Transcript Εξατμισοδιαπνοή
Slide 1
Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 3
Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής
Μέτρηση Απορροής
Εμμ. Ανδρεαδάκης
1
Slide 2
2
Slide 3
P=E+R+I
P
E
I
R
3
Slide 4
Εξατμ(ισ)οδιαπνοή - Evapotranspiration
•
Εξατμισοδιαπνοή: η επιστροφή του
νερού στην ατμόσφαιρα
•
Εξατμισοδιαπνοή = Εξάτμιση + Διαπνοή
– Εξάτμιση: μετάβαση του νερού από την
υγρή στην αέρια φάση
• Συμβαίνει όταν το νερό που μεταβαίνει από
την υγρή στην αέρια φάση είναι
περισσότερο από αυτό που μεταβαίνει από
την αέρια στην υγρή.
• Συμβαίνει σε ελεύθερες υδάτινες επιφάνειες
και στην επιφάνεια του εδάφους
– Διαπνοή: η απόδοση υδρατμών στην
ατμόσφαιρα από το μεταβολισμό των
φυτών
4
Slide 5
Εξατμισοδιαπνοή (παγκοσμίως)
Mu et al., 2007: Remote sensing of environment
5
Slide 6
Εξατμισοδιαπνοή
•
Εξάτμιση (παράγοντες):
– Θερμοκρασία νερού
– Θερμοκρασία/υγρασία αέρα
– Άνεμος
– Πίεση υδρατμών
– Ποσότητα δ/νων αλάτων
– Βάθος επιφ. Υδροφόρου
– Δομή και σύσταση του εδάφους –
υδρ. Αγωγιμότητα
– Βροχοπτώσεις
•
Διαπνοή (παράγοντες):
– Είδος, μέγεθος, στάδιο ανάπτυξης
φυτών
– Υγρασία υπεδάφους
– Εποχή του έτους
– Καιρικές συνθήκες
6
Slide 7
Πραγματική και Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή
• Εξατμισοδιαπνοή:
– Η συνδυασμένη απώλεια νερού από το έδαφος και το
υπέδαφος, που οφείλεται στην εξάτμιση και στη
διαπνοή.
• Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή:
– Η ποσότητα νερού που μπορεί να χαθεί από την
επιφάνεια του εδάφους με τις διεργασίες της εξάτμισης
και της διαπνοής, εάν στο υπέδαφος υπάρχει
επάρκεια νερού για την κάλυψη της ζήτησης.
• Η πραγματική εξατμισοδιαπνοή είναι μικρότερη,
ή, το πολύ, ίση με τη δυνητική.
7
Slide 8
Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής
• Υπολογισμός Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής
– Blaney & Cribble
– Thornthwaite
– Penman
– Van Bavel
8
Slide 9
Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής
• Υπολογισμός Πραγματικής Εξατμισοδιαπνοής
• Εμπειρικές κλιματολογικές μέθοδοι
– Εξισώσεις με βάση τη βροχόπτωση (ή) και θερμικούς
δείκτες
• Μέθοδος Turc
• Μέθοδος Coutagne
• Μέθοδος Burdon - Papakis
9
Slide 10
Μέθοδος Turc
• Εξαρτάται από:
– Βροχοπτώσεις
– Θερμοκρασία
• Προϋποθέσεις:
– Στην περιοχή να έχουμε:
• Υψηλές βροχοπτώσεις
• Χαμηλές θερμοκρασίες (Τ<14οC
– Να μην υπάρχουν ανθρακικοί σχηματισμοί στη λεκάνη
• Ετήσια Πραγματική Εξατμισοδιαπνοή (mm)
10
Slide 11
Μέθοδος Turc
• Τύπος του Turc:
E
P
0 .9
P
2
L
2
• P: Μέσο ετήσιο ύψος βροχής σε mm
L 300 25 T 0 . 05 T
3
• T: Μέση ετήσια θερμοκρασία σε oC
11
Slide 12
Μέθοδος Turc
• Αν Τ>14οC, τότε στον υπολογισμό του L,
χρησιμοποιούμε τη διορθωμένη θερμοκρασία:
T
P T
P
i
i
i
• Pi: Μέσα μηνιαία ύψη βροχής
• Τi: Μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες
12
Slide 13
Μέθοδος Coutagne
• Εξαρτάται από:
– Βροχοπτώσεις
– Θερμοκρασία
• Τύπος του Coutagne: E P P
2
• P: Ύψος βροχής ΣΕ ΜΕΤΡΑ (m)
• Τ: Μέση ετήσια θερμοκρασία
• Προϋπόθεση:
1
8
P
1
0 ,8 0 ,14
1
13
Slide 14
Μέθοδος Burdon - Papakis
• Εξαρτάται από:
– Μέσα μηνιαία κατακρημνίσματα
• Προϋποθέσεις:
– Εφαρμόζεται μόνο σε ανθρακικά πετρώματα
• Δύο περιπτώσεις:
– P>1000 mm
– P<1000 mm
• P: Μέσο ετήσιο ύψος βροχής
14
Slide 15
Μέθοδος Burdon - Papakis
• P>1000 mm
– Τότε:
E 500 PA O
• 250 mm
E 0 . 5 PN M PA O
• P: Μέσα ετήσια κατακρημνίσματα
• PA-O: Άθροισμα μέσων μηνιαίων κατακρημνισμάτων από
Απρίλιο έως Οκτώβριο
• PN-M: Άθροισμα μέσων μηνιαίων κατακρημνισμάτων από
Νοέμβριο έως Μάρτιο
15
Slide 16
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
• Απορροή:
– Το τμήμα του νερού των κατακρημνισμάτων που πέφτει στην επιφάνεια
του εδάφους και δεν εξατμίζεται, ούτε κατεισδύει, αλλά κυλάει
επιφανειακά και οδηγείται προς τα υδρορεύματα (χείμαρροι, ποτάμια)
και τελικά προς τη θάλασσα.
• Περιλαμβάνει:
– Το νερό που πέφτει απευθείας στα υδρορεύματα
– Το νερό που απορρέει επιφανειακά στην επιφάνεια του εδάφους και
καταλήγει στα υδρορεύματα
– Την υποδερμική ροή (στα ανώτερα τμήματα του εδάφους)
– Την τροφοδοσία των υδρορευμάτων από πηγές.
16
Slide 17
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
17
Slide 18
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
•
Η απορροή εξαρτάται από:
– Τη διαπερατότητα των
σχηματισμών της λεκάνης
– Την ένταση των βροχοπτώσεων
– Τη διάρκεια και την κατανομή των
βροχοπτώσεων στη λεκάνη
– Τη βλάστηση (κατακράτηση νερού)
– Την κλίση της μορφολογίας
– Το μέγεθος της λεκάνης
– Τη γεωμετρία του υδρογραφικού
δικτύου
– Το βάθος της ελεύθερης
επιφάνειας του υπόγειου νερού
– Τις ανθρώπινες παρεμβάσεις (π.χ.
αστικοποίηση, υδραυλικά έργα)
18
Slide 19
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
19
Slide 20
Άσκηση 3β – Παροχή υδρορεύματος
Σ
Παροχή (m3/sec)
Ο
0,091
Ν
0,018
Δ
0,164
Ι
0,218
Φ
0,24
Μ
0,258
0,182
Α
0,105
Μ
0,065
Ι
0,008
Ι
0,003
Α
0,002
Υδρογράφημα ποταμού
0,3
Vετ=VΣ+VΟ+…+VΑ
Παροχή (m3/sec)
0,25
0,2
VΣ=QΣ*60*60*24*30
0,15
0,1
0,05
0
Σ
Ο
Ν
Δ
Ι
Φ
Μ
Α
Μ
Ι
Ι
Α
Μήνας
20
Slide 21
Άσκηση 3β – Παροχή υδρορεύματος
Σ
Παροχή (m3/sec)
Μηνιαίος Όγκος
Ο
Ν
Δ
Ι
Φ
Μ
Α
Μ
0,091
0,018
0,164
0,218
0,24
0,258
0,182
0,105
0,065
0,008
0,003
0,002
235872
48211,2
425088
583891,2
642816
624153,6
487468,8
272160
174096
20736
8035,2
5356,8
VΣ=QΣ*60*60*24*30
Ι
Ι
Α
VΦ=QΦ*60*60*24*28
Vετ=VΣ+VΟ+…+VΑ
Υδρογράφημα ποταμού
700000
600000
Όγκος (m3)
500000
400000
300000
200000
100000
0
Σ
Ο
Ν
Δ
Ι
Φ
Μ
Α
Μ
Ι
Ι
Α
Μήνας
21
Slide 22
Παροχή υδρορεύματος
• Η μέτρηση της παροχής υδρορεύματος γίνεται με:
– Μέτρηση της ταχύτητας του νερού και της διατομής στη θέση μέτρησης
Q v A
– Με μόνιμες κατασκευές μέτρησης παροχών
• Κατασκευή αναχωμάτων ώστε το νερό να περάσει από συγκεκριμένη
διαστασιολογημένη διατομή στον υπερχειλιστή
– Με τη χρήση διαλυμάτων
• Ρίψη ευδιάλυτων χημικών ουσιών σε μια θέση
• Μέτρηση της συγκέντρωσης της ουσίας σε απόσταση που να έχει διαλυθεί
πλήρως
– Με την εξίσωση Manning για την ταχύτητα
• Σημαντικό ρόλο παίζει
– η γεωμετρία του υδρορεύματος και
– ο τύπος της κοίτης
v
1
2
R
3
1
S
2
n
– Με εμπειρικούς τύπους
22
Slide 23
Άσκηση 3α – Παροχή υδρορεύματος
23
Slide 24
Άσκηση 3α – Παροχή υδρορεύματος
B
B
Ai
d i
2
2
Q i v i Ai
Q
0
Q
10
vi
v 0 .2 d v 0 .8 d
2
i
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0,000,00
0,50
65
70
0,00
0,65
0,90
0,95
1,35
1,00
1,75
1,80
1,90
2,20
2,30
1,50
3,00
2,00
2,50
3,00
3,50
24
Slide 25
Άσκηση 3α – Παροχή υδρορεύματος
25
Εργαστήριο Υδρογεωλογίας - ΑΣΚΗΣΗ 3
Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής
Μέτρηση Απορροής
Εμμ. Ανδρεαδάκης
1
Slide 2
2
Slide 3
P=E+R+I
P
E
I
R
3
Slide 4
Εξατμ(ισ)οδιαπνοή - Evapotranspiration
•
Εξατμισοδιαπνοή: η επιστροφή του
νερού στην ατμόσφαιρα
•
Εξατμισοδιαπνοή = Εξάτμιση + Διαπνοή
– Εξάτμιση: μετάβαση του νερού από την
υγρή στην αέρια φάση
• Συμβαίνει όταν το νερό που μεταβαίνει από
την υγρή στην αέρια φάση είναι
περισσότερο από αυτό που μεταβαίνει από
την αέρια στην υγρή.
• Συμβαίνει σε ελεύθερες υδάτινες επιφάνειες
και στην επιφάνεια του εδάφους
– Διαπνοή: η απόδοση υδρατμών στην
ατμόσφαιρα από το μεταβολισμό των
φυτών
4
Slide 5
Εξατμισοδιαπνοή (παγκοσμίως)
Mu et al., 2007: Remote sensing of environment
5
Slide 6
Εξατμισοδιαπνοή
•
Εξάτμιση (παράγοντες):
– Θερμοκρασία νερού
– Θερμοκρασία/υγρασία αέρα
– Άνεμος
– Πίεση υδρατμών
– Ποσότητα δ/νων αλάτων
– Βάθος επιφ. Υδροφόρου
– Δομή και σύσταση του εδάφους –
υδρ. Αγωγιμότητα
– Βροχοπτώσεις
•
Διαπνοή (παράγοντες):
– Είδος, μέγεθος, στάδιο ανάπτυξης
φυτών
– Υγρασία υπεδάφους
– Εποχή του έτους
– Καιρικές συνθήκες
6
Slide 7
Πραγματική και Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή
• Εξατμισοδιαπνοή:
– Η συνδυασμένη απώλεια νερού από το έδαφος και το
υπέδαφος, που οφείλεται στην εξάτμιση και στη
διαπνοή.
• Δυνητική Εξατμισοδιαπνοή:
– Η ποσότητα νερού που μπορεί να χαθεί από την
επιφάνεια του εδάφους με τις διεργασίες της εξάτμισης
και της διαπνοής, εάν στο υπέδαφος υπάρχει
επάρκεια νερού για την κάλυψη της ζήτησης.
• Η πραγματική εξατμισοδιαπνοή είναι μικρότερη,
ή, το πολύ, ίση με τη δυνητική.
7
Slide 8
Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής
• Υπολογισμός Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής
– Blaney & Cribble
– Thornthwaite
– Penman
– Van Bavel
8
Slide 9
Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής
• Υπολογισμός Πραγματικής Εξατμισοδιαπνοής
• Εμπειρικές κλιματολογικές μέθοδοι
– Εξισώσεις με βάση τη βροχόπτωση (ή) και θερμικούς
δείκτες
• Μέθοδος Turc
• Μέθοδος Coutagne
• Μέθοδος Burdon - Papakis
9
Slide 10
Μέθοδος Turc
• Εξαρτάται από:
– Βροχοπτώσεις
– Θερμοκρασία
• Προϋποθέσεις:
– Στην περιοχή να έχουμε:
• Υψηλές βροχοπτώσεις
• Χαμηλές θερμοκρασίες (Τ<14οC
– Να μην υπάρχουν ανθρακικοί σχηματισμοί στη λεκάνη
• Ετήσια Πραγματική Εξατμισοδιαπνοή (mm)
10
Slide 11
Μέθοδος Turc
• Τύπος του Turc:
E
P
0 .9
P
2
L
2
• P: Μέσο ετήσιο ύψος βροχής σε mm
L 300 25 T 0 . 05 T
3
• T: Μέση ετήσια θερμοκρασία σε oC
11
Slide 12
Μέθοδος Turc
• Αν Τ>14οC, τότε στον υπολογισμό του L,
χρησιμοποιούμε τη διορθωμένη θερμοκρασία:
T
P T
P
i
i
i
• Pi: Μέσα μηνιαία ύψη βροχής
• Τi: Μέσες μηνιαίες θερμοκρασίες
12
Slide 13
Μέθοδος Coutagne
• Εξαρτάται από:
– Βροχοπτώσεις
– Θερμοκρασία
• Τύπος του Coutagne: E P P
2
• P: Ύψος βροχής ΣΕ ΜΕΤΡΑ (m)
• Τ: Μέση ετήσια θερμοκρασία
• Προϋπόθεση:
1
8
P
1
0 ,8 0 ,14
1
13
Slide 14
Μέθοδος Burdon - Papakis
• Εξαρτάται από:
– Μέσα μηνιαία κατακρημνίσματα
• Προϋποθέσεις:
– Εφαρμόζεται μόνο σε ανθρακικά πετρώματα
• Δύο περιπτώσεις:
– P>1000 mm
– P<1000 mm
• P: Μέσο ετήσιο ύψος βροχής
14
Slide 15
Μέθοδος Burdon - Papakis
• P>1000 mm
– Τότε:
E 500 PA O
• 250 mm
E 0 . 5 PN M PA O
• P: Μέσα ετήσια κατακρημνίσματα
• PA-O: Άθροισμα μέσων μηνιαίων κατακρημνισμάτων από
Απρίλιο έως Οκτώβριο
• PN-M: Άθροισμα μέσων μηνιαίων κατακρημνισμάτων από
Νοέμβριο έως Μάρτιο
15
Slide 16
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
• Απορροή:
– Το τμήμα του νερού των κατακρημνισμάτων που πέφτει στην επιφάνεια
του εδάφους και δεν εξατμίζεται, ούτε κατεισδύει, αλλά κυλάει
επιφανειακά και οδηγείται προς τα υδρορεύματα (χείμαρροι, ποτάμια)
και τελικά προς τη θάλασσα.
• Περιλαμβάνει:
– Το νερό που πέφτει απευθείας στα υδρορεύματα
– Το νερό που απορρέει επιφανειακά στην επιφάνεια του εδάφους και
καταλήγει στα υδρορεύματα
– Την υποδερμική ροή (στα ανώτερα τμήματα του εδάφους)
– Την τροφοδοσία των υδρορευμάτων από πηγές.
16
Slide 17
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
17
Slide 18
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
•
Η απορροή εξαρτάται από:
– Τη διαπερατότητα των
σχηματισμών της λεκάνης
– Την ένταση των βροχοπτώσεων
– Τη διάρκεια και την κατανομή των
βροχοπτώσεων στη λεκάνη
– Τη βλάστηση (κατακράτηση νερού)
– Την κλίση της μορφολογίας
– Το μέγεθος της λεκάνης
– Τη γεωμετρία του υδρογραφικού
δικτύου
– Το βάθος της ελεύθερης
επιφάνειας του υπόγειου νερού
– Τις ανθρώπινες παρεμβάσεις (π.χ.
αστικοποίηση, υδραυλικά έργα)
18
Slide 19
Επιφανειακή Απορροή - Runoff
19
Slide 20
Άσκηση 3β – Παροχή υδρορεύματος
Σ
Παροχή (m3/sec)
Ο
0,091
Ν
0,018
Δ
0,164
Ι
0,218
Φ
0,24
Μ
0,258
0,182
Α
0,105
Μ
0,065
Ι
0,008
Ι
0,003
Α
0,002
Υδρογράφημα ποταμού
0,3
Vετ=VΣ+VΟ+…+VΑ
Παροχή (m3/sec)
0,25
0,2
VΣ=QΣ*60*60*24*30
0,15
0,1
0,05
0
Σ
Ο
Ν
Δ
Ι
Φ
Μ
Α
Μ
Ι
Ι
Α
Μήνας
20
Slide 21
Άσκηση 3β – Παροχή υδρορεύματος
Σ
Παροχή (m3/sec)
Μηνιαίος Όγκος
Ο
Ν
Δ
Ι
Φ
Μ
Α
Μ
0,091
0,018
0,164
0,218
0,24
0,258
0,182
0,105
0,065
0,008
0,003
0,002
235872
48211,2
425088
583891,2
642816
624153,6
487468,8
272160
174096
20736
8035,2
5356,8
VΣ=QΣ*60*60*24*30
Ι
Ι
Α
VΦ=QΦ*60*60*24*28
Vετ=VΣ+VΟ+…+VΑ
Υδρογράφημα ποταμού
700000
600000
Όγκος (m3)
500000
400000
300000
200000
100000
0
Σ
Ο
Ν
Δ
Ι
Φ
Μ
Α
Μ
Ι
Ι
Α
Μήνας
21
Slide 22
Παροχή υδρορεύματος
• Η μέτρηση της παροχής υδρορεύματος γίνεται με:
– Μέτρηση της ταχύτητας του νερού και της διατομής στη θέση μέτρησης
Q v A
– Με μόνιμες κατασκευές μέτρησης παροχών
• Κατασκευή αναχωμάτων ώστε το νερό να περάσει από συγκεκριμένη
διαστασιολογημένη διατομή στον υπερχειλιστή
– Με τη χρήση διαλυμάτων
• Ρίψη ευδιάλυτων χημικών ουσιών σε μια θέση
• Μέτρηση της συγκέντρωσης της ουσίας σε απόσταση που να έχει διαλυθεί
πλήρως
– Με την εξίσωση Manning για την ταχύτητα
• Σημαντικό ρόλο παίζει
– η γεωμετρία του υδρορεύματος και
– ο τύπος της κοίτης
v
1
2
R
3
1
S
2
n
– Με εμπειρικούς τύπους
22
Slide 23
Άσκηση 3α – Παροχή υδρορεύματος
23
Slide 24
Άσκηση 3α – Παροχή υδρορεύματος
B
B
Ai
d i
2
2
Q i v i Ai
Q
0
Q
10
vi
v 0 .2 d v 0 .8 d
2
i
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
0,000,00
0,50
65
70
0,00
0,65
0,90
0,95
1,35
1,00
1,75
1,80
1,90
2,20
2,30
1,50
3,00
2,00
2,50
3,00
3,50
24
Slide 25
Άσκηση 3α – Παροχή υδρορεύματος
25