6. Вимірювання випаровування.

Визначення кількості води, що випаровується з ґрунту і з поверхні водойм, необхідне для вирішення багатьох наукових і практичних задач: розрахунків норм зрошення, регулювання стоку водойм, створення великих водоймищ та ін.

Випаровування (пароутворення) виражають в міліметрах товщини шару води, що випарувалася, і визначають з точністю до 0,1 мм. Випаровування обчислюють тільки в теплий час року. Установки для вимірювання випаровування називають випарниками або випаромірами.

Існує декілька видів випарників, основаних на різних принципах дії: на принципі визначення маси води, що випарилася, з впливу тепла пароутворення та ін. Широко застосовані випарні установки основані на визначенні випаровування за рівнянням водного балансу деякого об’єму води або ґрунту, для яких прихід визначається тільки рідкими опадами , а витрата – випаровуванням (інші компоненти виключені). Ці установки складаються з випарників, спеціальних дощомірів і допоміжних пристроїв.

Випарники забезпечують можливість вимірювання алгебраїчної суми випаровування і опадів (вони мають різний знак) за певний проміжок часу. Опадоміри дозволяють вимірювати кількість опадів , які випали за цей же час. Таким чином, випарні установки дозволяють визначити випаровування шляхом обчислення різниці результатів вимірювань, отриманих за допомогою випарника і дощоміра.

Випаромір ГГІ-3000. Випаромір розрахований на установку в ґрунті на водовипаровувальних площадках і на спеціальних плотах у водоймах. Він складається з випарника, дощоміра (ГГІ-3000), бюретки і вимірювальної трубки (рис.6.12).

Випарник являє собою циліндричний металевий бак 1 з конусоподібним дном. Площа його випарної поверхні складає 3000 см ³.

Рис.6.12 Випаромір ГГІ-3000: 1 – блок випаровувача; 2 – кронштейн з голкою; 3 - об’ємна бюретка; 4 – лійка дощоміра; 5 - бак дощоміра; 6 – гніздо відра; 7 – водозбірне відро; 8 – футляр з мірною колбою.

Верхній край баку має козирок шириною 20 мм. В центрі дна випарника вертикально встановлена металева труба, в середній частині прикріплена до стінок бака трьома розпірками. Трубка служить для установки при проведенні вимірювань об’ємної бюретки 3. До трубки прикріплений кронштейн з вертикальною голкою 2, що служить репером рівня води, який повинен підтримуватися в випарнику. Гострі голки знаходяться на 48 мм нижче площини, що проходить через верхній край випарника. Для кріплення випарника при його установці на плоту є чотири вушки. Випарник заповнюється водою з водойми, в якому визначається випаровування. Наповнення проводять до співпадання рівня води у випарнику з вістрям голки 2.

Об’ємна бюретка (рис.6.13) служить для визначення зміни рівня води у випарнику.

Внутрішній діаметр бюретки 50 мм, площа поперечного перерізу 20 см 2, висота 60 мм. Дно бюретки має в центрі установочний стрижень 5, який при вимірюванні випаровування вставляється в центральну трубку випарника. Збоку бюретки, біля самого дна, є невеликий отвір, через який вода з випарника попадає в бюретку. За допомогою вигнутого важеля 3 і гвинта 2, який упирається в кришку бюретки, отвір може щільно закриватися клапаном 4. У верхній частині бюретка має носик 1 для зливу води.

Рис.6.13 Бюретка: 1 – носик; 2 – гвинт; 3 – важіль; 4 – клапан; 5 – стрижень.

Спеціальна вимірювальна скляна колба об’ємом 30 см ³, що закінчується градуйованою циліндричною трубкою з ціною поділки шкали 0,1 мм шару води у випарнику, служить для вимірювання води, захопленої бюреткою (рис.6.12).

Дощомір ГГІ-3000 являє собою циліндричний бак 5 з конусоподібним дном. В бак дощоміра вставляється лійка 4 для прийому опадів, яка має, як і випарник, приймальну площу 3000 см ². До верхнього краю лійки припаяний козирок. Опади, які попадають у лійку, через трубку збираються у відрі, що установлене всередині циліндричного гнізда 6, прикріпленого до дна баку 5. Відро розраховане на приймання 15 л опадів, тобто шару опадів 50 мм. Для виймання відра з баку дощоміра служить відкидна ручка. Простір між стінками бака і кожухом для відра служить баластною камерою, в яку закладають камені, куски заліза і т.п., зменшуючи тим самим зайву плавучість дощоміра. Для кріплення дощоміра на плоту він, також як і випаровувач має чотири вушка.

Випарник і дощомір монтуються на спеціальному плоту, так щоб вони були заглиблені в воду до співпадання рівнів води у випарнику та водоймі.

Вимірювання випаровування по випарнику ГГІ. За допомогою об’ємної бюретки та вимірювальної трубки визначають в установлені строки рівень води у випарнику. З цією метою об’ємна бюретка стрижнем 5 (рис.6.13) вставляється до упора в трубку 7 випарника і при відкритому клапані 4 залишається в такому ж положенні одну-дві хвилини, для того щоб рівень води у випарнику і в бюретці вирівнявся. Після цього поворотом гвинта 2 закривають клапан бюретки, знімають бюретку і зливають з неї воду у вимірювальну трубку. Відлік за шкалою вимірювальної трубки проводять з точністю до однієї поділки (результат записують). Після вимірювання воду з трубки виливають назад у випаровувач. Вимірювання кожен раз повторюють тричі. Результат розраховують як середнє арифметичне трьох вимірювань. Якщо рівень води у випарнику понизився більше ніж на 5 мм або підвищився більше ніж на 10 мм відносно вістря голки, то доливають або відливають воду з випарника, обов’язково враховуючи при цьому кількість долитої або відлитої води за допомогою вимірювального стакану дощоміра. При роботі на солонуватій водоймі у випарник при сильному випаровуванні доливають дистильовану воду, а при рясних опадах - воду з водойми для збереження у випарнику води такої ж концентрації, як і у водоймі.

Вимірювання по дощоміру. Опади, зібрані дощоміром ГГІ, вимірюються одночасно з вимірюваннями випаровування по випарнику. Для цього знімають лійку 4, виймають за ручку водозбірне відро 7 і зібрані в ньому опади вимірюють за допомогою мірного стакану.

Кількість опадів визначається за формулою

,

де - кількість опадів, мм;

- кількість поділок мірного стакана;

- коефіцієнт, який залежить від співвідношення ціни поділки шкали стакана см ³ і приймальної площі опадоміра 3000 см ³

.

Після вимірювань і запису результатів воду з дощомірного стакана виливають у водойму, водозбірне відро ставлять в гніздо і зверху дощоміра вставляють лійку.

Випаровування між строками обчислюється за формулою

,

де - кількість води, що випарилася, мм;

і - середні значення з трьох відліків по вимірювальній трубці випарника відповідно в попередній і в даний строк;

.

Ґрунтовий випарник ГР-25 (рис.6.14). Цей випарник спільно з ґрунтовим дощоміром застосовують для вимірювання випаровування з ґрунту спеціальних площадок і сільськогосподарських полів. Звичайно використовують одночасно не менше двох випарників.

Випарник складається з внутрішнього циліндра 2 зі знімним дном, зовнішнього циліндра (гнізда) 3, водозбірної посудини 5 для уловлювання води, яка просочилася через моноліт ґрунту. Циліндр 2 служить для розміщення в ньому ґрунтового моноліту (площа поверхні, що випаровує 500 см 2). Рис.6.14 Випарник ґрунтовий: 1 – козирок; 2 - внутрішній циліндр (для ґрунтового моноліту); 3 - зовнішній циліндр (гніздо); 4 - знімальне дно; 5 – водозбірна посудина; 6 і 7 – отвори.

Знімальне дно 4 внутрішнього циліндра 2 має отвори для пропускання води, яка просочується крізь моноліт ґрунту. До верхнього краю циліндра 2 приварені чотири вушка з отворами для піднімання випарника за допомогою спеціальних гачків. Циліндр 2 має козирок 1, який закриває зазор між ним і циліндром 3. Маса внутрішнього циліндра з монолітом ґрунту складає приблизно 40 кг.

Водозбірна посудина 5 являє собою циліндр висотою 30 мм з лійкоподібною кришкою, яка має отвір 7 в центрі для стоку води, що просочилася крізь дно 4 випарника, і отвір 6 для зливу води в дощомірний стакан.

Водозбірна посудина 5 ставиться на дно зовнішнього циліндру 3. Внутрішній циліндр 2 опускається до водозбірної посудини 5 і спирається своїм козирком 1 на верхній край зовнішнього циліндра 3. Рядом з випарником повинен бути встановлений опадомір, бажано з приймальною поверхнею 500 см ², що дорівнює випарувальній поверхні випарника.

Дощомір до ґрунтового випарника ГР-25 (рис.6.15). Дощомір складається з дощомірного відра 1 і гнізда 2 для його установки.

Дощомірне відро 1 має приймальний отвір 500 см 2 і висоту 400 мм. Його пристрій такий же, як у відра опадоміра Третьякова. В дні гнізда 2 є отвори, через які стікає вода, що надійшла до гнізда. До дна приварені три кронштейна для установки на них дощомірного відра. Рис.6.15 Дощомір до ґрунтового випарника: 1 - дощомірне відро; 2 – гніздо; 3 – кронштейн.

Для важення випарника з ґрунтовим монолітом застосовуються ваги, які забезпечують достатньо точне важення маси в 50 кг.

Установка випарника і дощоміра. Для гнізда випарника і гнізда дощоміра викопують круглі ями діаметром 30 – 40 см і глибиною 52 см. Рослинний покров навколо ям необхідно зберегти в природному вигляді. Гніздо випарника вставляють в яму так, щоб його верхній край піднімався над поверхнею на 1,5 см, а гніздо дощоміра – на 5 см. Щілини навколо гнізд засипають ґрунтом і утрамбовують (земля, що залишилася, з площадки прибирається).

Зарядка випарника ґрунтовим монолітом проводиться з спеціально вибраної для цього ділянки таким чином. Внутрішній циліндр випарника (без дна) ставиться на ґрунт, і натиском зверху вдавлюється в нього на 3 – 5 см, потім обкопується навколо, знову вдавлюється і обкопується, і так до тих пір, доки циліндр не заглибиться настільки, що його верхній край буде на 1 – 1,5 см вище поверхні моноліту. Осаджувати циліндр можна тільки натиском зверху: осадка ударами приводить до деформації моноліту. Потім під випарник підводиться дно. Якщо ґрунт пухкий, дно підсовується на 3 – 5 см під випарник, потім останній обертальним рухом насовується на дно. При щільному ґрунті моноліт потрібно підрізати знизу лопатою, нахилити випарник (не більше ніж на 45°), порівняти нижню поверхню моноліту на рівні з краями циліндру і закріпити дно. Потім щілини між монолітом і стінкою циліндра, якщо вони утворилися, засипають землею, проштовхуючи її за допомогою ножа або стальної лінійки. Зовнішні стінки циліндра і дно очищують від землі, що пристала до них.

Зміна монолітів проводиться один – три рази в місяць в залежності від типу випарувальної площадки.

Випарники зважуються вранці до 9 год, але при росі – після її випаровування. При дощі важення випарників переноситься на інші години поточного дня, після припинення дощу, або на вранішні години наступного дня.

Вимірювання опадів в дощомірі і води, що просочилася крізь моноліт, проводиться безпосередньо перед важенням випарника з монолітом. При тривалих дощах і після сильних злив вимірювання води, що просочилася, необхідно проводити щоденно, не зважуючи випарник, а тільки виймаючи його з гнізда. Щоденні вимірювання закінчуються після того, як надходження води у водозбірну посудину припинилося. Такий порядок дозволяє уникнути переповнення водозбірних посудин випарників.

Вимірювання опадів, зібраних дощоміром і , що просочилися крізь моноліт у водозбірну посудину, проводиться за допомогою дощомірного стакану.

Випаровування обчислюється за формулою

,

де і - маса випарника відповідно в попередній і поточний

строки, г;

- кількість опадів, виміряних за допомогою дощоміра;

- опади, які просочилися у водозбірну посудину.

На деяких станціях застосовуються так звані гідравлічні випарники, розроблені під керівництвом В.А. Уриваєва. За їх допомогою вимірюється випаровування з великих монолітів, важення яких проводиться за допомогою гідравлічних вагів, що складають одне ціле з випарниками. Ці випарники містять пристрій для безперервної реєстрації випаровування з високою точністю.

Контрольні запитання:

1. Що називається опадами ?

2. Яким приладом можна виміряти кількість опадів ?

3. З яких основних частин складається опадомір ?

4. Як проводиться установка опадоміра на метеорологічній станції ?

5. Як вимірюється кількість опадів ?

6. Що являє собою сумарний опадомір і де він використовується ?

7. Як проводять снігомірні спостереження ?

8. Як вимірюється густина снігу ?

9. Як можна визначити запас води в сніговому покриві ?

10. На чому оснований метод вимірювання запасів води в сніговому покриві за допомогою радіоактивних ізотопів ?

11. Яким приладом можна виміряти не тільки кількість опадів, але й їхню інтенсивність ?

12. Як працює механізм примусового зливу ?

13. Де і як установлюється плювіограф ?

14. Як проводиться обробка діаграмних стрічок ?

15. Що являє собою ожеледовий станок ?

16. Яким приладом вимірюється роса ?

17. Що являє собою випаромір ?

18. Для чого потрібна об’ємна бюретка ?

19. Як вимірюється випаровування по випарнику ГГІ ?

20. Коли і як проводяться вимірювання випаровування ?