3.1.1. Испарение с поверхности воды

Испарение с поверхности воды определяют в основном метеорологическими факторами, то есть температурой воды и воздуха, дефицитом влажности воздуха и скоростью ветра. Дефицит влажности воздуха d представляет собой разность между влажностью насыщения е₀ при данной температуре и давлении и фактической влажностью е. При (е₀ - е) >0 происходит испарение, при (е₀ - е)<0 — конденсация (на снег и лед — сублимация). В случае (е₀ - е)=0 наблюдается равновесие водяного пара над поверхностью воды.

На испарение с водной поверхности оказывают влияние такие факторы, как площадь, глубина и защищенность водоема. Слой испарившейся влаги с больших водоемов вследствие увеличения скорости ветра и высоты волн больше, чем с малых водоемов. Водоемы, защищенные высокой растительностью на берегах, постройками, горами, испаряют влаги меньше незащищенных. Наблюдения над испарением с водной поверхности в РФ ведут с помощью бассейнов-эталонов площадью 20 м², глубиной 2 м (50 пунктов), а также испарителей ГГИ-3000 (около 500 пунктов) и новых теплоизолированных испарителей ГГИ-3000ТМ.

В соответствии с Указаниями по расчету испарения с поверх­ности водоемов, разработанными ГГИ (1969 г.), все водоемы применительно к расчету испарения делятся на три группы: малые, средние и большие.

К малым относятся водоемы площадью до 5 км² округлой или квадратной формы, имеющие среднюю длину разгона воздушно го потока над водной поверхностью до 3 км; к средним - водоемы площадью от 5 до 40 км²; к большим - более 40 км².

Среднемноголетнее испарение (норма) с малых водоемов, расположенных в равнинных условиях, определяют по выражению [13]:

, (3.6)

где Е₂₀ - среднемноголетнее испарение с эталонного бассейна 20 м², , и - поправочные коэффициенты соответственно на глубину водоема, на защищенность водоема от ветра древесной растительностью, строениями, крутыми берегами и другими препятствиями, а также на площадь водоема.

В случае отсутствия данных наблюдений среднемноголетнее испарение с бассейна площадью 20 м² находят по карте изолиний (рисунок 3.1) методом интерполяции.

Поправочный коэффициент k₃ определяют в зависимости от отношения средней высоты (м) препятствий h₃ к средней длине (м) разгона воздушного потока D

h_з/ D

Таблица 3.1 – Поправочный коэффициент на защищенность водоема от ветра древесной растительностью, строениями, крутыми берегами

h3/D	0,0	0,01	0,03	0,05	0,07	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50
k3	1,00	0,96	0,89	0,84	0,80	0,76	0,70	0,64	0,57	0,61

Поправочный коэффициент на глубину водоема находят по таблице 3.2 в зависимости от местоположения водоема (природной зоны) и средней глубины.

_{Таблица 3.2 - Поправочный коэффициент на глубину водоема}

Природная зона	Средняя глубина водоема, м
	2	5	10	15	20	25
Тундровая и лесная	1,00	0,99	0,97	0,95	0,94	0,92
Лесостепная	1,00	0,98	0,96	0,95	0,94	0,92
Степная	1,00	0,96	0,95	0,94	0,93	0,93
Полупустынная	1,00	1,00	0,99	0,98	0,98	0,97
Пустынная	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00

Рисунок 3.1 – Карта среднемноголетнего испарения с водной поверхности бассейна площадью 20 м² и схема районирования

Поправочный коэффициент на площадь водоема для тундровой, лесной и лесостепной зон находят путем интерполяции с помощью таблицы 3.3.

Таблица 3.3 – Поправочный коэффициент на площадь водоема

Площадь водоема, км2	0,01	0,05	0,10	0,50	1,00	2,00	5,00
	1,03	1,03	1,11	1,18	1,21	1,23	1,26

Расчетный годовой слой испарения с вероятностью превышения р вычисляют по формуле

E=k_pE_в , (3.7)

где k_p – ордината аналитической функции, определяется по таблице 3.4 в зависимости от зоны.

Таблица 3.4 – Ординаты аналитической кривой обеспеченности годового испарения

Зона	Cv	Вероятность превышения РЕ, %
		1	3	5	10	25	50
I-V	0,15	1,35	1,28	1,25	1,19	1,10	1,00
VI- VIII	0,10	1,23	1,19	1,16	1,13	1,07	1,00

Нормы испарения с поверхности малых водоемов по месяцам при отсутствии данных наблюдений приближенно вычисляют с помощью таблицы 3.5.

Таблица 3.5 – Испарение с поверхности малых водоемов (% годовой суммы за безледоставный период)

Зона	Месяц
	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12
I	-	-	-	-	-	20	45	30	5	-	-	-
II	-	-	-	-	7	28	33	23	9	-	-	-
III	-	-	-	-	16	25	21	20	14	4	-	-
IV	-	-	-	3	16	22	21	19	12	6	1	-
V	-	-	-	6	14	20	21	19	212	6	2	-
VI	-	-	3	6	13	17	20	19	13	7	2	-
VII	-	1	4	7	13	16	19	17	12	7	3	1
VII	2	3	4	7	12	15	16	16	12	7	4	2

Для III зоны испарение вычисляется по формуле

, (3.8)

где С_м – процент годовой суммы за безледоставный период.

Рассмотрим пример определения испарения с малого водоема при различных ситуациях и разными способами.

Пример выполнения задания

Определение испарения с малого водоема при отсутствии данных наблюдений

Исходные данные: площадь водоема (S), расположенного вблизи пункта Яркино 3,5 км , средняя глубина (H) 4,5 м, средняя длина разгона воздушного потока (D) 3,5 км, средняя высота препятствий на берегу (h_ср) 10 м.

Требуется: 1) вычислить среднемноголетнее испарение; 2) определить годовой слой испарения с водной поверхности расчетной вероятностью превышения р=10%; 3) распределить найденный годовой слой испарения по месяцам.

Порядок выполнения задания

1. среднемноголетнее испарение (норма) с малых водоемов, расположенных в равнинных условиях, определяют по выражению (3.6)

Из-за отсутствия данных наблюдений среднемноголетнее испарение с бассейна площадью 20 м² находят по карте изолиний рисунок 3.1. Так, для водоема расположенного вблизи пункта Яркино Е₂₀=400 мм (определяется методом интерполяции).

Поправочный коэффициент k₃ определяют в зависимости от отношения средней высоты (м) препятствий h₃ к средней длине (м) разгона воздушного потока D.

Для пункта Яркино, расположенного в лесостепной зоне,

h_ср/ D=10/3500=0,0028,

=0,989, что соответствует методом интерполяции по таблице 3.1

Поправочный коэффициент на глубину водоема находят по таблице 3.2 в зависимости от местоположения водоема (природной зоны) и средней глубины. Для водоема вблизи пункта Яркино расположенного в лесостепной зоне, глубина которого составляет 4,5 м и по таблице 3.2 находится между 1 и 0,98, в результате интерполяции получен коэффициент k_h=0,983

Поправочный коэффициент на площадь водоема для тундровой, лесной и лесостепной зон находят путем интерполяции с помощью таблицы 3.3. Для площади S = 3,5 км² = 1,245.

Таким образом, вычислим среднемноголетнее испарение

= 400 x 0,989 x 0,987 x 1,245=484 мм.

Полученное значение Е_в является нормой испарения с воды.

Расчетный годовой слой испарения с вероятностью превышения р вычисляют по формуле (3.7).

Пункт Яркино расположен в III зоне. При р=10% составит k_p=1,19.

Таким образом, испарение с вероятностью превышения 10% будет

E₁₀= 1,19 x 484=576 мм.

Нормы испарения с поверхности малых водоемов по месяцам при отсутствии данных наблюдений приближенно вычисляют с помощью таблицы 3.5.

Для III зоны испарение вычисляется по формуле (3.8)

В таблице 3.6 приведены значения норм испарения по месяцам, вычисленные по формуле (3.8).

Таблица 3.6 – Расчетное испарение по месяцам вблизи пункта Яркино (III зона)

Месяц	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	За год
Испарение, мм	-	-	-	-	77,44	121	101,64	96,8	67,76	19,36	-	-	484

Таким образом, рассчитано годовое испарение с водоема в пункте Яркино, которое составило Е_с=484 мм, определены месячные значения испарения за безледоставный период, приведенные в таблице 3.6.