ парение на 15—20% больше, чем испарение с водной поверхности. Расчет суммарного испарения с орошаемых земель. На орошаемых землях испарение имеет некоторые особенности. Орошаемые масси­ вы, в отличие от неорошаемых, обеспечены влагой в течение всего вегетационного периода. Поэтому суммарное испарение (испарение с поверхности почвы вместе с транспирацией) на этой территории больше, чем на неорошаемой.

После полива верхние горизонты почвы сначала увлажнены до полной влагоемкости, т. е. почти все поры заполнены влагой. С по­ верхности переувлажненной почвы интенсивность испарения боль­

26

ше, чем с водной поверхности. Затем влага под действием силы тяжести опускается в нижележащие слои. Испарение в связи с этим уменьшается. Оно велико, если почва уплотнена или покрыта коркой. После рыхления испарение резко уменьшается.

В практике проектирования оросительных систем суммарное ис­ парение с орошаемых площадей, занятых разными культурами, рассчитывается по эмпирической формуле С. М. Алпатьева

где Е ■—суммарное испарение за расчетный период времени (за де­ каду, за фазу развития растений) в миллиметрах; k — биоклиматический коэффициент, зависящий от биологических особенностей культуры в отдельные фазы ее развития; Ъй — сумма среднесуточ­ ных дефицитов влажности воздуха за расчетный период времени в миллибарах.

Ориентировочные значения биоклиматических коэффициентов некоторых культур в степной зоне СССР даны в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Выборочные среднедекадные значения биоклиматических коэффициентов в мм/мб

7. Сгущение водяного пара

Сгущение водяного пара и переход его в жидкое или твердое

л и м а ц и е й .

Рассмотрим причину сгущения водяных паров.

Земная поверхность систематически излучает тепло. Ночью эти потери не компенсируются притоком тепла. Поэтому происходит значительное охлаждение поверхности почвы и растений. Относи­ тельная влажность воздуха повышается. В случае перенасыщения водяным паром капельки ею выпадают в виде росы. Образова­ нию росы способствуют ясные, безоблачные ночи и небольшие вет­ ры, потому что тогда к охлажденным предметам притекают новые массы влажного воздуха.

27

Если охлаждение происходит при отрицательных температу­ рах, поверхность почвы и растений покрывается инеем. На на­ ветренной части проводов, деревьев, кустов, зданий и т. п. осаж­ дается изморозь, которая по внешнему виду похожа на иней.

Слой льда, осаждающийся на стенах домов, мостовых, деревь­ ях, телеграфных столбах, называют г о л о л е д о м .

Конденсация водяных паров в совершенно чистом воздухе на­ ступает только при очень высоких перенасыщениях. Для образова­ ния капелек облаков или тумана в условиях насыщенного пара, а иногда даже при относительной влажности ниже 100% нужно, чтобы в воздухе находились твердые или жидкие частицы: пыль, дым и т. п. Такие частицы называются я д р а м и к о н д е н с а ц и и . Наиболее активные ядра конденсации — частицы солей и кислот. На них водяные пары конденсируются и при относительной влаж­ ности 80%.

8. Осадки

Виды осадков: дождь, снег, град, иней, ipoca. Основная масса воды поступает на поверхность земли из облаков в виде дождя и снега. Количество остальных видов осадков составляет всего около 1 % общего объема атмосферных осадков.

Капли дождя или кристаллы снега выпадают из облаков лишь тогда, когда скорость их падения больше скорости восходящих дви­ жений воздуха. Кроме того, нижние слои воздуха должны быть насыщены водяным паром, иначе осадки могут испаряться. По­ этому капли дождя и снежинки должны преодолеть не только вос­ ходящее движение воздуха, но и пройти, не испарившись, путь от облака до земли. Для этого они должны иметь достаточный вес и относительно большие размеры. Рост капель или снежинок про­ исходит или в силу конденсации водяного пара на их поверхности, или в результате слияния, а также при смерзании капель, попа­ дающих на кристаллы льда.

Осадки выражаются слоем воды (в миллиметрах) равномерно

где W — объем воды в м3/га.

Ливни. Дожди характеризуются суммой осадков и продолжи­ тельностью их выпадения. Отношение суммы осадков к продолжи­ тельности их выпадения называется средней и н т е н с и в н о с т ь ю дождя. Средняя интенсивность дождя выражается формулой

(8 )

28

где а — интенсивность дождя в мм/мин; х — сумма осадков в мил­ лиметрах, t — продолжительность осадков в минутах.

Интенсивность дождя разнообразна. Обычно осенние дожди охватывают большую территорию и весьма продолжительны. Ин­

ней осенью.

В засушливых районах ливни охватывают одновременно, как

имеющихся материалов наблюдений в ГГИ составлена карта изо­ линий распределения максимального суточного слоя осадков (пов­ торяемостью 1 раз в 100 лет) (рис. 16 на вклейке стр. 32).

Из рис. 16 видно, что максимум суточных сумм осадков, дости­ гающий 260 мм, находится на крайнем Юго-Востоке СССР и в Закавказье (до 300 мм). В центральных районах Европейской тер­ ритории СССР максимум суточных сумм осадков находится в пре­ делах 90—120 мм.

Минимальная величина (50 мм) приходится на полупустынные и пустынные районы и на Крайний Север СССР (40 мм). С уве­ личением продолжительности наблюдений соответственно возрас­ тает сумма осадков повторяемостью 1 раз в 100 лет.

Изменение сумм осадков в зависимости от интенсивности и продолжительности дождя различно в разных природных зонах

СССР. На рис. 17 показана кривая средней интенсивности дождя (повторяемостью 1 раз в 100 лет) от его продолжительности для района г. Свердловска.

29

Из рис. 17 видно, что с увеличением продолжительности дождя уменьшается его интенсивность. Так в разбираемом примере с увеличением продолжительности от 5 до 60 мин интенсивность дождя уменьшается от 4 до 1,0 мм/мин. С дальнейшим увеличе­ нием продолжительности интенсивность уменьшается в гораздо меньшей степени.

Суточная сумма осадков не пропорциональна продолжитель­ ности их выпадения. Так, если у г. Свердловска слой осадков (по­ вторяемостью 1 раз в 100 лет) при продолжительности 450 мин

мени показана на рис. 18 в логарифмическом масштабе. На оси ординат приведен коэффициент редукции ф(т), а на оси абсцисс — интервалы времени т. Математически это выражается формулой

Я .

(9)

" р

где Яр — сумма осадков по карте (см. рис. 16); Н х — сумма осад­ ков при продолжительности т (мин).

т = 500 мин. Значит, при этом интервале времени сумма осадков составит 62 -1 = 62 мм.

Интенсивность осадков и коэффициенты редукции при разной продолжительности не одинаковы на территории СССР. Они

30