Одним из распространенных способов определения испарения с водной поверхности водоемов суши является метод водных испарителей. Основу этого метода составляют данные наблюдений за слоем испарения по специальным приборам, представляющим собой сосуды-испарители.
В настоящее время для стандартных наблюдений на сети гидрометеорологических станций РК при измерении испарения с водной поверхности применяются: испаритель ГГИ-3000 площадью 0,3 м2 и испарительный бассейн площадью 20 м2, а за рубежом – испаритель класса А.
Плавучая испарительная установка с испарительным бассейном площадью 20 м2 представляет собой два спаренных плота треугольной формы. Первый из них – плот-волногаситель, а второй служит для удержания на плаву испарительного бассейна. Размеры плотов, установленных на разных водоемах, различны, но конструктивное исполнение одинаково. Плоты-волногасители – это треугольные деревянные рамы из бревен. Полы плотов дощатые со щелями в 1-2 см, доски подшиваются снизу для гашения энергии ветровых волн. Для гашения волн, переливающихся через волногаситель, предусмотрены волногасители-доски, поставленные на ребро и прибитые к полу. Верхний край досок волногасителей возвышается над уровнем воды на 10-15 см, весь плот-волногаситель устанавливается в полузатопленном состоянии. В соответствии с методикой определения испарения высота бортика испарительного бассейна площадью 20 м2 должна составлять 7,5 см от поверхности воды в испарителе.
Плот-волногаситель устанавливают посреди водоема на якоре, что позволяет плоту перемещаться по окружности и всегда располагаться одной и той же вершиной против ветра и волны. Приборы, установленные на плоту, всегда одинаково ориентированы по отношению к ветру, а испаритель защищен от заливания волнами.
В связи с трудностями изготовления, транспортировки и эксплуатации как плавучих, так и наземных испарительных бассейнов площадью 20 м2 наибольшее распространение получили испарители ГГИ-3000 в качестве приборов для измерения испарения с водной поверхности. Применение этих приборов привело к разработке и внедрению на сети гидрометеорологических станций стандартной методики наблюдений.
В процессе эксплуатации испарителей ГГИ-3000 и испарительных бассейнов площадью 20 м2 выяснилось, что эти приборы имеют ряд существенных недостатков. Основные параметры и недостатки этих приборов приведены ниже.
Испаритель ГГИ-3000 (входит в комплект испаромера ГГИ-3000).
Прибор представляет собой цилиндрическую емкость с коническим основанием; площадь поверхности 3000 см3, диаметр 61,8 см, глубина 60 см у стенки и 68,5 см в центре. Испаритель изготавливается из оцинкованного листового железа № опредения уровня воды в испарителе производится с помощью объемной бюретки с измерительной трубкой. Перерыв между сроками наблюдений 12 часов. Высота бортика над поверхностью воды в испарителе 7,5 см. Плавучий испаритель устанавливается в кормовой части плота-волногасителя.
Недостатки прибора:
- наличие бортика, что вызывает искажение профиля воздушного потока над испарителем;
- влияние смачивания борта испарителя на испарение;
- влияние плота-волногасителя;
- неучет обратной стратификации температуры воды в при поверхностном слое воды в испарителе (эффект «холодной пленки»);
- инерционность прибора;
- отсуствие волнения в испарителе при наличии его на водоеме, что приводит к занижению массоотдачи на 20-30%.
Испарительный бассейн площадью 20 м2
Прибор представляет собой цилиндрический сосуд с плоским основанием из листовой стали толщиной 4-5 мм. Площадь поверхности 20 м2, диаметр 5 м, глубина 2 м. Определение уровня воды в испарителе производится с помощью объемной бюретки с измерительной трубкой. Перерыв между сроками наблюдений 12 часов. Высота бортика над поверхностью воды в испарителе 7,5 см. Испарительный бассейн площадью 20 м2 устанавливается либо на берегу, либо на плаву совместно с плотом-волногасителем.
Недостатки прибора:
- наличие бортика, что вызывает искажение профиля воздушного потока над испарительным бассейном;
- влияние плота-волногасителя;
- неучет эффекта «холодной пленки» при измерении температуры воды;
- инерционность прибора;
- отсуствие волнения в испарителе при наличии его на водоеме, что вызывает занижение массоотдачи на 20-30%;
- трудность изготовления, транспортировки и эксплуатации прибора.
Таким образом, испарители ГГИ-3000 и испарительный бассейн дают существенное искажение при определении слоя испарившейся воды с поверхности водоема.
Наряду с методом водных испарителей находит применение пульсационный метод, позволяющий непосредственно определять теплопотоки, обусловленные конвекцией и испарением на основе измерения пульсаций температуры, влажности и скорости воздушного потока над водоемом. Пульсационный метод требует использования комплекса аппаратуры, включающего термоанемометры, электрические датчики температуры и влажности, анализирующие и регистрирующие приборы, а также аппаратуру для раздельного определения составляющих теплоотдачи (балансомер, пирономер), которая имеет большую погрешность измерений.
В связи с отмеченными выше недостатками и сложностью определения испарения с водной поверхности водоемов пульсационным методом и методом водных испарителей предложен прибор для непосредственного определения теплоотдачи испарением. Путем пересчета измеренной величины теплоотдачи можно определить слой испарившейся воды. При разработке прибора учитывалось особенность измерений в условиях водохранилищ-охладителей ТЭС, где водная поверхность отличается большой температурной неоднородностью.
Прибор прост в исполнении, в значительной мере лишен недостатков, упомянутых выше. Апробация прибора выполнена в лабораторных условиях. Он обладает малой инерционностью, более высокой точностью измерений по сравнению с испарителями. Использование прибора в научно-исследовательской работе требует его дальнейшего технического усовершенствования в натурных условиях. Кроме того, необходимо автоматизировать процесс измерений, а также провести сопоставление данных измерений предлагаемым прибором с существующим типовым прибором – испарителем ГГИ-3000.
Выводы
Обобщены и проанализированы данные о работе приборов для измерения испарения. Показана актуальность разработки нового прибора для измерения испарения. Определен перспективный тип прибора и намечены задачи по его усовершенствованию.
Библиографическая ссылка
Атагельдиева Л.Ж., Дюсенбиева А.Х., Омаров Б.Е. РАЗРАБОТКА ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ С ВОДНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-8. – С. 1328-1329;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35393 (дата обращения: 23.11.2024).