水文分析计算中的水面蒸发新发现

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：根据乱流扩散理论，许多学者推导出计算水面蒸发的公式，其中最为著名的是道尔顿公式式中：E为水面蒸发量；e0为水面水汽压；e2为地面一定高度处水汽压；W为风速；Φ为风速函数。而水面上有浮萍覆盖时，水面蒸发却减小10%。所以在20世纪60年代，在前苏联ГГИ3000型蒸发器的基础上，结合我国的实际情况，研制出直径为61.8cm，面积为3000cm2的E601型蒸发器在全国水文部门统一采用。

水面蒸发的发生有复杂的物理过程，在静稳空气条件下，某些水分子因其动能大于液体内部的分子引力而逸出水面，使水面附近的空气湿度加大，因分子互相碰撞，又有部分水分子返回水面，此条件下的蒸发较为缓慢。实际上自然水面的蒸发常发生于大气紊动的交换过程，而乱流涡动在水平和垂直方向产生的能量和水汽输送都比在空气静稳条件下要大得多。乱流运动形成的原因：①因地面不平，气流经过时产生的阻力和涡旋及由于沿高程的风速梯度引起的内摩擦，使近地层的涡旋能够扩散到大气的较高层，这就是动力乱流；②在超绝热梯度时，由于大气稳定层结被破坏而发生上升气流，促进了乱流交换，这就是热力乱流。

根据乱流扩散理论，许多学者推导出计算水面蒸发的公式，其中最为著名的是道尔顿公式

式中：E为水面蒸发量；e0为水面水汽压；e2为地面一定高度处水汽压；W为风速；Φ（W）为风速函数。

式（13.5）说明：水汽压力差反映了蒸发面的湿度和一定高度上的湿度梯度。又因温度的层结作用直接影响到湿度梯度，所以（e0－e2）综合反映了湿、温两项要素的作用。Φ（W）反映涡旋的动力作用和水汽交换的强弱。

应用道尔顿公式，可以根据各地大型蒸发池的观测结果求出各地水面蒸发的经验公式，例如：

式中：E20为20m2蒸发池的日蒸发量，mm；e0、e1.5、e2分别为水面1.5m、2m高处百叶箱温度的水汽压，hPa；W1.5、W2分别为1.5m、2m高处风速，m／s。

20世纪50～60年代，我国在全国各地建立20～100m2的大型蒸发池，需要说明的是上述对比观测的大型蒸发池，都是纯净的淡水，而在自然界的水面，实际上可能有覆盖水面的漂浮植物，如水花生、浮萍等。据浙江与湖北的观测实验结果得知：水中有水花生覆盖，水面蒸发要比纯净水面大20%。而水面上有浮萍覆盖时，水面蒸发却减小10%。

大型蒸发池的蒸发资料虽然能够代表大水体的实际水面蒸发，但由于造价太高，不可能在所有蒸发站网都推广使用。而应采用具有代表性（与自然水体蒸发量接近）、稳定性（偶然误差小）和实用性（经济实用易于推广）的小型蒸发器。所以在20世纪60年代，在前苏联ГГИ3000型蒸发器的基础上，结合我国的实际情况，研制出直径为61.8cm，面积为3000cm2的E601型蒸发器在全国水文部门统一采用。但在新中国成立以前我国曾广泛采用Φ80型有套盆及无套盆蒸发器和Φ20型小型称重式蒸发器，其积累的观测资料亦应充分利用。因此各大型蒸发池的任务之一就是要把过去观测到的各种型号的蒸发器的观测成果统一与大水体实际蒸发挂钩，与全国统一使用的E601型观测到的蒸发量挂钩，这就是需要强调的各种蒸发器的折算系数。

水文分析计算中的水面蒸发新发现

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