水文学原理 第七章 蒸发与散发

第七章蒸发与散发EvaporationandTranspiration主要内容蒸发现象及其控制条件1.水面蒸发2.土壤蒸发3.植物散发4.5.流域蒸散发6.我国蒸散发分布规律蒸发与散发是水文循环过程中自降水到达地面后由液态（或固态）转化为水汽返回大气的一个阶段。它是指水分子从物体表面即蒸发面,向大气逸散的现象。（一）蒸发的表示方法1、蒸发量在一定时段内水分经蒸发而散布于大气中的水量。以mm计2、蒸发（能）力--最大可能蒸发量蒸发力是在下垫面足够湿润条件下，保持水分充分供应时的蒸发量，又称为最大可能蒸发量(mm)3、蒸发速度单位时间内的蒸发量，表示蒸发强度(mm/d)§1蒸发现象及其控制条件蒸发面类型：水面蒸发冰雪蒸发土壤蒸发植物散发流域蒸散发陆面蒸发（二）蒸发的分类水面蒸发冰雪蒸发（三）控制蒸发的条件供水条件——蒸发面上储存的水量多少能量条件——蒸发面上水分子获得能量的多少动力条件——蒸发面上空水汽输送的速度如何气象条件§2水面蒸发1水面的蒸发物理机制2影响水面蒸发的影响因素3水面蒸发的确定方法4水面蒸发在空间上和时间上分布的特点1水面蒸发的物理机制水面蒸发---最简单的蒸发方式---饱和蒸发面一个水平的自由水面，进入水体的热能增加了水分子的动能，使一些水分子所获得的动能大于水分子之间的内聚力时，就能突破水面而跃入空中。那些动能足够大的水分子，逸出水面---蒸发一些水分子从空中返回水面，称为--凝结从水面跃出与返回水面的水分子数量之差，就是实际观测到的蒸发量mm或蒸发率(mm/d、mm/月、mm/a)（取决于三个条件：蒸发面上储存的水分多少——供水条件；蒸发面上水分子获取的能量多少——能量条件；蒸发面上水汽输送的速度——动力条件。它们都和气象条件有关）几个概念（1）蒸发潜热（L)：单位水量从液态变为气态所吸收的热量，或汽化潜热，可用下式表示：L=2491-2.177Ts(J/g)Ts---为水面温度（℃）（2）饱和水汽压（es）空气的总水汽含量达到饱和时，相应的水汽压)(1061023545.7Paesstts2影响因素太阳辐射：温度（气温和水温）湿度：饱和水汽压差风气压降水自然地理因素：位置、地形水质：溶质势水深水面情况面积思考题：1、温度对蒸发量的影响中，是气温影响大还是水温影响大？2、为什么降水对蒸发有影响？3水面蒸发的确定方法（1）理论方法（2）经验公式法（3）实验观测法热量平衡法--热量平衡法是基于能量守恒定律和蒸发需要消耗热量的概念而建立起来的Rn为净辐射(J/min)Ha=Hai--Ha0入出流热量差(J/min)Hs为水体储热变量(J/min)H水体传导感热损失He蒸发耗热量Hz水体储热量HaiHa0HeHRsiRrRbHsRn-H-He+Ha=Hz（1）理论方法彭曼公式气温--饱和水汽压关系曲线梯度220TTeesss)(1znEQELPCp0622Qn：单位时间、单位面积上的净辐射当量；Cp：定压比热；P：大气压强；L：蒸发潜热彭曼研究了综合考虑太阳辐射、水汽扩散和空气动力因素的计算水面蒸发的方法（2）经验公式法道尔顿公式K--为常数f(u)--风速函数es--水面温度下的饱和水汽压e--水面上某一高度的实际水汽压))((eeuKfEs)(eeAEs20cm口径蒸发器80cm口径套盆蒸发器E601蒸发器20m2和100m2的大型蒸发池蒸发器观测的数值不能直接作为大水体的水面蒸发值，必须乘以一折算系数。折算系数与蒸发器类型、自然环境、受热条件等因素有关。实际工作中，应根据当地实测资料分析。(3)器测法蒸发器蒸发实验站利用蒸发器或蒸发池：直接量出蒸发量是当前最简单和实用的方法WPE0器池EEK蒸发器与大型蒸发池，折算系数K，K小于1水面蒸发在时间和空间上的分布时间上水面蒸发在一年内的变化主要受气温、湿度和风力的影响。冬季气温最低，水面蒸发量小。七、八月份气温最高，蒸发量最大。在一日内的蒸发强度，主要随气温的变化而不同。中午气温最高，蒸发强度最大，从午夜到凌晨气温最低，蒸发强度最小。空间上由于蒸发量的大小与太阳辐射的强弱密切相关，所以在赤道附近，太阳辐射最强，蒸发强度最大，年蒸发量约达1100mm，两极地区，太阳辐射最弱，蒸发量最小，年蒸发量仅102mm左右§3土壤蒸发1土壤蒸发过程毛管断裂含水量(3)田间持水量(2)(1)E/Em第一阶段土含超过田间持水量第二阶段土含介于田间持水量与毛管断裂含水量之间第三阶段土含小于等于毛管断裂含水量①土壤含水量W田：土壤中存在着自由重力水，土层中毛细管上下沟通，供水充分，土壤蒸发只受气象条件的影响。蒸发量大而稳定。②W断WW田：土壤中毛细管的连续状态将逐渐受到破坏，土层内部由毛细管作用上升到表面的水分也将逐渐减少，蒸发量与气象因素和土壤含水量有关。③WW断，这时毛管水不再连续，毛管向土壤表面输送水分的机制遭到破坏，水分只能以膜状水形式或气态水形式向上层土壤表面移动。§3土壤蒸发2土壤蒸发的实验验证土壤含水量大于田间持水量时土壤水分剖面的变化§3土壤蒸发2土壤蒸发的实验验证土壤含水量介于毛管断裂含水量和田间持水量之间时土壤水分剖面的变化§3土壤蒸发2土壤蒸发的实验验证土壤含水量在吸湿量下限和毛管断裂含水量之间时土壤水分剖面的变化§3土壤蒸发3影响土壤蒸发的因素气象因素日照、温度、湿度、风速等土壤特性土壤孔隙性供水条件土壤含水量、地下水位地下水位的影响地下水埋深越大，蒸发率越小。确定土壤蒸发量的方法也有器测法、经验公式法、水量平衡法、热量平衡法等。4土壤蒸发量的确定1.器测法用以测定土壤蒸发量的仪器很多。常用的有苏联ГГИ-500型土壤蒸发器以及大型蒸渗仪。2.经验公式法土壤蒸发经验公式的建立原理与水面蒸发相同，所以其公式的结构亦相似。E±=Ds(es’-ea)式中，E±为土壤蒸发量；Ds为反映气温、湿度、风等外界条件的质量交换系数；es’为土壤表面水汽压，当表土饱和时，es’等于饱和水汽压）；ea为大气水汽压。§4植物散发1、散发现象植物从土壤中吸取水分，然后输送到茎和叶面，大部分水分从叶面和茎逸散到空气中，这就是散发现象。§4植物散发2影响植物散发的因素温度、日照、土壤含水量、植物生理特性§5流域蒸散发流域蒸散发：流域上不同蒸发面（水面、裸土、岩石、植被等）的蒸发和散发总称为流域蒸散发。（一般，流域内水面占的比重不大，所以土壤蒸发和植物散发是流域蒸散发决定性部分。）1流域蒸散发的影响因素影响土壤蒸发和植物散发的因素即是影响流域总蒸发的因素。综合起来，影响因素包括：（1）气象条件（日照、温度、湿度、风速等）；（2）流域内土壤含水量；（3）流域内土壤、植被分布；（4）地形、地貌。§5流域蒸散发1.0(3)(2)(1)E/Emba(1)a，E=Em（注:af)供水充分，蒸散发量大而稳定。(2)ba，E=()Em（注:bm)供水不充分，蒸散发量随的减小而减小。(3)b，E=CEm，C=0.05~0.102流域蒸散发规律§5流域蒸散发3流域蒸散发的计算方法1.0E/EmWbWaWbmabmabaamWWCE)(11,§5流域蒸散发4流域蒸散发能力的计算器蒸发的换算系数。流域蒸散发能力与蒸发—蒸发的换算系数；水面蒸发与蒸发器观测—蒸发的换算系数；流域蒸散发能力与水面—蒸发器蒸发。—水面蒸发；—流域蒸散发能力；—KKKEEEEKEKKEKEwwm§5流域蒸散发5流域蒸散发的空间变化一般而言，随高程增加，流域蒸散发能力会有所减小§5流域蒸散发EU,WU,WUMEL,WL,WLMED,WD,WDM上层(Upperlayer)下层(Lowerlayer)深层(Deeplayer)上土层蒸发量：EU=Em下土层蒸发量：EL=Em.WL/WLM深土层蒸发量：ED=C.Em土壤蒸发量：E=EU+EL+ED(notes:同时刻相加）6流域蒸散发计算（三层蒸发模式）§5流域蒸散发6流域蒸散发计算（三层蒸发模式）。，，时：，）（；，，时：，）（；，，时：，）（；，，时，）（上、下、深层蒸发量；—、、；上、下层土壤含水容量—、上、下层土壤含水量；—、ELEUECEDWLELPWUEUEUECWLEPWUEDEUECELPWUEUWLMCWLEUECEPWUEDWLMWLEUEELPWUEUWLMCWLEPWUEDELEEUEPWUEDELEUWLMWUMWLWUmmmmmmmmmm)()(40)()(30/)(2001§6我国蒸散发分布规律1、我国北方雨量少，温度低，平均年总蒸发量一般在50~500mm之间南方雨量多，温度高，平均年总蒸发量一般在400~900mm之间。（部分地区，如台湾有高达1000mm的）2、受地形影响，不同地区即使年降水量接近相同，而蒸发量都可能不同。在山区，降水不易滞留，迅速形成径流，减少蒸发的机会。而平原地区则相反。3、与地质和土壤因素有关。4、蒸发的时空分布（一）空间分布：赤道大两极小海南、广东：年平均1400mm西北：年平均2000mm高山：700mm平原：700mm（二）时间上的变化特点夏季冬季中午凌晨讨论与思考:1、为什么说有时候土壤也是饱和蒸发面？2、流域总蒸发的规律和土壤蒸发的规律相似，其区别在？3、蒸发量在什么情况下等于蒸发能力？4、影响蒸发的因素有哪些？