Сколько воды испаряется из открытого бассейна за лето: простой расчёт и эксперимент

Физика и география процесса испарения

Испарение с открытой водной поверхности происходит непрерывно, пока окружающий воздух не насытится водяным паром до предела. Молекулы с наибольшей кинетической энергией преодолевают межмолекулярное притяжение в толще жидкости и переходят в газообразное состояние. На этот фазовый переход тратится скрытая теплота испарения, составляющая около 2,45 мегаджоуля на каждый килограмм воды, поэтому испаряющаяся вода попутно охлаждает оставшийся объем.

Интенсивность испарения подчиняется закону Джона Дальтона. Скорость убыли влаги пропорциональна дефициту влажности воздуха и возрастает при усилении ветра. Дефицит влажности выражает разницу между давлением насыщенного пара при температуре воды и фактическим парциальным давлением водяного пара в окружающем воздухе.

• Температура верхнего слоя воды определяет давление насыщающего пара прямо у границы раздела сред, поэтому прогретый на солнце бассейн теряет влагу быстрее холодного.
• Относительная влажность воздуха задает встречный поток конденсации молекул из атмосферы обратно в воду.
• Ветер сдувает пограничный влажный микрослой воздуха толщиной в несколько миллиметров над зеркалом бассейна и заменяет его более сухими воздушными массами.
• Площадь открытого зеркала прямо пропорциональна суммарному объему испарившейся жидкости независимо от глубины чаши.

Как организовать школьный эксперимент за лето

Для учебного проекта по географии или гидрологии достаточно организовать регулярные замеры на реальном дачном или школьном открытом бассейне с 1 июня по 31 августа. Главная методическая задача сводится к разделению естественного испарения, атмосферных осадков и искусственного долива воды.

Уравнение водного баланса бассейна за расчетный интервал времени выглядит предельно просто. Конечное изменение уровня складывается из начального уровня, слоя выпавших дождей, слоя долитой воды за вычетом испарения и случайных потерь на разбрызгивание.

Порядок еженедельных наблюдений

1. Зафиксируйте исходный уровень воды относительно жесткого ориентира на борту бассейна с точностью до миллиметра.
2. В течение недели ведите ежедневный учет осадков по осадкомеру, суммируя выпавшие миллиметры за семь дней.
3. Если бассейн доливали из шланга или водопровода, зафиксируйте показания счетчика или вычислите эквивалентный добавленный слой воды в миллиметрах через площадь чаши.
4. В конце недели замерьте фактический уровень воды у того же ориентира.
5. Вычислите слой испарения за неделю по формуле баланса, сложив начальный уровень с осадками и доливом, а затем отняв конечный уровень.

Пример расчета потерь воды за сезон

Возьмем типовой дачный каркасный бассейн прямоугольной формы размером 3 на 6 метров. Площадь зеркала испарения составляет 18 квадратных метров. Лето длится 92 дня.

Если за это же время в регионе выпало 180 миллиметров осадков в виде дождей, они естественным образом компенсируют часть потерь. Реальный объем долива составит разницу между испарением и осадками. Слой дефицита составит 326 миллиметров, что потребует долива 5,87 кубического метра водопроводной воды для поддержания рабочего уровня.

Климатические различия по регионам России

Показатели испаряемости сильно различаются в зависимости от природной зоны. В гидрологии испаряемостью называют максимально возможное испарение при неограниченном запасе влаги, каковым как раз выступает открытый бассейн.

• В окрестностях Санкт-Петербурга и на Северо-Западе высокая влажность воздуха и частая облачность снижают сезонное испарение до 35–45 сантиметров.
• В Подмосковье и средней полосе России среднее сезонное испарение с водного зеркала колеблется в пределах 50–65 сантиметров.
• В степных районах Волгоградской, Ростовской и Астраханской областей под воздействием суховеев и сильной солнечной радиации испаряется от 90 до 120 сантиметров водного слоя за лето.