Évaporation: définition et estimation
Lisez cet article pour en savoir plus sur la définition et l'estimation de l'évaporation.
Définition:
L'évaporation est le processus au cours duquel l'eau passe de l'état liquide ou solide à la vapeur par transfert d'énergie calorifique. Le processus d'évaporation de l'eau est l'un des composants de base du cycle hydrologique et comprend la phase au cours de laquelle les précipitations atteignant la surface de la Terre sont renvoyées dans l'atmosphère sous forme de vapeur.
Il existe trois types de processus d'évaporation, à savoir:
je. Évaporation à partir de surfaces d'eau libre (par exemple, réservoirs, ruisseaux, étangs et lacs);
ii. Évaporation des surfaces terrestres; et
iii. Évaporation de la couverture végétale (à savoir, transpiration).
L'évaporation est un processus de diffusion dans lequel la vapeur est transférée des surfaces naturelles de la terre à l'atmosphère. Il y a deux conditions essentielles pour que l'évaporation ait lieu.
Elles sont:
je. Disponibilité d'une source d'énergie thermique pour vaporiser l'eau. Pour la vaporisation, quelle que soit la surface à partir de laquelle l'évaporation a lieu, un échange de 590 calories par gramme d'eau évaporée à 20 ° C est requis. La source d’énergie thermique peut provenir du rayonnement solaire ou de l’air soufflant à la surface ou de la surface sous-jacente.
ii. Existence d'un gradient de concentration de vapeur entre la surface d'évaporation et l'air ambiant. L'évaporation ne peut avoir lieu que si la concentration de vapeur à la surface de l'évaporation est supérieure à celle présente dans l'air sus-jacent.
Estimation de l'évaporation de la surface de l'eau libre:
Le changement d'état de l'eau en vapeur se produit lorsque certaines molécules dans l'eau atteignent une énergie cinétique suffisante pour atteindre l'air situé au-dessus. Ce mouvement de molécules (vapeur aqueuse) à la surface de l’eau produit une pression appelée pression de vapeur.
Certaines des molécules qui s'échappent de la masse d'eau retombent dans l'eau lorsque la vapeur aqueuse se condense. Ainsi, l'évaporation et la condensation à la surface de l'eau sont des processus continus. Lorsque le nombre de molécules qui quittent le corps de l'eau sous forme de vapeur est égal au nombre qui retombe après la condensation, on dit que l'état de saturation est atteint.
Il indique un état d'équilibre entre la pression exercée par les molécules qui s'échappent et la pression de l'atmosphère environnante. Il est donc clair que l’évaporation sera plus que de la condensation si l’espace au-dessus de la surface de l’eau n’est pas saturé. En bref, l’évaporation est fonction de la différence entre la pression de vapeur de la masse d’eau et la pression de vapeur de l’air supérieur.
Dalton (en 1802) a montré que dans des conditions données:
E α (e s - e d )
ou E = (e s - e d )
Où E est l'évaporation
e s est la pression de vapeur saturée à la température de la surface d'évaporation (mm Hg)
e d est la pression de vapeur saturante à la température du point de rosée (mm Hg).
et Ѱ est un facteur de vent.
Plusieurs équations empiriques d'estimation de l'évaporation ont été développées sur la base de la loi de Dalton. Certains d'entre eux sont mentionnés ci-dessous. (Il est à noter que ces équations sont exprimées en unités FPS).
(i) Formule de Meyer (développée en 1915):
E = c (e s - e d ) Ѱ
Où E est le taux d'évaporation en pouces par 30 jours mois
c est une constante = 11 pour les grandes étendues d'eau profonde et
= 15 pour les petits plans d'eau peu profonds
e s est la pression de vapeur maximale en pouces de Hg.
(i) Correspondant à la température mensuelle moyenne de l'air pour les masses d'eau petites et peu profondes, et
(ii) Correspondant à la température de l'eau pour les masses d'eau larges et profondes.
e d est la pression de vapeur réelle dans l'air en pouces de Hg.
(i) sur la base de la température moyenne de l'air et de l'humidité relative mensuelles pour les masses d'eau peu profondes et peu profondes, et
(ii) Basé sur des informations à environ 30 pieds au-dessus de la surface de l'eau pour de grandes masses d'eau profondes.
Est un facteur de vent = (1 + 0.1)
est la vitesse moyenne mensuelle du vent en mph à environ 30 pieds au-dessus de la surface de l'eau.
(ii) Formule Rohwer (développée en 1931):
E = 0, 771 (1, 465 - 0, 0186 B) (e s - e d )
Il a examiné l'effet de la pression atmosphérique et a introduit un facteur (1, 465 - 0, 0186 B)
Dans l'équation ci-dessus
= 0, 44 + 0, 118 ω
Dans cette équation
E est le taux d'évaporation en pouces par jour.
B est la lecture barométrique moyenne en pouces de mercure (Hg) à 32 ° F.
e s est la pression de vapeur maximale en pouces de Hg.
e d est la pression de vapeur réelle dans l'air calculée sur la base de la température moyenne mensuelle de l'air et de l'humidité relative en pouces de Hg.
est la vitesse du vent moyenne mensuelle en mph.
(iii) Formule Christiansen (unités métriques):
E p = 0, 473 R. C t . C w . C s . C e . C m
où E p est la perte d'évaporation en mm
R est le rayonnement extra-terrestre en mm (la valeur de R varie en fonction de la latitude et aussi d'un mois à l'autre).
C m est un coefficient pour représenter l'évaporation sous forme de moyenne pour le mois.
C t, C w, C h, C s et C e sont des coefficients pour la température, la vitesse du vent, l'humidité relative, le pourcentage d'ensoleillement possible et l'altitude, tous exprimés dans les mêmes unités que E p . Pour le calcul des valeurs de divers coefficients, Christiansen a donné des expressions séparées. Les expressions sont compliquées et ne font pas partie du domaine d’étude.
Limitations des équations empiriques:
Les équations ci-dessus souffrent des limitations suivantes:
(i) L'application de ces équations est difficile car il peut ne pas être possible d'obtenir les informations nécessaires à leur solution aux emplacements souhaités.
(ii) La plupart des quantités utilisées sont des valeurs moyennes basées sur des moyennes mensuelles alors qu'en pratique l'évaporation dépend de la situation réelle à des moments différents.
Evaporation des surfaces de sol:
La mécanique de l'évaporation à partir des surfaces de sol est semblable en principe à celle observée pour l'évaporation à partir des surfaces d'eau. De plus, les molécules de vapeur d'eau qui s'échappent du sol doivent surmonter la résistance due à l'attraction des particules du sol pour l'eau.
Les mêmes facteurs qui affectent l'évaporation de la surface de l'eau libre ont également une incidence sur l'évaporation de la surface du sol, mais la différence qui existe est due au degré d'humidité de la surface du sol. Le taux d'évaporation des sols saturés est presque identique au taux d'évaporation de la surface de l'eau libre.
Lorsque la teneur en humidité du sol de surface diminue, la perte d'humidité par évaporation diminue et lorsqu'elle devient assez faible, l'évaporation cesse pratiquement. On constate que l'évaporation à la surface du sol se poursuivra tant que la couche superficielle du sol, par exemple, dit 10 cm pour les sols argileux et 20 cm pour les sols sablonneux reste humide. L'évaporation de la surface du sol peut être mesurée par lysimètre.
