Тема: Апробация новой формулы для расчета испарения с поверхности водоемов

Испарение с водной поверхности является одним из основных элементов гидрологического цикла. Процесс испарения состоит в том, что часть молекул, обладающая достаточными для преодоления сил молекулярного притяжения (сцепления) скоростями, отрывается от поверхности воды и поступает в атмосферу. Одновременно молекулы водяного пара, находящиеся над испаряющей поверхностью, частично возвращаются в жидкую фазу. Таким образом, наблюдаемое (измеряемое) испарение представляет собой разность открывающихся от водной поверхности и возвращающихся к ней потоков молекул. Если количество молекул, перешедших из воздуха в жидкости, происходит конденсация, т.е. процесс, обратный процессу собственно испарения. Скорость испарения (конденсация) обычно характеризуется толщиной слоя воды, испаряющейся за единицу времени с единицы поверхности.
История исследований испарения с открытой водной поверхности насчитывает не одно столетие. Известно, что простейшие опыты, проведенные английским астрономом Галлеем (1687, 1691, 1694 и 1715 гг.), позволили ему впервые рассчитать и доказать, что испаряющаяся с поверхности океанов вода возвращается обратно на землю в виде дождя в таком количестве, которого достаточно для поддержания стока рек.
Большое значение для развития теплофизики и познания процессов испарения имели труды Г.В. Рихмана, В 1749 г, он выступил на торжественном собрании Петербургской академии наук с речью на тему «О законах испарения воды», текст которой получил полное одобрение М.В. Ломоносова. На основании многочисленных опытов Рихман установил, что испарение воды зависит от разности упругостей холодного и теплого воздуха, от влажности и скорости его движения, от размера испаряющей поверхности, от массы и глубины воды в сосуде. Он также показал, сто испарение всегда сопровождается понижением температуры.
После установления Д. Дальтоном (1802 г.) обобщенной теории упругости водяного пара появилась надежная основа для определения испарения с поверхности воды в природных условиях. Дальтон экспериментальным путем установил, что скорость испарения пропорциональна разности упругости насыщенного водяного пара и фактической упругости водяных паров в воздухе. В математической форме закон испарения, установленный Дальтоном, имел такое написание:
E=C(e0-e)
где Е — скорость испарения;
C — эмпирический коэффициент, зависящий от неучтенных факторов; которые влияют на скорость испарения;
е0— упругость насыщенного водяного пара; ГПа
e — фактическая упругость пара в воздухе. ГПа
Фундаментальные положения одного из важнейших явлений гидрологического цикла испарение воды, установленные Рихманом и Дальтоном, и до настоящего времени сохраняют свое значение.
Данные по испарению с водной поверхности имеют важное значение для различных аспектов научной и производственной деятельности человека. Если испарение с океанов и окраинных морей представляет наибольший интерес с точки зрения познания общего круговорота воды в природе и глобальных тепловых взаимодействий, то сведения об испарении с поверхности внутренних водоемов необходимы. В первую очередь для решения практических (хозяйственных) задач. Связанных с планированием, водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, транспортных артерий, мелиоративных систем и т.п. 
Непосредственное измерение испарения с больших площадей водной поверхности в природных условиях пока что осуществить невозможно. В настоящие время для оценки испарения используются косвенные методы, основанные на применении уравнений водного и теплового балансов или турбулентной диффузии водяного пара в атмосфере. Наиболее широкое применение на практике нашли методы расчета испарения по эмпирическим и полуэмпирическим формулам, основанным на использовании доступных гидрометеорологических данных.
Целью и задачей настоящей выпускной квалификационной работы является сравнение результатов расчета испарения с водоемов за безледоставный период по формуле ГГИ и новой формуле, предложенной на кафедре инженерной гидрологии РГГМУ.

Купить

В результате исследования, проведенных на кафедре инженерной гидрологии РГГМУ, была предложена формула для расчета среднего многолетнего испарения с водоемов суши в целом за безледоставный период. В данной работе была предпринята попытка использовать эту формулу для расчета испарения за безледоставный период конкретных лет.
Цели и задачи настоящей выпускной квалификационной работы выполнены полностью. Во-первых, дан анализ существующих методик расчета испарения с водной поверхности.
Предметом исследования являлись водные объекты, расположенных в различных географических зонах России с большим разнообразием климатических условий. Во-вторых, собраны исходные данные для 20-ти водоемов (озера и водохранилища) за 7-милетний период с 1962 по 1968 гг.
Предложена новая формула для расчета испарения с водной поверхности. Апробирована эмпирическая формула для расчета среднего многолетнего испарения за весь безледоставный период с поверхности водоемов расположенных на равнине, для отдельных лет на выбранных водоемах.
В-третьих, выполнено сравнение результатов расчета испарения с водоемов за безледоставный период по формуле ГГИ и новой формуле, предложенной на кафедре инженерной гидрологии РГГМУ А.Н. Постниковым. Средние значения, рассчитанных по обеим формулам практически совпадают, как отдельно для озер и водохранилищ, так и по общей совокупности рассчитанных значений испарения.
В-четвертых, погрешность по сравнению с формулой ГГИ составляет 12,5%, причем 95 % расчетов соответствует погрешность менее 15%.
Окончательным выводом является то, что формула (7) может быть использована для приближенных оценок испарения с водоемов за весь безледоставный период для каждого рассматриваемого года отдельно.

Купить