水文学原理 第七章蒸发与散发(精品).ppt

第七章第七章 蒸发与散发蒸发与散发Evaporation and Transpiration主主 要要 内内 容容蒸发现象及其控制条件蒸发现象及其控制条件蒸发现象及其控制条件蒸发现象及其控制条件1.水面蒸发水面蒸发水面蒸发水面蒸发2.土壤蒸发土壤蒸发土壤蒸发土壤蒸发3.植物散发植物散发植物散发植物散发4.5.流域蒸散发流域蒸散发流域蒸散发流域蒸散发6.我国蒸散发分布规律我国蒸散发分布规律我国蒸散发分布规律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（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物体表面即蒸发面,向大气逸散的现象。向大气逸散的现象。（一）（一）蒸发的表示方法蒸发的表示方法1、蒸发量、蒸发量在一定时段内水分经蒸发而散布于大气中的水量。在一定时段内水分经蒸发而散布于大气中的水量。以以 mm 计计2、蒸发（能）力、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时的蒸发量，又称为最大可能蒸发量(mm)3、蒸发速度、蒸发速度单位时间内的蒸发量，表示蒸发强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现象及其控制条件蒸发面类型：蒸发面类型：蒸发面类型：蒸发面类型：水面蒸发水面蒸发水面蒸发水面蒸发冰雪蒸发冰雪蒸发冰雪蒸发冰雪蒸发土壤蒸发土壤蒸发土壤蒸发土壤蒸发植物散发植物散发植物散发植物散发流域蒸散发流域蒸散发流域蒸散发流域蒸散发陆面蒸发陆面蒸发陆面蒸发陆面蒸发（二）（二）蒸发的分类蒸发的分类水面蒸发水面蒸发水面蒸发水面蒸发冰雪蒸发冰雪蒸发冰雪蒸发冰雪蒸发（三）控制蒸发的条件（三）控制蒸发的条件（三）控制蒸发的条件（三）控制蒸发的条件供水条件供水条件 蒸发面上储存的水量多少蒸发面上储存的水量多少能量条件能量条件 蒸发面上水分子获得能量的多少蒸发面上水分子获得能量的多少动力条件动力条件 蒸发面上空水汽输送的速度如何蒸发面上空水汽输送的速度如何气象条件气象条件气象条件气象条件2 水面蒸发水面蒸发1 1 水面的蒸发水面的蒸发物理机制物理机制2 2 影响水面蒸发的影响水面蒸发的影响因素影响因素3 3 水面蒸发的水面蒸发的确定方法确定方法4 4 水面蒸发在空间上和时间上分布的特点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的物理机制v水面蒸发水面蒸发-最简单的蒸发方式最简单的蒸发方式-饱和蒸发面饱和蒸发面v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。入空中。v那些动能足够大的水分子，逸出水面那些动能足够大的水分子，逸出水面-蒸发蒸发v一些水分子从空中返回水面，称为一些水分子从空中返回水面，称为-凝结凝结v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 mm 或或 蒸发率蒸发率(mm/d(mm/d、mm/mm/月月 、mm/a)mm/a)（取决于三个条件：蒸发面（取决于三个条件：蒸发面上储存的水分多少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。它们都和气象动力条件。它们都和气象条件有关）条件有关）几个概念几个概念（1 1）蒸发潜热）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，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：可用下式表示：L=2491-2.177 TL=2491-2.177 Ts s (J/g)(J/g)T Ts s-为水面温度（为水面温度（）（2 2）饱和水汽压）饱和水汽压 （es ）空气的总水汽含量达到饱和时，相应的水汽压空气的总水汽含量达到饱和时，相应的水汽压 2 影响因素 太阳辐射：太阳辐射：温度（气温和水温）温度（气温和水温）湿度：饱和水汽压差湿度：饱和水汽压差风风气压气压降水降水 自然地理因素：位置、地形自然地理因素：位置、地形水质：溶质势水质：溶质势水深水深水面情况水面情况面积面积思考题：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水面蒸发的确定方法（1）理论方法）理论方法（2）经验公式法）经验公式法（3）实验观测法）实验观测法热量平衡法热量平衡法-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的概念而建立起来的vRn 为净辐射 (J/min)vHa=Hai-Ha0 入出流热量差(J/min)vHs 为水体储热变量(J/min)vH 水体传导感热损失vHe 蒸发耗热量vHz 水体储热量HaiHa0HeHRsiRrRbHsRn-H-He+Ha=Hz（1）理论方法）理论方法v彭曼公式彭曼公式气温气温-饱和水饱和水汽压关系曲线汽压关系曲线梯度梯度Qn：单位时间、单位面积上的净辐射当量；：单位时间、单位面积上的净辐射当量；Cp：定压比热；：定压比热；P：大气压强；：大气压强；L：蒸发潜热：蒸发潜热彭曼研究了综合考虑太阳辐射、水汽扩散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和空气动力因素的计算水面蒸发的方法（2）经验公式法）经验公式法v道尔顿公式道尔顿公式K-为常数为常数f(u)-风速函数风速函数es -水面温度下的水面温度下的饱和水汽压饱和水汽压e -水面上某一高水面上某一高度度的实际水汽压的实际水汽压20cm口径蒸发器口径蒸发器 80cm口径套盆蒸发器口径套盆蒸发器 E601蒸发器蒸发器 20m2和100m2的大型蒸发池蒸发池 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。条件等因素有关。实际工作中，应根据当地实测资料分析。(3)(3)器测法器测法蒸发器蒸发器蒸发实验站蒸发实验站v利用利用蒸发器蒸发器或或蒸发池蒸发池：直接量出蒸发量：直接量出蒸发量是当前最简单和实用的方法是当前最简单和实用的方法蒸发器与大型蒸发池，折算系数蒸发器与大型蒸发池，折算系数K K，K K小于小于1 1水面蒸发在时间和空间上的分布水面蒸发在时间和空间上的分布v时间上时间上水面蒸发在一年内的变化水面蒸发在一年内的变化主要受气温、湿度和风力主要受气温、湿度和风力的影响。冬季气温最低，的影响。冬季气温最低，水面蒸发量小。七、八月水面蒸发量小。七、八月份气温最高，蒸发量最大。份气温最高，蒸发量最大。在一日内的蒸发强度，主在一日内的蒸发强度，主要随气温的变化而不同。要随气温的变化而不同。中午气温最高，蒸发强度中午气温最高，蒸发强度最大，从午夜到凌晨气温最大，从午夜到凌晨气温最低，蒸发强度最小。最低，蒸发强度最小。空间上空间上 由于蒸发量的大小与太由于蒸发量的大小与太阳辐射的强弱密切相关，阳辐射的强弱密切相关，所以在赤道附近，太阳所以在赤道附近，太阳辐射最强，蒸发强度最辐射最强，蒸发强度最大，年蒸发量约达大，年蒸发量约达1100mm，两极地区，两极地区，太阳辐射最弱，蒸发量太阳辐射最弱，蒸发量最小，年蒸发量仅最小，年蒸发量仅102mm左右左右3 土壤蒸发土壤蒸发1 1 土壤蒸发过程土壤蒸发过程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 第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段 土含超过田间持水量土含超过田间持水量土含超过田间持水量土含超过田间持水量第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段 土含介于田间持水量土含介于田间持水量土含介于田间持水量土含介于田间持水量与毛管断裂含水量之间与毛管断裂含水量之间与毛管断裂含水量之间与毛管断裂含水量之间第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段 土含小于等于毛管断土含小于等于毛管断土含小于等于毛管断土含小于等于毛管断裂含水量裂含水量裂含水量裂含水量土壤含水量土壤含水量WW田田：土壤中存在着自由重力水，土层中毛细管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。发量大而稳定。W W断断WWWW田田：土壤中毛细管的连续状态将逐渐受到破坏，土：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。发量与气象因素和土壤含水量有关。WWW a，E=Em（注（注:a f)供水充分，蒸散发量大而稳定。供水充分，蒸散发量大而稳定。(2)b a，E=()Em（注（注:b m)供水不充分，蒸散发量随供水不充分，蒸散发量随 的减小的减小而减小。而减小。(3)700mm（二）时间上的变化特点 夏季 冬季 中午 凌晨讨论与思考讨论与思考:1、为什么说有时候土壤也是饱和蒸发面？、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、流域总蒸发的规律和土壤蒸发的规律相似，其区别在似，其区别在？3、蒸发量在什么情况下等于蒸发能力？、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？、影响蒸发的因素有哪些？