증발량 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
'''증발량'''은 일정 시간동안 단위 면적에서 증발된 물의 양(mm)이다. 관측은 9시부터 24시간 또는 1시간 단위로 실시한다. [[수문학|수문]] 설계 또는 농업 분야에서 증발량을 측정하는 것이 필요하다.{{sfn|이재수|2018|p=144}}

== 저수지 수표면 증발량 산정 ==
저수지 수표면에서의 증발량을 산정하는 방법에는 [[물수지]] 방법, 에너지수지 방법, 공기동역학적 방법, 에너지수지 및 공기동역학적 방법의 혼합법이 있다. 이 방법들은 모두 물이 충분히 공급된다는 가정을 가지고 있다.{{sfn|이재수|2018|p=150}}

=== 물수지 방법 ===
물수지 방법은 수문기상학적 자료가 풍부하고 관측이 용이한 지역에서 비교적 장기간 평균치를 산정할 경우 적절하다. 이상적인 산정 기간은 년 단위이다. 강수량을 P, 저류량을 S, S<sub>2</sub> - S<sub>1</sub>을 산정기간동안 저류량 변화, 지표면을 통해 저수지로 유입되는 유입량을 I, 유출량을 O, 저수지에서 지하로의 침투량을 O<sub>g</sub>라 할 때 증발량 E는
:E = (S<sub>1</sub> - S<sub>2</sub>) + I + P - O - O<sub>g</sub>

물수지방법의 단점은 오차가 크다는 것이다. 특히 산정기간을 짧게 하면 오차가 더 커진다.{{sfn|이재수|2018|p=150}} 특히 침투량은 오차가 제일 크게 된다. 강수량 측정은 주위 지형 고저차가 심하지 않은 경우, 저수지 규모가 크지 않은 경우, 바람이 심하지 않은 경우엔 그렇게 크게 오차가 생기진 않는다.{{sfn|이재수|2018|p=151}}

=== 에너지수지 방법 ===
에너지수지(energy balance or energy budget) 방법은 물수지방법에서 물의 흐름을 이용한 것과 다르게 [[에너지]] 흐름에 대한 연속방정식을 세워 증발량을 계산하는 방법이다. 에너지수지 방법의 단점은 대기복사에너지, 물로부터 장파복사에너지, 물에서의 에너지저장, 물로 유입 또는 물에서 유출되는 감열(sensible heat)의 전도를 산정하기 어렵다는 점이다.{{sfn|이재수|2018|p=151}}

:<math>Q_\theta = Q_s - Q_r + Q_a - Q_{ar} - Q_{bs} + Q_v - Q_e - Q_h - Q_w</math>
::Q<sub>θ</sub> : 물에 의해 저장된 에너지의 증가량
::Q<sub>s</sub> : 수표면에 도달되는 태양복사에너지
::Q<sub>r</sub> : 반사되는 태양복사에너지
::Q<sub>a</sub> : 수표면으로 도달되는 대기로부터 장파복사에너지
::Q<sub>ar</sub> : 반사되는 장파복사에너지
::Q<sub>bs</sub> : 물로부터 방출되는 장파복사에너지
::Q<sub>v</sub> : 저수지로 유입 또는 유출되는 물에 의한 순에너지 변화량
::Q<sub>e</sub> : 증발에 사용되는 에너지
::Q<sub>h</sub> : 감열로 물로부터 대기로 전도된 에너지
::Q<sub>w</sub> : 증발된 물로 인해 손실된 에너지

위 식에서 모든 항은 cal/cm<sup>2</sup>/day의 단위이다. 화학적 및 생물학적 과정, 저수지 바닥을 통한 전도에 의한 에너지 손실, 응축과정에서의 에너지이동은 무시한다. 여기서 Q<sub>w</sub>가 작으므로 생략하고, 수표면에서 장파복사에너지 교환량 Q<sub>b</sub> = Q<sub>ar</sub> + Q<sub>bs</sub> - Q<sub>a</sub>이므로 식을 간단히 하여 다음으로 나타낸다.
:<math>Q_\theta = Q_s - Q_r - Q_b + Q_v - Q_e - Q_h</math>

물로부터 대기로 전도된 에너지 Q<sub>h</sub>는 직접 측정하기가 힘들다. Bowen은 증발에 사용된 에너지 Q<sub>e</sub>와 전도에너지 Q<sub>h</sub>의 비를 다음과 같이 Bowen 비 B로 나타내었다.{{sfn|이재수|2018|p=152}}
:<math>B = \frac{Q_h}{Q_e} = 0.61 \left( \frac{T_0 - T_a}{e_0 - e_a} \right) \frac{P}{1000}</math>
::T<sub>0</sub> : 수표면 온도(°C)
::T<sub>a</sub> : [[공기]] 온도(°C)
::e<sub>0</sub> : 수표면 온도에서 포화증기압(mb)
::e<sub>a</sub> : 공기온도에서 실제증기압(mb)
::P : [[대기압]](mb)

원래 정리하던 식에 Bowen 비를 넣고 증발에 사용된 에너지 Q<sub>e</sub>로 정리하면
:<math>Q_e = \frac{Q_s - Q_r - Q_b - Q_\theta + Q_v}{1 + B}</math>

[[잠재증기화열]](latent heat of evaporation) L<sub>e</sub>와 증발량 E(cm/day)의 관계식{{sfn|이재수|2018|p=153}}
:<math>E = \frac{Q_e}{\rho L_e}</math>
::ρ : 증발된 물 밀도(g/cm<sup>3</sup>)
::L<sub>e</sub> = 597.3 - 0.564T<sub>0</sub>
를 이용하면 증발량 E는
:<math>E = \frac{Q_s - Q_r - Q_b - Q_\theta + Q_v}{\rho L_e ( 1+B)}</math>

=== 공기동역학적 방법 ===
공기동역학적(aerodynamic) 방법은 질량이송(mass transfer) 방법 또는 난류이송(turbulent transport)방법이라고도 부른다. 공기동역학적 방법을 통해 증발량을 계산하는 여러 경험 공식들이 있다. 기본적인 형태는 Dalton의 식인
:<math>E = C (e_0 - e_a)(a + bW)</math>
::E : 증발률(mm/day)
::e<sub>0</sub> : 수표면 포화증기압(mb)
::e<sub>a</sub> : 수표면에서 임의 높이에서 실제증기압(mb)
::W : 수면으로부터 임의 높이에서 풍속(m/s)
::a, b, C : 상수
꼴을 하고 있다.{{sfn|이재수|2018|p=159}}

=== 에너지수지 및 공기동역학적 방법의 혼합법 ===
에너지수지 방법과 공기동역학적 방법을 혼합해서 증발량을 구하는 방법도 있다. 대표적인 식이 1948년 Penman이 발표한 공식이다.{{sfn|이재수|2018|p=161-162}}
:<math>E_0 = \frac{\Delta}{\Delta + \gamma} E_n + \frac{\gamma}{\Delta + \gamma} E_a</math>
::E<sub>0</sub> : 저수지 증발량(cm/day)
::E<sub>n</sub> : 에너지수지방법에 의해 산정한 증발량(cm/day)
::E<sub>a</sub> : 공기동역학적 방법에 의해 산정한 증발량(cm/day)
::Δ : 온도 대 포화증기압곡선의 기울기
::γ : 습도계상수(mb : 0.66, mmHg : 0.485)

Penman의 공식에서 온도가 올라갈수록 에너지 항이 중요해짐을 확인할 수 있다. E 앞에 붙은 계수들이 각 항의 상대적인 중요도를 나타낸다.

Penman의 공식은 기상학적인 이론에 바탕을 둔 공식으로 정확도가 가장 높다. 이 공식을 적용하기 위해서는 많은 양의 자료를 필요로 한다.{{sfn|이재수|2018|p=163}}

== 각주 ==
<references />

== 참고 문헌 ==
* {{서적 인용|저자1=이재수|제목=수문학|날짜=2018|출판사=구미서관|isbn=9788982252914|ref=harv|판=2}}

{{토막글|공학}}

[[분류:수문학]]