Развитие в СССР крупного гидротехнического и мелиоративного строительства стимулировало разработку эмпирических формул для расчета слоя испарившейся воды. В настоящее время таких формул разработано большое число, но почти все они имеют структуру, предложенную еще Дальтоном(1802 г.):
где ε-коэффициент, зависящий от скорости ветра. Большое число формул такого типа связано в основном с предложениям и по определению ветрового коэффициента ε. В настоящее время наибольшей известностью пользуются формулы В.К. Давыдова, Б.Д. Зайкова, А.П. Браславского и З.А. Викулиной, А.П. Браславского и С.Н. Нургалиева.
Проверка точности различных формул по оценке испарения с водной поверхности, проведенная в Государственном гидрологическом институте Б.И. Кузнецовым, В.С. Голубевым и Т.Г. Федоровой, показала, что наиболее оптимальной является формула:
Где u2 — скорость ветра на высоте 2 м над поверхностью воды;
Е — слой испарившейся воды, мм/сут.;
e и е2 — давление насыщенного водяного пара и парциальное давление водяного пара, гПа.
Эта формула рекомендуется Указаниями для расчета испарения с поверхности водоемов в условиях равновесной стратификации атмосферы в приводном слое т. е. когда разность значений температуры воды и воз когда разность значе-духа не превышает 4 С. При наличии неравновесных условий в приводном слое в рассчитывать испарение по воздуха необходимо 330 формуле В.А. Рымши и Р.В. Донченко либо по формуле А.П. Браславского и С.Н. Нургалиева.
Значения испарения, вычисленные по формулам различных авторов при штилевой обстановке, значительно различаются. Это объясняется тем, что при скоростях ветра до 2 м/с, и особенно при штиле, на рассматриваемый процесс существенное влияние оказывает вертикальный конвективный воздухообмен над испаряющей поверхностью. Чем больше разность температуры испаряющей поверхности и воздуха, тем интенсивнее протекает воздухообмен, а следовательно, и более интенсивно осуществляется отвод паров от водной поверхности в вышерасположенные слои атмосферы.
Учет влияния неустойчивости атмосферы над водной поверхностью на испарение впервые был осуществлен в 1936 г. в ледо-термической лаборатории ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева Б.В. Проскуряковым, затем в работе М.И. Будыко «Испарение в естественных условиях» (1948 г.), а в натурных условиях при изучении теплопотерь с полыньи В.А. Рымшей и Р.В. Донченко (1958 г.), при изучении испарения с водоемов А.П. Браславским и С.Н.Нургалиевым (1966 г.), Л.Г. Шуляковским (1969 г.), а также теоретическим путем А.Р. Константиновым (1968 г.). Дальнейшие исследования показали, что интенсивность испарения прямо пропорциональна разности температуры воды и воздуха не только в штилевых условиях, но и при слабом ветре. Поэтому появился ряд формул уточненных введением еще одного слагаемого, зависящего от разности температуры испаряющей поверхности воды и воздуха на высоте 2 м. Введением этой характеристики учитывается скорость отвода водяных паров от испаряющей поверхности в атмосферу. Эти формулы имеют следующий вид:
1) В.А. Рымши и Р.В. Донченко:
где k1= f1 (Δθ) – коэффициент, зависящий от разности температуры поверхности воды и воздуха на высоте 2 м (tп-θ2), заданный в табличной форме .Эта формула рекомендуется для расчета испарения с незамерзающих водоемов;
2) Л.Г. Шуляковского:
3) А.Р. Константинова:
4) А.П. Браславского и С.Н. Нургалиева:
где k2=f2(Δθ)- функция, зависящая от разности температуры поверхности воды и воздуха на высоте 2 м (tп-t2), определяется по специальной таблице.
Последняя формула в настоящее время включена в рекомендации по термическому расчету водохранилищ.
Примером эмпирической формулы другого типа, чем приведенные выше, является формула Н. Н. Иванова:
где Е — слой испарившейся воды, мм/мес;
θ2 и r2 —средние месячные температура и относительная влажность воздуха.
Эта формула дает менее точные значения испарения, так как относительная влажность отражает дефицит насыщения на высоте 2 м над поверхностью воды, а не дефицит насыщения, вычисленный как разность между давлением насыщенного водяного пара при температуре испаряющей поверхности и парциальным давлением водяного пара в воздухе на высоте 2м. Поэтому эта формула может быть применена только в приближенных расчетах.
Чтобы рассчитать испарение по приведенным выше формулам, необходимо знать температуру, влажность воздуха и скорость ветра, измеренные непосредственно над поверхностью водоема. Таких наблюдений, за редким исключением, не имеется. Поэтому для расчета испарения по приведенным формулам используют данные о состоянии воздушной массы, полученные на континентальных метеостанциях, но с учетом её трансформации при переходе с суши на водную поверхность. Эти вопросы подробно исследованы в работах М.П. Тимофеева, А.Р. Константинова, А.П. Браславского и 3.А. Викулиной и др. ученых. Чтобы использовать данные континентальных метеостанций, их корректируют введением коэффициентов:
1)скорость ветра водоема w2 корректируется введением сразу трехкоэффициентов, т.е.
где k1, k2, k3 – коэффициенты, учитывающие соответственно степень защищенности метеорологической станции на суше, характер рельефа в пункте наблюдений и среднюю длину разгона воздушного потока над водной поверхностью водоема; uф– скорость ветра на высоте флюгера;
2) парциальное давление водяного пара на высоте 2 м над поверхностью водоема рассчитывается следующим образом:
где е’2 – парциальное давление водяного пара, измеренное на высоте 2 м на континентальной метеостанции; е – давление насыщенного водяного пара, определенное по температуре поверхности воды; М -коэффициент трансформации, учитывающий изменение влажности и температуры воздуха в зависимости от размера водоема;
3) температура воздуха на высоте 2 м над поверхностью водоема уточняется аналогично парциальному давлению водяного пара:
где θ’2 – температура воздуха на высоте 2 м на континентальной метеостанции, tп – температура поверхности воды;
4) температура поверхности воды назначается на основе натурных наблюдений за предыдущие годы на данном водоеме, водоеме-аналоге или рассчитывается с использованием метода теплового баланса.
Испарение воды с поверхности искусственного водоёма: Теория.
Испарение воды с поверхности искусственного водоёма: Практика.
Пример расчета потерь воды на испарение
Т,°С
Е1, Па
Т,°С
Е1, Па
Т,°С
Е1, Па
Т,°С
Е1, Па
1) экспериментальное определение коэффициента диффузии водяного пара /гЛВп в надводном слое атмосферы по теоретической формуле испарения Дальтона: 
максимальное давление водяного пара при температуре испаряющей поверхности, выражается в мбар (или гП) и изменяется в зависимости от температуры поверхности воды от 6 мбар при Т = 0° С до 75 мбар при 40° С (см. Психрометрические таблицы).
Это значение поглощающей способности воздуха по отношению к водяному пару: чем выше температура, тем большее количество водяного пара может им поглотиться; е2оо – влажность воздуха, в мбар, на высоте 2 м над поверхностью воды.
2) определение испарения с помощью испарителей, в отличие от диффузионного, позволяет ежесуточно измерять величину испарения воды.
Наиболее распространен в сети Росгидрометслужбы испаритель ГГИ- 3000. Его устанавливают на берегу, на плотине гидроузла, а лучше – на заякоренном плоту так, чтобы сосуд прибора был частично погружён в водоём.
В этом варианте установки прибора вода в нём имеет температуру, близкую к температуре верхнего слоя водного объекта. Дважды в сутки с точностью до 1мм в сосуде измеряется уровень воды, а в расположенном рядом осад- комере – слой осадков, выпавших между сроками наблюдений. По разности измеренных величин определяют слой испарения воды за светлую и темную половину суток и, суммируя, – за сутки в целом. Одновременно ведутся стандартные метеорологические и водомерные наблюдения.
Однако из-за влияния стенок сосуда, возвышающихся над водной поверхностью, небольшой испаритель ГГИ-3000 несколько завышает интенсивность испарения. Поэтому в полученные по нему данные рекомендуется вводить редукционную поправку которая получена путём синхронных наблюдений за испарением с испарителя ГГИ-3000 (площадь водной поверхности в нём 3000 см 2 ) и с испарительного бассейна-эталона в 20 м
(его площадь в 67 раз больше). Для условий лесной зоны значение Rz = z2o/zrrH-30oo = 0,9, для зоны пустыни этот коэффициент снижается до 0,75;
3) наиболее широко распространённым в нашей стране методом расчёта испарения с водной поверхности с середины XX века стала эмпирическая формула ГГИ. Она получена с использованием статистически значимой связи между среднесуточной интенсивностью испарения воды z мм в месяц в испарителях с синхронно наблюдавшимися определяющими её гидрометеорологическими факторами: температурой поверхности воды Го, от которой зависит максимальная насыщенность воздуха паром е в приводном слое воздуха (см. Психрометрические таблицы), и скоростью ветра:
В этой формуле t— число суток в месяце, (ео-е2оо)- средний вертикальный градиент насыщенности воздуха водяным паром, в мбар, t/200 – среднемесячная скорость ветра на высоте 2 м над водой, в м/с.
При штиле и слабом ветре в приводном слое воздуха возникает стратификация, если его температура отличается от температуры воды. Этот фактор учитывается в формуле Браславского-Нургалиева 1 :
При Г> Тш воздух от воды нагревается, в приводном слое возникает конвекция, которая, наряду с увеличением поглощающей способности воздуха по отношению к водяному пару, усиливает его диффузию.
Поэтому величины /(АТ) положительны (см. табл. 8.4 Практикум. 2004). При Г 1 .
С высотой местности давление атмосферы уменьшается, поэтому процесс испарения интенсифицируется. По данным наблюдений в Заилийском Алатау, разработана формула Мочалова-Лаптева:
где Н – высота водной поверхности водоема над уровнем моря, в км.
Браславский А. П. Исследования и расчеты гидрологического режима озер и водохранилищ. – Алма-Ата, 1966. – 255 с.
При расчёте испарения по этим эмпирическим формулам с использованием данных метеорологических станций на побережье следует вводить поправочные коэффициенты, учитывающие изменение скорости ветра, влажности и температуры воздуха в различных ландшафтных условиях при переходе воздушной массы с суши на водоём различного размера и глубины. Таблицы со значениями этих коэффициентов опубликованы в руководстве «Указания по расчету испарения с поверхности водоемов» (1969) и книгах (Викулина, 1979, Мишон, 1996).
При расчёте водного баланса в проектах малых водоёмов для территорий, где нет метеорологических станций, допустимо использовать мелкомасштабные карты изолиний испарения с водной поверхности на территории России, построенных для средних за многолетний период погодных условий каждого месяца и года в целом (Вуглинский, 1991).