- 6주차 강의 내용 -

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중앙대학교 건설환경플랜트공학과 교수

김 진 홍

- 6주차 강의 내용 -

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Chap. 4 증발과 증산

4.1 정의

 증발

- 물의 표면 또는 습한 토양 표면의 물 분자가 바람 및 태양의 방사에너지 에 의해 액체 상태로부터 기체 상태로 변화하여 대기 중으로 이동하는 현 상 evaporation

 증산

- 식물의 대사과정에 의해, 뿌리를 통해 흡수한 물을 대부분 엽면을 통해 수증기의 형태로 대기 중에 방출하는 현상 transpiration

 증발산

- 증발과 증산에 의한 수증기의 방출 evapotranspiration

- 지구상에 떨어지는 강우의 약 62%는 증발산화되며, 그 양은 72,000km³/yr - 전 세계적인 연평균 증발량 : 약 1000mm

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Chap. 4 증발과 증산

transpiration

4.2 증발에 영향을 주는 요소

온도: 수온이 상승하면 증발은 증가한다.

k e e dt k

dE

s

),

( 



; 비례상수

온도에 따른 증발 영향 증발율 dE/dt는 어떤 온도에서 포화

증기압 e_s와실제증기압 e의 차에 비례한다.

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Chap. 4 증발과 증산

바람: 기화한 물 분자들을 증발표면으로부터 이동시켜 e를 감소시킴으로 써 증발율을 증가시킨다.

10 ), 1 (

' W

dt k

dE  

W ; 수면 위 약 25ft의 풍속(mile/hr), k‘ ; 비례상수 상대습도: 공기의 상대습도가 높아지면 공기가 물 표면으로부터 이탈하는 수분입자를 흡수할 능력이 감소하므로 증발율은 감소한다.

대기압: 고도에 따른 대기압의 감소현상은 물 표면으로부터 물분자의 이 탈을 촉진시켜 증발율을 증가시킨다.

수질: 물속의 불순물이 포화증기압을 감소시켜 순수한 물의 경우보다 증 발율이 감소.

증발면의 성질과 형상: 증발에 가장 영향이 작은 인자로 평탄한 면은 볼록 한 증발면보다 낮은 증발율을 가진 반면 오목한 증발면보다 높은 증발열을 가진다.

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Chap. 4 증발과 증산

4.3 증발접시에 의한 증발량 산정

• 증발접시에 일정 양의 물을 담아둔 다음 일정시간이 지난 뒤 접시 내의 수위 강하량을 mm 단위로 측정한다

• 우리나라의 경우 오전 10시에 20mm의 물을 부은 후 24시간 뒤 물의 양을 측정하여 증발량을 구한다

• 증발접시의 종류로는 지표설치형, 매몰형, 부유식 등이 있다. 이중 지표설 치형 증발접시가 가장 많이 사용되며 지상에서 약 15 cm위에 설치한다

증발접시 종류 증발접시

•증발접시에 의한 증발량은 접시 벽의 가열 등의 원인에 의하여 저수지의 증발량보다 크다. 증발접시의 증발량으로부터 저수지의 증발량을 추정하 기 위해 증발접시 계수를 사용한다.

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Chap. 4 증발과 증산

• 증발접시계수 ; 저수지의 증발량/ 증발접시의 증발량

* 즉, 증발접시 계수는 1보다 작다

지역 연평균

증발접시 계수

Lake Hefner 자료

계 절 증발접시계수

미국 (Ft, Collins. Col.) 0.70 6월~10월(하계) 0.76

미국 (Utah) 0.67 11월~5월(동계) 0.61

미국 (ASCE 추천) 0.70

미국 (Lake Hefner) 0.69

영국 (London) 0.70

소련 (Valdai) 0.82

한국 금강유역(소형증발접시) 0.68 한국 금강유역(대형증발접시) 0.80 한국 한강유역(대형증발접시) 0.70

증발접시 계수

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Chap. 4 증발과 증산

4.4 증발산의 측정

• 증발과 증산을 구분하여 해석하기 어렵기 때문에, 이들을 통틀어서 평가 한다.

•

증발산계(lysimeter): 금속 또는 플라스틱 용기 안에 설치장소 부근의 흙을 넣고 초목을 심은 뒤 땅속에 위치시키고 일정한 시간 간격으로 용기 무게를 측정하여 물수지 계산방법으로 증발산량을 측정한다

•

물수지방법: 유역 내의 저류량이나 유입량 및 유출량을 측정하여 이론적인 물수지 계산에 의해 유역평균 증발산량을 추정하는 방법

P+ G_in+ △S = ET + Q + G_out

→ ET = P - Q + G_in - G_out+ S ET ; 증발산량, P ; 강수량 Q ; 유출량, G_in; 지하수유입량

G_out; 지하수유출량, S ; 저류량

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Chap. 4 증발과 증산

•

에너지 수지 방법: 지표 토양에 저장되어 증발산에 사용되는 에너지는 태양 방사에너지 중 증발 표면에 마지막으로 남는 순에너지(Q_n)에서 토양면으로 부터의 열 반사량(G)과 토양과 대기간의 경계층에 남는 에너지(M)를 뺀 것으로 표시할 수 있다.

) 1 ( B H

M G E Q

v n

t





 

^E^t: 증발산량 (mm) G,M : 에너지단위 H_v: 물의 잠재 수증기화열 B : Bowen의 비

•

기상자료에 의한 방법: 기상인자와 증발산량 간의 상관관계를 분석하여 경험적인 방법으로 유역의 잠재 증발산량을 산정하는 방법. 아래와 같은 2가지가 있다.

* Penman 방법

* Thornthwaite의 월열지수법(monthly heat index method)

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Chap. 4 증발과 증산

ㅇ 바람의 속도분포

- 바람 속도(u)는 고도(z)의 함수로 나타난다.

) ln(

) (

0

*

z z k

z u

u 

← 지면이나 수면 위의 공기흐름은 대수적 속도분포

(logarithmic velocity profile)를 보이고 있다.





₀

/

*



u

; 전단속도,



0 _{; 표면 전단응력}

- 상기 식을 미분하면,

1 ;

0

*

z kz

u

du  dz

^속도

경사

표면 조도높이(cm)

Ice, Mudflats 0.001

Water 0.01~0.06

Grass(up to 10cm high) 0.1~2.0 Grass(over 10cm high) 2~5 Vegetation(1~2m high) 20 Trees(10~15m high) 40~70

K ; Von Karman 상수(≈0.4),

z

₀ ; 조도높이

표면 형태에 따른 조도높이( )

z

₀

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Chap. 4 증발과 증산

ㅇ소비수량 consumptive use

- 식생으로 피복된 지면으로부터의 증발량과 증산량을 말하며 농작물 성장 에 소모되는 물의 양으로 관개(irrigation)에 이용 가능한 물의 양을 말한다.

ㅇ증산계 Phytometer

- 분 속에 자라고 있는 식물을 밀폐된 용기 속에 넣어 용기 안의 수분량 증 가분을 측정하여 증산량을 추정하는 계기

증산계

* 에너지의 전송은 다음과 같은 3가지 기작으로 분류된다.

- 전도 (conduction) - 대류 (convection) - 복사 (radiation)

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감사합니다