2.5 Расчет испарения по эмпирическим формулам

В настоящее время формул для расчета E разработано большое число, но почти все они имеют структуру, предложенную еще Дальтоном(1802 г.):

E=ε0(e0-e2),

где ε₀-коэффициент, зависящий от скорости ветра. Большое число формул такого типа связано в основном с предложениям и по определению ветрового коэффициента ε₀. В настоящее время наибольшей известностью пользуются формулы В.К. Давыдова, Б.Д. Зайкова, А.П. Браславского и З.А. Викулиной, А.П. Браславского и С.Н. Нургалиева.

Проверка точности различных формул по оценке испарения с водной поверхности, проведенная в Государственном гидрологическом институте Б.И. Кузнецовым, В.С. Голубевым и Т.Г. Федоровой, показала, что наиболее оптимальной является формула:

E=0,14(1+0,72u2)(e0-e2),

Где u2 — скорость ветра на высоте 2 м над поверхностью воды;

Е — слой испарившейся воды, мм/сут.;

e0 и е2 — давление насыщенного водяного пара и парциальное давление водяного пара, гПа.

Эта формула рекомендуется Указаниями для расчета испарения с поверхности водоемов в условиях равновесной стратификации атмосферы в приводном слое т. е. когда разность значений температуры воды и воз когда разность значений температуры воды и воздуха не превышает 4 С. При наличии неравновесных условий в приводном слое в рассчитывать испарение по воздуха необходимо рассчитывать испарение по формуле В.А. Рымши и Р.В. Донченко либо по формуле А.П. Браславского и С.Н. Нургалиева.

Значения испарения, вычисленные по формулам различных авторов при штилевой обстановке, значительно различаются. Это объясняется тем, что при скоростях ветра до 2 м/с, и особенно при штиле, на рассматриваемый процесс существенное влияние оказывает вертикальный конвективный воздухообмен над испаряющей поверхностью. Чем больше разность температуры испаряющей поверхности и воздуха, тем интенсивнее протекает воздухообмен, а следовательно, и более интенсивно осуществляется отвод паров от водной поверхности в вышерасположенные слои атмосферы.

Исследования показали, что интенсивность испарения прямо пропорциональна разности температуры воды и воздуха не только в штилевых условиях, но и при слабом ветре. Поэтому появился ряд формул уточненных введением еще одного слагаемого, зависящего от разности температуры испаряющей поверхности воды и воздуха на высоте 2 м. Введением этой характеристики учитывается скорость отвода водяных паров от испаряющей поверхности в атмосферу. Эти формулы имеют следующий вид:

1. В.А. Рымши и Р.В. Донченко:

E=0,104(k₁+u₂)(e₀-e₂),

где k₁= f₁ (Δθ) - коэффициент, зависящий от разности температуры поверхности воды и воздуха на высоте 2 м (t_п-θ₂), заданный в табличной форме .Эта формула рекомендуется для расчета испарения с незамерзающих водоемов;

2. Л.Г. Шуляковского:

E=(0,15+0,112u₂+0,094(t_п-θ₂)^1/3)(e₀-e₂).

3. А.Р. Константинова:

E=(0,024(t_п-е₂)/u₁+0,116u₁)(e₀-e₂).

4. А.П. Браславского и С.Н. Нургалиева:

E=0,14(1+0,8u₂+k₂)(e₀-e₂),

где k₂=f₂(Δθ)- функция, зависящая от разности температуры поверхности воды и воздуха на высоте 2 м (t_п-t₂), определяется по специальной таблице.

Последняя формула в настоящее время включена в рекомендации по термическому расчету водохранилищ.

Примером эмпирической формулы другого типа, чем приведенные выше, является формула Н. Н. Иванова:

E=0,0018 (25+θ₂)²(100-r₂),

где Е — слой испарившейся воды, мм/мес;

θ₂ и r₂ —средние месячные температура и относительная влажность воздуха.

Чтобы рассчитать испарение по приведенным выше формулам, необходимо знать температуру, влажность воздуха и скорость ветра, измеренные непосредственно над поверхностью водоема. Таких наблюдений, за редким исключением, не имеется. Поэтому для расчета испарения по приведенным формулам используют данные о состоянии воздушной массы, полученные на континентальных метеостанциях, но с учетом её трансформации при переходе с суши на водную поверхность. Эти вопросы подробно исследованы в работах М.П. Тимофеева, А.Р. Константинова, А.П. Браславского и 3.А. Викулиной и др. ученых. Чтобы использовать данные континентальных метеостанций, их корректируют введением коэффициентов:

1)скорость ветра водоема w₂ корректируется введением сразу трехкоэффициентов, т.е.

u₂=k₁k₂k₃u_ф,

где k₁, k₂, k₃ - коэффициенты, учитывающие соответственно степень защищенности метеорологической станции на суше, характер рельефа в пункте наблюдений и среднюю длину разгона воздушного потока над водной поверхностью водоема; u_ф- скорость ветра на высоте флюгера;

2) парциальное давление водяного пара на высоте 2 м над поверхностью водоема рассчитывается следующим образом:

e₂=e’₂+(0,8e₀- e'₂)M,

где е’₂ - парциальное давление водяного пара, измеренное на высоте 2 м на континентальной метеостанции; е₀ - давление насыщенного водяного пара, определенное по температуре поверхности воды; М -коэффициент трансформации, учитывающий изменение влажности и температуры воздуха в зависимости от размера водоема;

3) температура воздуха на высоте 2 м над поверхностью водоема уточняется аналогично парциальному давлению водяного пара:

θ₂=θ’₂+(t_п-θ’₂)M,

где θ’₂ - температура воздуха на высоте 2 м на континентальной метеостанции, t_п - температура поверхности воды;

5. температура поверхности воды назначается на основе натурных наблюдений за предыдущие годы на данном водоеме, водоеме-аналоге или рассчитывается с использованием метода теплового баланса.