2. Методы расчета испарения с водной поверхности

Оценка испарения с водной поверхности может быть произведена с использованием нескольких методов . Большое количество методов вызвано тем , что сложный механизм взаимодействия между водной поверхностью водоема и прилегающей к ней воздушной массой полностью не раскрыт . Более точным из разработанных методов считается инструментальный (прямой ) метод , т.е. метод непосредственного измерения слоя и спарившейся воды с помощью водных испарителей. К прямому методу относится и пульсационный метод. Однако эти методы не всегда могут быть применены вследствие их трудоемкости и невозможности использования при разработке проекта. Поэтому для определения испарения с поверхности воды применяют косвенные методы, основанные на использовании уравнений водного и теплового балансов, турбулентной диффузии водяного пара в атмосфере. Разработаны так же эмпирические формулы для расчета испарения по метеорологическим данным, которые получили наиболее широкое применение в гидрологической практике .

2.1. Пульсационный метод

Известно, что потоки воздуха в атмосфере почти всегда имеют турбулентный характер движения.

Поэтому уравнение переноса водяного пара в атмосфере необходимо привести к виду, учитывающему этот характер движения. Для этой цели пользуются методом осреднения по времени входящих в уравнение величин, предложенным О. Рейнольдсом .

Перед осреднением все переменные величины представляются в виде:

N=N^¯+N',

де N^¯-среднее значение переменной величины N; N' - ее пульсационная добавка.

После выполнения осреднения, с соблюдением всех его свойств, проводится анализ полученного уравнения при следующих допущениях: 1) фазовые переходы водяного пара в воздухе отсутствуют; 2) градиенты характеристик атмосферы в горизонтальных направлениях равны нулю; 3) по высоте приземного слоя атмосферы вертикальный поток пара постоянный. В результате получим выражение для расчета испарения в виде

Е = p u'q ',

где u' и q' - пульсационные добавки соответственно скорости ветра и удельной влажности; р - плотность воздуха.

Эта формула имеет простой вид, однако этот метод практического применения для расчета испарения не получил из-за отсутствия высокочувствительной аппаратуры для измерения пульсаций влажности воздуха.

2.2. Метод водного баланса

Метод предусматривает использование уравнения водного баланса, составленного применительно к водоему для оценки испарения в виде:

Е=х+y₁ –y₂+y₁'-y₂'±ΔН

Е - испарение с поверхности воды,

х - осадки, выпадающие на водную поверхность,

у₁ и y₂- приток и отток поверхностных вод,

у₁' и y₂' - приток и отток подземных вод,

ΔН - изменение уровня воды в водоеме.

При отсутствии притока и оттока уравнение примет вид:

Е=х+ΔН.

В этих уравнениях все слагаемые, за исключением испарения, должны быть известны. Таким путем можно определить испарение с замкнутых водоемов, в принципе метод водного баланса наиболее обоснован. Однако вследствие того, что для небольших водоемов некоторые составляющие уравнений, определяются с невысокой точностью, например подземный приток и отток воды, а другие составляющие, такие как водозабор мелких потребителей, конденсация водяных паров и т.д., вообще не измеряются, значения испарения получаются недостаточно надежные. Для слабоизученных районов страны недостаточны сведения и по основным составляющим уравнения водного баланса. Поэтому испарение с водоемов указанных районов, особенно за короткие периоды времени, определяется по этим уравнениям с невысокой точностью. Таким образом, с помощью метода водного баланса достаточно точные результаты могут быть получены при надежном определении всех его составляющих. Рассматриваемый метод имеет ограниченное применение для расчета испарения с проектируемых водохранилищ.