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Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Die Verdunstung freier Wasserflächen – Grundlagen

Methoden der

Methoden der Verdunstungsbestimmung 32 ___________________________________________________________________________ werden als "Oaseneffekt" bezeichnet. In gleicher Weise wirkt sich die veränderte Windexposition der Evaporimeter aus. Bei Aufstellung am Seeufer oder auf einer Plattform befinden sich die Geräte einige Dezimeter bis wenige Meter über dem Wasserspiegel. Der Austausch der Luft, sowohl im Bereich der laminaren Grenzschicht als auch darüber, wird durch die im Mittel höheren Windintensitäten gefördert, die Verdunstung steigt. Das Problem der Überhitzung des Wasserkörpers im Messgerät wurde bereits dargestellt. Die täglichen Schwankungen der Wassertemperatur im Verdunstungskessel sind im Vergleich zu einer freien Wasserfläche erheblich größer, insbesondere dann, wenn die Geräte isoliert auf dem Boden aufgestellt werden oder aber in diesen eingelassen sind. Dem entsprechen die Unterschiede im Tagesgang der Verdunstung eines Evaporimeters im Vergleich zu einer freien Wasserfläche. Von der Zentralanstalt für Meteorologie Österreichs wurden daher in der Untersuchung der Verdunstungsverhältnisse am Neusiedler See gespülte Class-A-Wannen eingesetzt, deren Behälter jeweils in einen zweiten größeren eingelassen sind. In dem Zwischenraum zirkuliert hineingepumptes Seewasser, wodurch die Temperatur des Evaporimeters der des Sees angeglichen wird und eine nur geringfügig größere Amplitude aufweist (NEUWIRTH 1971). Es handelt sich damit um eine Lösung, die technisch zwischen den schwimmenden und den Landverdunstungskesseln steht. Unter Verwendung der Evaporimeterdaten lassen sich die Verdunstungshöhen von Seeoberflächen mit Hilfe der Gleichung 4.2-2 abschätzen. (4.2-2) E = ce * Ep Dabei ist E die Verdunstung von der Seefläche, Ep die Verdunstung vom Evaporimeter und ce ein empirisch ermittelter Evaporimeterkoeffizient. Meist wird ce als gerätespezifische Konstante bezeichnet, aber eigentlich ist dieser Parameter umfassender. Er berücksichtigt als Verhältniszahl neben den Gerätemerkmalen auch verdunstungsrelevante Charakteristika der Gewässerhy-drographie und des Klimas. Die in der Literatur (u. a. WMO 1966, FERGUSON & ZNAMENSKY 1981a) angegebenen Evaporimeterkoeffizienten von 0,8 (± 0,1) für den russischen Kesseltyp GGI - 3000 und 0,7 (± 0,1) für die amerikanische Class-A-Wanne sind daher als grobe Richtwerte unter der Voraussetzung mittlerer Verhältnisse zu werten. Von GRAY (1970) wurden regionale Variationen der Evaporimeterkoeffizienten für verschiedene Klimaregionen vorgeschlagen. In ariden Klimaten sind sie etwas niedriger anzusetzen, unter humiden Bedingungen dagegen etwas höher. Das Verfahren ist geeignet, Abschätzungen der Jahressummen der Verdunstung stehender Gewässer vorzunehmen. Will man die innerjährliche Variabilität der Verdunstung erfassen,

Methoden der Verdunstungsbestimmung 33 ___________________________________________________________________________ sollte ce auch für einzelne Zeiträume des Jahres differenziert werden (NORDENSON 1963). In Kenntnis der Dampfdruckgradienten über dem See und dem Evaporimeter läßt sich die Gleichung 4.2-2 verbessern (WEBB 1966). Die Grundlage bildet dabei die Beziehung von DALTON (1802), der den Zusammenhang zwischen der Verdunstung einer wassergesättigten Oberfläche und der Abnahme des Dampfdruckes in der darüber befindlichen Luft in folgender Form darstellte: (4.2-3) E = c * (E0 - eL) mit: c ... Konstante / Proportionalitätsfaktor. Dabei wird davon ausgegangen, dass die direkt der Wasserfläche auflagernde Luft die gleiche Temperatur wie die Wasseroberfläche aufweist und mit Wasserdampf gesättigt ist. Der Sättigungsdampfdruck (E0) lässt sich dann in Kenntnis der Wassertemperatur leicht berechnen (Abschnitt 5.2). Mit eL wird der in der Höhe z ermittelte Dampfdruck berücksichtigt. Die Beziehung von DALTON ist sowohl für Gewässeroberflächen, als auch für Evaporimeter anwendbar. Durch Einsatz in die Gleichung 4.2-2 ergibt sich daher: (4.2-4) E = ce' * ([E0 - eL] / [E0P - eL]) * Ep, Dabei gehen mit ce' ein Evaporimeterkoeffizient (hier primär eine Gerätekonstante, die nur sekundär von den Gewässereigenschaften abhängig ist), mit E0 der Sättigungsdampfdruck bei Seeoberflächentemperatur und mit E0P der Sättigungsdampfdruck entsprechend der Oberflächentemperatur des Evaporimeters ein. Bei E0, E0P und eL handelt es sich dabei um mittlere Werte des Bilanzzeitraumes. Die Gleichsetzung des Dampfdruckes über dem See und dem Verdunstungskessel kann nach WEBB (1966) allerdings nur vorgenommen werden, wenn die Bezugshöhe z für die Berechnung der Dampfdruckgradienten mindestens 4 m beträgt und die Seefläche nicht übermäßig groß ist. Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, werden gesonderte Messungen über dem See und der Verdunstungspfanne erforderlich. Für den Hefner-Stausee im amerikanischen Bundesstaat Oklahoma berechnete WEBB (1966) auf diese Weise ce' mit 1,50. Dabei wurden ausschließlich nachmittägliche (14°°Uhr - Werte) Temperatur- und Luftfeuchtemessungen in die Berechnung der Dampfdruckgradienten einbezogen. Die Eichung erfolgte an Tageswerten der Verdunstung, die aus der Wärmebilanz des Gewässers berechnet wurden. Berücksichtigt man den Windeinfluss, lässt sich der Evaporimeterkoeffizient ce' in der Gleichung 4.2-4 durch die Windfunktion f(u), mit u als mittlerer Windstärke ersetzen. In der regressionsanalytischen Anpassung ergibt sich für f(u) eine Gleichung der Form

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