Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы гидрологии. Учебное пособие для СПО

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 125 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Рис. 18. Плювиограф:

1 – дождемерное ведро-кожух; 2 – стержень с поплавком;

3 – перо самописца; 4 – сосуд;

5 – сифон; 6 – приемный сосуд

Зимние осадки накапливаются в виде снежного покрова в течение зимы на речных водосборах и в значительной мере определяют величину стока рек. Основными характеристиками снежного покрова являются: высота, плотность снега, запасы воды в снеге, продолжительность залегания.

Высота снежного покрова меняется по территории в больших пределах. Степень неравномерности

залегания снежного покрова зависит от рельефа местности, растительности на водосборе (значительное скопление снега наблюдается у лесных опушек, в мелком кустарнике), перераспределения снега под влиянием ветра (с повышенных

мест снег сдувается и уносится в долины и овраги). Наибольшей высоты снежный покров достигает на западных склонах Северного Урала (100 мм) и лишь около 10 мм – в государствах Средней Азии, в Прикаспийской низменности. Мало снега в степных районах Украины, в степном Забайкалье.

Плотность снега рассчитывается по формуле:

cн

(25)

cн

где

– плотность снега;

cн

P – вес снега;

cн

W – объем снега, см

cн

Плотность свежевыпавшего снега равна 0,10, при максимальной толщине снежного покрова плотность увеличивается до 0,25÷0,30, а перед началом снеготаяния – до 0,35÷0,40. Для определения запасов воды в снеге на водосборе проводят снегомерные съемки – измеряют высоту снежного покрова и его плотность в различных точках бассейна.

Измерение зимних осадков. Высота снежного покрова измеряет- ся снегомерными рейками (постоянными

и переносными). Плотность

снега измеряют плотномером. Прибор состоит из металлического

градуированного цилиндра площадью 50 см

и весов-безмена с деле-

ниями через 5 г. При взятии пробы цилиндр погружают в снег до поверхности земли, по его шкале отсчитывают высоту снежного покрова. Затем пробу взвешивают и вычисляют плотность по формуле:

cн

где

n – число делений на безмене; h – высота снежного покрова.

Зная

, можно вычислить высоту слоя воды, соответствующую

cн

hn⋅=10

сн

(26)

высоте снежного покрова:

⋅=

снснв

(27)

В 1965÷1968 гг. Государственным гидрологическим институтом разработан походный радиоэлектронный снегомер (М-100), предназначенный для маршрутных снегомерных съемок. Этим прибором измерение запасов воды в снеге выполняется не в отдельных точках маршрута, а непрерывно по его длине в полосе шириной 8-10 м.

Влажность воздуха. В воздухе всегда находится некоторое количество водяных паров, которое во

многом зависит от температуры воздуха: чем выше температура, тем больше водяного пара может поглощать воздух. Например, при температуре воздуха, равной минус

30 °С, в 1 м

воздуха может содержаться воды не более 0,5 г, а при

температуре плюс 30° – уже 30,4 г. Влажность воздуха характеризуется следующими величинами:

- абсолютной влажностью – количеством граммов водяного па-

ра, содержащегося в 1 м

воздуха. Это количество при неизменной

температуре пропорционально упругости водяного пара, поэтому абсолютной влажностью называют упругость водяного пара, находяще-

гося в данный момент в 1 м

воздуха. Абсолютная влажность, как

и давление, выражается в миллиметрах ртутного столба или миллибарах (один миллибар равен давлению 0,75 ртутного столба; один миллиметр равен 1,3 миллибара);

- относительной влажностью – отношением абсолютной влаж-

ности к упругости водяных паров, необходимых для полного насыщения воздуха при той же температуре:

где

абсолютная влажность, мб;

–

максимально возможное содержание влаги в воздухе при дан-

–

%100

⋅=

(28)

ной температуре.

Относительная влажность в теплое время года имеет наименьшее значение, в холодное – максимальное. Максимум относительной влажности наблюдается обычно в утренние часы, минимум – в полуденное время; точкой росы называется значение температуры возду-

ха, при которой водяные пары, находящиеся в воздухе, достигают стадии насыщения. При температуре ниже точки росы начинается конденсация водяных паров.

Дефицит влажности определяется разностью между упругостью водяного пара, полностью насыщающего пространство при данной температуре, и упругостью пара, находящегося в воздухе:

eed −=

(29)

Наблюдения за температурой воздуха и абсолютной влажностью ведутся четыре раза в сутки. По этим наблюдениям вычисляются среднесуточные дефициты влажности. При отсутствии наблюдений используется карта распределения среднего многолетнего дефицита влажности воздуха по территории Российской Федерации [6, 12, 15].

Приборы для измерения влажности воздуха. На метеорологических станциях для наблюдения за влажностью воздуха пользуются психрометрами

(стационарными и переносными), гигрометрами,

а также самопишущими приборами – гигрографами.

Психрометр стационарный состоит из двух термометров: сухого и смоченного. Шарик смоченного термометра обернут батистом, конец которого опущен в стаканчик с водой, поэтому шарик термометра всегда влажный. Смоченный термометр показывает температуру более низкую, чем сухой. Чем суше воздух, тем больше

разница в показаниях термометров; при полном насыщении воздуха показания совпадают. По разности температур по специальным психрометрическим таблицам определяют абсолютную и относительную влажность.

Волосной гигрометр позволяет определить относительную влаж-

ность. Основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять длину в зависимости от влажности воздуха. Один конец волоса прикреплен к

раме, другой – перекинут через блок и снабжен гирькой. К оси блока прикреплена стрелка. При изменении влажности гирька поднимается или опускается, вызывая перемещение стрелки по шкале.

Гигрограф – самописец относительной влажности воздуха. Вос-

принимающая часть устроена по принципу волосного гигрометра. Изменение длины волоса передается через систему рычагов к стрелке с пером, которое, соприкасаясь с лентой, надетой на барабан с часовым механизмом, вычерчивает линию изменения влажности.

Испарение. Испарение – это процесс превращения воды в пар. Ис-

парение происходит с

поверхности воды, снега, льда, почвы, расти-

тельного покрова.

Испарение с водной поверхности. На величину испарения с вод-

ной поверхности влияют в основном три фактора: температура воды и воздуха, дефицит влажности воздуха над водной поверхностью и скорость ветра, влияющая на интенсивность турбулентного перемешивания масс воздуха над поверхностью воды. Чем выше

температура воды и воздуха, тем интенсивнее происходит испарение, чем выше температура воды, тем больше скорость движения молекул и, следовательно, отрыв их от поверхности воды; с увеличением температуры воздуха требуется больше водяных паров для его насыщения [9, 10, 13]. Влияние влажности на процесс испарения проявляется в том, что при полном насыщении водяными

парами воздуха над испаряющей поверхностью процесс испарения прекращается. Чем больше дефицит влажности воздуха над водной поверхностью, тем интенсивнее испарение. Испарение сопровождается потерей тепла. Для перехода 1 г воды в пар при 0°С требуется 597 грамм-калорий тепла, называемого скрытой теплотой испарения. Зная количество тепла, затрачиваемого на испарение, можно определить количество ис

парившейся воды.

3.1. Наблюдения над испарением с водной поверхности

Стандартным прибором для измерения испарения с водной по-

верхности является испаритель ГГИ-3000 (рис. 19).

Рис. 19. Испаритель ГГИ-3000

Он представляет собой металлический бак с площадью испаряю-

щей поверхности 3000 см

. В центре испарителя вертикально уста-

новлена латунная реперная трубка, к концу которой прикреплена коленчатая игла. Испаритель наполнен водой до уровня, совпадающего с концом иглы.

Измерение уровня воды в испарителе производится с помощью специальной объемной бюретки, устанавливаемой на реперную трубку два раза в день (в 7 и 19 часов местного времени).

Количество выпавших осадков учитывается дождемером, установленным рядом с испарителем. Слой испарившейся воды между сроками наблюдений вычисляют по разности высоты уровня в испарителе между указанными сроками.

khhxE ⋅++= )(

(30)

где E – слой испарения, мм;

слой выпавших осадков, мм;

–

соответственно высота уровня воды в испарителе в пер-

–

вый и второй сроки наблюдения;

поправочный коэффициент измерительной трубки.

–

Испаритель ГГИ-3000 устанавливают как на суше, вблизи водоема, так и на поверхности воды на специальных плотах (плавучие испарители).

Наиболее точные данные об испарении можно получить по на-

блюдениям на испарительных бассейнах площадью 20 м

и глубиной 2 м, принятых в России за эталон. Поэтому данные наблюдений, полученные по различным испарителям, приводят к наблюдениям испарительного бассейна-эталона, умножая их на редукционные (переходные коэффициенты). Показания испарительного бассейна 20 м

соответствуют испарению с малых водохранилищ и прудов площа-

дью до 5 км

. Испарение с более крупных водоемов увеличивается на

15÷20 %. Первая испарительная станция в России была организована

институтом водных проблем по инициативе Б.В. Полякова в Южном Заволжье – в г. Ершове (Саратовская область) в 1934 г.

3.2. Расчеты испарения

При наличии многолетних наблюдений над испарением можно получить среднюю многолетнюю величину (норму), а также наибольшие и наименьшие за многолетний период значения испарения и внутригодовое распределение [15, 16, 17].

Расчет испарения с водной поверхности производят отдельно для малых, средних и больших водоемов. Норму испарения с малых водоемов, расположенных на равнине, чину испарения, полученного по наблюдениям (на бассейнах в 20 м или ГГИ-3000, приведенных к данным по бассейну в 20 м

определяют как среднюю вели-

) за много-

летний период. В эту величину вводят поправки на глубину водоема, на защищенность его строениями, древесной растительностью и другими препятствиями, на площадь водоема.

При отсутствии наблюдений норму испарения с малых водоемов определяют по карте изолиний средних многолетних величин испа-

рения с водной поверхности бассейна в 20 м

. Эти данные также

уточняются введением перечисленных выше поправок [8, 9, 10, 13]. По внутригодовому ходу испарения территория России разделена на

8 зон. Для каждой зоны получены месячные величины испарения в процентах от суммы за безледоставный период. Для большей части территории России (к северу от линии Днепропетровск – Волгоград – устье р. Урала) коэффициенты вариации испарения составляют

15,0=

, для южных районов 10,0=

Испарение с водоемов средних размеров рассчитывается по той же методике, что и для малых водоемов. При отсутствии наблюдений используются эмпирические формулы. Наиболее известны формулы Б.Д. Зайкова (1949 г.), А. П. Браславского и З.А. Викулиной (1954 г.). В проекте технических указаний по расчету испарения (1969 г.) опубликована обобщенная формула этих авторов:

(31)

)72,01)((14,0

UeenE ⋅+−⋅⋅=

2002000

число суток в расчетном интервале времени (обычно месяц);

где

–

– максимальная упругость (среднее значение) водяного пара,

вычисленная по температуре поверхности воды (определяется по таблице или рассчитывается по формулам), мб;

– средняя абсолютная влажность воздуха над водоемом на вы-

200

соте 200 см, мб;

– средняя скорость ветра над водоемом на высоте 200 см, м/с;

200

n – число дней в расчетном периоде.

Испарение с больших озер и водохранилищ вычисляют по фор- муле (31) так же, как и для средних водоемов. Для очень больших во-

доемов (площадью свыше 1000 км

) расчет выполняется по участкам

с последующим осреднением для всей акватории водоема.

Испарение с поверхности снега и льда очень невелико по срав- нению с испарением за летний период. Для европейской части Российской Федерации за четыре месяца (декабрь-март) испарение со-

ставляет 25

30 мм. Измеряют испарение при помощи

цилиндрических сосудов различных диаметров и высоты, которые наполняют снегом и ставят в снег на уровне его поверхности. По из-

менению веса прибора определяют количество снега или сконцентрировавшихся паров из окружающего воздуха. Конденсация водяного пара на поверхности снега и льда, минуя жидкую фазу, называется сублимацией. Интенсивность испарения со снега зависит от плотности: на уплотненных участках оно более интенсивное, чем со свежевыпавшего снега. Величина испарения с поверхности снега быть вычислена по формуле П.П. Кузьмина:

UeeE

nсн

⋅+−⋅=

)54,01)((18,0

1000200

где

– испарение с поверхности снега, мм/сутки;

сн

упругость пара при температуре испаряющей поверхности, мб;

–

200

абсолютная влажность воздуха на высоте 200 см, мб;

–

1000

скорость ветра на высоте флюгера 1000 см, м/с.

–

может

(32)

Рис. 20. Почвенный испаритель ГГИ-500-50:

1 – внутренний цилиндр; 2 – дно с отверстием; 3 – сосуд для сбора воды;

4 – защелка дна; 5 – наружный цилиндр;

6 – дождемерное ведро; 7 – конусный бак

Испарение с поверхности почвы. На испарение с поверхности почвы, кроме дефицита влажности, температуры воздуха и ветра, влияет влажность почвы, так как при ее отсутствии ни ветер, ни температура воздуха уже не играют никакой роли. При выпадении дождей испарение с почвы аналогично испарению с водной поверхности.

В сухую погоду испарение происходит с зеркала грунтовых вод, находящихся ниже поверхности почвы, и в значительной мере зависит от капиллярности, влагоемкости, водопроницаемости почвы. Испарение с почвы измеряют при помощи почвенных испарителей (рис. 20).

Метод измерения основан на том, что по изменению веса почвенного монолита, помещенного в испаритель, определяют величину

испарения между сроками наблюдений. На почвенно-испарительных станциях пользуются почвенными испарителями ГГИ-500-50 (площа-

дью 500 см

, высотой 50 см) и ГГИ-500-100 (площадью 500 см2, вы-

сотой 100 см). Недостатком весового метода является изоляция почвенного монолита от окружающей почвы. Более точно испарение с почвы измеряется гидравлическими почвенными испарителями, основанными на гидростатическом взвешивании монолита.

Испарение с почвы трудно отделить от испарения с растительного покрова (транспирации), поэтому практически эти два вида испарения рассматриваются совместно.

Суммарное испарение

с речного бассейна. Среднюю многолет-

нюю сумму всех видов испарения с поверхности речного бассейна (норму) определяют по методу водного баланса, по уравнению связи водного и теплового балансов и по методу турбулентной диффузии.

Метод водного баланса. Исходя из уравнения водного баланса речного бассейна на многолетний период, в ГГИ построена карта изолиний

норм годовых величин суммарного испарения, которое определяют для центра тяжести бассейна либо по интерполяции между ближайшими изолиниями, либо как средневзвешенную величину.

По уравнению связи водного и теплового баланса. Исследова-

ниями Э.М. Ольдекопа, а затем М.И. Будыко установлено не только наличие связи между основными составляющими водного баланса рек (осадками

, стоком и испарением), но и то, что испарение в многолетнем разрезе в значительной мере зависит от осадков и величины рационного притока тепла. Эти выводы, подтвержденные экспериментальными исследованиями, были выражены в виде уравнения связи соответствующих факторов, на основании которого М.И. Будыко

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 125 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]