水文学原理蒸散发课件.ppt
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- 水文学 原理 蒸散 课件
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1、水 文 学o内 容:5.1 基本概念 5.2 水面蒸发 5.3 土壤蒸发 5.4 植物散发 5.5 流域蒸散发第六章第六章 蒸散发蒸散发第一节第一节 基本概念基本概念1 1 定义定义 蒸散发是发生在具有水分子的物体表面上的蒸散发是发生在具有水分子的物体表面上的一种水分运动现象。具有水分的物体表面称为蒸一种水分运动现象。具有水分的物体表面称为蒸发面。发面。Doctrine of hydrology62.影响蒸发量大小的三个条件:影响蒸发量大小的三个条件:(1 1)供水条件)供水条件蒸发面上储存的水分多少;蒸发面上储存的水分多少;(2 2)能量供给条件)能量供给条件蒸发面上水分子获得能量蒸发面上水
2、分子获得能量的多少;的多少;(3 3)动力条件)动力条件蒸发面上空水汽输送的速度;蒸发面上空水汽输送的速度;Doctrine of hydrology73 3 蒸发强度:单位时间从单位面积土壤表面或蒸发强度:单位时间从单位面积土壤表面或植物叶面以及水面所消耗水量,单位植物叶面以及水面所消耗水量,单位mm/d,mm/mm/d,mm/月,月,mm/amm/a。Doctrine of hydrology84 4 蒸发量(蒸发率):单位时间、单位面积从蒸发量(蒸发率):单位时间、单位面积从蒸发面上消耗的水量总和。蒸发面上消耗的水量总和。Doctrine of hydrology95.蒸发能力蒸发能力
3、蒸发能力是指蒸发面在特定的气象条件蒸发能力是指蒸发面在特定的气象条件下充分供水时的蒸发率。即对同一蒸发面而下充分供水时的蒸发率。即对同一蒸发面而言,在相同气象条件下可能达到的最大蒸发言,在相同气象条件下可能达到的最大蒸发量。又称为最大蒸发量或潜在蒸发量。量。又称为最大蒸发量或潜在蒸发量。6发非充分供水条件下的蒸充分供水条件下的蒸发按供水情况植物蒸散土壤蒸发水面蒸发按蒸发面的性质第二节第二节 水面蒸发水面蒸发 在水的表层,动能较大的分子,有可能克服在水的表层,动能较大的分子,有可能克服周围水分子对它的吸引而逸出水面,成为水汽分周围水分子对它的吸引而逸出水面,成为水汽分子,进入液面上方的空间。子,
4、进入液面上方的空间。接近水面的水汽分子,也有可能受水面水分接近水面的水汽分子,也有可能受水面水分子的吸引或相互碰撞,运动方向不断改变,部分子的吸引或相互碰撞,运动方向不断改变,部分分子进入水中成为液体水分子。分子进入水中成为液体水分子。以上两个过程是同时进行的。以上两个过程是同时进行的。Doctrine of hydrology12一、基本概念1 1 水汽压水汽压(e)(e):大气中水汽所具有的压力。:大气中水汽所具有的压力。2 2 饱和水汽含量:在一定温度下,空气中所容纳的水汽含量饱和水汽含量:在一定温度下,空气中所容纳的水汽含量的最大值;的最大值;(e es s:饱和水汽压):饱和水汽压)
5、:设ns为单位时间内逸出水面的分子数,n为单位时间内落回水中的水汽分子数。Doctrine of hydrology二、影响水面蒸发的因素二、影响水面蒸发的因素 (一)(一)气象因素:太阳辐射、温度、湿度、风气象因素:太阳辐射、温度、湿度、风、气压、降水等、气压、降水等1 1)太阳辐射:)太阳辐射:2 2)温度:水温越高,越有利于蒸发。主要)温度:水温越高,越有利于蒸发。主要受太阳辐射强度的控制,水面所接受的太阳受太阳辐射强度的控制,水面所接受的太阳辐射基本用于蒸发。辐射基本用于蒸发。气温通过影响水温而影响蒸发。但有时候气气温通过影响水温而影响蒸发。但有时候气温变化与水面蒸发并不十分一致。温变
6、化与水面蒸发并不十分一致。Doctrine of hydrology143 3)湿度:影响)湿度:影响饱和差饱和差4 4)水汽压差:)水汽压差:5 5)风)风:6 6)水面)水面面积面积7 7)水深)水深8 8)水质:)水质:溶质存在,降低溶液的蒸汽压,减少蒸发。溶质存在,降低溶液的蒸汽压,减少蒸发。9 9)颜色:)颜色:不同的颜色对太阳能的吸收有差异,一般会降低反射率,不同的颜色对太阳能的吸收有差异,一般会降低反射率,增加吸热量,增大蒸发量。增加吸热量,增大蒸发量。Doctrine of hydrology15三、水面蒸发量的观测与估算三、水面蒸发量的观测与估算1.1.通过成因分析法,建立理
7、论公式;通过成因分析法,建立理论公式;2.2.直接测定直接测定3.3.根据典型资料建立地区经验公式;根据典型资料建立地区经验公式;Doctrine of hydrology16(三)(三)水面蒸发量的确定方法水面蒸发量的确定方法1.1.器测法器测法器KEE Doctrine of hydrology1720m2水面蒸发池Doctrine of hydrology18n 关于蒸发器折算系数关于蒸发器折算系数n 由于蒸发器受体积和水面面积的影响,其受热条件与大面由于蒸发器受体积和水面面积的影响,其受热条件与大面积水面有显著差异。因此,蒸发器所观测的数据不能直接积水面有显著差异。因此,蒸发器所观测的
8、数据不能直接用作大水体的水面蒸发值。用作大水体的水面蒸发值。n 总体规律是:蒸发器面积(直径)越大,所观测数据越接总体规律是:蒸发器面积(直径)越大,所观测数据越接近于天然大面积水体。据研究,当蒸发池的直径大于近于天然大面积水体。据研究,当蒸发池的直径大于3.5m时,其蒸发量与天然大水体接近。时,其蒸发量与天然大水体接近。u可用20m2或100m2的蒸发池的蒸发量E池与蒸发器的蒸发量E器的比值作为折算系数:=E池/E器Doctrine of hydrology19n 实际蒸发值与用蒸发器观测到的蒸发值也没有固定关系。要根据当地的实际资料分析确定。Doctrine of hydrology20同
9、一类型蒸发器的折算系数在不同时期的变化规律可以用=f(d)曲线表示。d为饱和差,它综合地反映自然地理环境和季节情况。对每一个蒸发器作出=f(d)曲线,当已知饱和差d时,即可以得到折算系数,再换算成水面蒸发量。Doctrine of hydrology21根据某流域附近的水面蒸发实验资料,分析的根据某流域附近的水面蒸发实验资料,分析的E E601601型蒸发器型蒸发器1-121-12月份的折算系数月份的折算系数K K依次为依次为0.980.98、0.960.96、0.890.89、0.880.88、0.890.89、0.930.93、0.950.95、0.970.97、1.031.03、1.03
10、1.03、1.061.06、1.021.02。本流域应用。本流域应用E E601601蒸发蒸发器测得器测得8 8月月30-3130-31日和日和9 9月月1-31-3日的水面蒸发量依次日的水面蒸发量依次为为5.2mm5.2mm、6.0mm6.0mm、6.2mm6.2mm、5.8mm5.8mm、5.6mm5.6mm,试计,试计算某水库这些天的逐日水面蒸发量。算某水库这些天的逐日水面蒸发量。2、确定水面蒸发量的理论方法、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical methoda 热量平衡法热量平衡法(heat balance method)QQQQQehnhQnQeQinputoutputR
11、QQQQne1)1(RLQQQLQEwnwe第二节 水面蒸发 b 空气动力学法空气动力学法 (aerodynamic method)(/(ln()(2022eekzfKuKEsmw饱和差饱和差2、确定水面蒸发量的理论方法、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical method第二节 水面蒸发 c 混合法混合法 (mixed method)anEQE0水体吸收净辐射水体吸收净辐射热量引起的蒸发热量引起的蒸发风速和饱和差风速和饱和差引起的蒸发引起的蒸发2、确定水面蒸发量的理论方法、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical method第二节 水面蒸发 d 水量平衡法水量平衡法(wa
12、ter balance method)EPtOtISS122、确定水面蒸发量的理论方法、确定水面蒸发量的理论方法 theoretical method第二节 水面蒸发 3、确定水面蒸发量的经验公式途径、确定水面蒸发量的经验公式途径 empirical equation)(31.0122.020002200eeuE华东水利学院经验公式华东水利学院经验公式第二节 水面蒸发 水面蒸发的时空分布特点水面蒸发的时空分布特点 temporal spatial distribution characteristics空间分布特点空间分布特点时间分布特点时间分布特点全全 球球赤道大1100mm两极小120mm
13、我我 国国西北干旱区2000mm以上华北地区 12002000mm之间南方湿润区1200mm以下 土壤蒸发机制:土壤蒸发机制:土壤蒸发不仅与蒸发面性质有关,而且土壤蒸发不仅与蒸发面性质有关,而且与供水条件有关。土壤水蒸发过程中,不仅与供水条件有关。土壤水蒸发过程中,不仅要克服液体水分子之间的要克服液体水分子之间的内聚力内聚力,而且要克,而且要克服土壤颗粒对水分子的服土壤颗粒对水分子的吸附力吸附力。二、土壤蒸发的过程二、土壤蒸发的过程 在供水不足的条件下,土壤蒸发实际上是土壤在供水不足的条件下,土壤蒸发实际上是土壤失去水分干化的过程。分为如下三阶段:失去水分干化的过程。分为如下三阶段:1.1.定
14、常蒸发率阶段定常蒸发率阶段2.2.蒸发率下降阶段蒸发率下降阶段3.3.蒸发率微弱阶段蒸发率微弱阶段划分依据是什么?第三节 土壤蒸发毛管断裂含水量毛管断裂含水量(3)田田间间持持水水量量(2)(1)E/Em第一阶段第一阶段 土含超过田间持水量土含超过田间持水量水分通过毛管作用源源不断地供给土壤蒸发水分通过毛管作用源源不断地供给土壤蒸发充分供水条件下的土壤蒸发充分供水条件下的土壤蒸发只受气象条件影响,只受气象条件影响,E E大且稳定大且稳定E E继续,继续,减小减小 1、土壤蒸发过程、土壤蒸发过程第三节 土壤蒸发第二阶段第二阶段 土含介于田间持水土含介于田间持水量与毛管断裂含水量之间量与毛管断裂含
15、水量之间毛管连续状态破坏,毛管输送水量减小毛管连续状态破坏,毛管输送水量减小E E随随减小而减小减小而减小持续到持续到毛毛1、土壤蒸发过程、土壤蒸发过程毛管断裂含水量毛管断裂含水量(3)田田间间持持水水量量(2)(1)E/Em 第三节 土壤蒸发第三阶段第三阶段 土含小于等于毛土含小于等于毛管断裂含水量管断裂含水量毛管输送水分完全破坏毛管输送水分完全破坏只能以膜状水或气态水形式移动,速度只能以膜状水或气态水形式移动,速度慢,数量小慢,数量小E E小而稳定小而稳定1、土壤蒸发过程、土壤蒸发过程毛管断裂含水量毛管断裂含水量(3)田田间间持持水水量量(2)(1)E/Em Doctrine of hyd
16、rology33(二)土壤蒸发量的测定(二)土壤蒸发量的测定mmPqRgG)()(02.02121单位均为降水量;渗漏量;径流量;);时段初、末土样重量(、GPqRGGEDoctrine of hydrology34三、植物散发量的测定蒸渗仪(美国加利福尼亚大学戴维斯分校)直径:6.70米深:0.96米水力式土壤蒸渗仪(中国科学院地理研究所禹城实验站)称重式蒸渗仪Doctrine of hydrology35器测法观测土壤蒸发量存在的问题:器测法观测土壤蒸发量存在的问题:1.1.由于被测试土壤本身的热力条件与天然不同,由于被测试土壤本身的热力条件与天然不同,所测结果与实际可能有较大差异;所测结
17、果与实际可能有较大差异;2.2.器测法所测结果只是一个点的土壤蒸发量,观器测法所测结果只是一个点的土壤蒸发量,观测结果只能在特定的条件下应用或作为参考;测结果只能在特定的条件下应用或作为参考;3.3.在面积较大的情况下,下垫面情况复杂,很难在面积较大的情况下,下垫面情况复杂,很难区分土壤蒸发和植物蒸散;区分土壤蒸发和植物蒸散;4.4.目前器测法也主要用于机理研究,很少用于解目前器测法也主要用于机理研究,很少用于解决实际问题。决实际问题。Doctrine of hydrology362.间接计算法1)水量平衡原理2)热量平衡原理三三 影响土壤蒸发的因素影响土壤蒸发的因素1.1.气象因素气象因素2
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