Isotope balances for hydrological systems

Summary

The exchange of moisture between tritiated water and atmosphere has been investigated under controlled, simulated environmental conditions. The results were compared with the expectations based on models of previous investigators. Discrepancies were observed and the reasons investigated. The models do not account for all processes involved in the isotope transfer during evaporation. The isotope evaporation rates are determined by interrelationships between variables that have to be expressed for each hydrometeorological system. Since little is known about the functional form of these interrelationships and how they vary for different systems, it is unsatisfactory to correct the models by introducing arbitrary terms, the physical significance of which is obscure. Instead, a parameterm was defined which can be determined in the laboratory, and, as will be shown in Part II, in the field. With this approach a procedure is available to determine experimentally the weighted mean of interrelated variables affecting the net evaporation rates of water and tritium for each system under study.

Résumé

L'éxchange d'humidité entre l'eau tritiée et l'atmosphère a été examiné dans des conditions contrôlées simulant celles de l'environnement. Les résultats ont été comparés avec les prévisions basées sur des modèles d'investigateurs précédents. Des différences ont été observées et les raisons étudiées. Les modèles ne prennent pas en considération tous les procédés employés dans le transfert isotopique pendant l'évaporation. Les taux d'évaporation isotopique sont déterminés par les interrelations entre des variables qui doivent être exprimées pour chaque système hydrométéorologique. Parce que nos connaissances sont limitées concernant la forme fonctionnelle de ces inter-relations et comment elles varient pour des systèmes différents, nous ne pouvons corriger les modèles que par l'introduction de termes arbitraires dont la significance est obscure. Au lieu de cela nous avons défini un paramètrem qui peut être déterminé dans le laboratoire, et, comme indiqué dans la deuxième Partie, dans le champ. Avec cette approche, un procédé est disponible pour déterminer expérimentalement l'influence des variables inter-reliées qui affectent les taux nets d'évaporation d'eau et de tritium pour chaque système à l'étude.

Zusammenfassung

Isotopenstudien über den Feuchteaustausch zwischen tritiiertem Wasser und Atmosphäre wurden unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt, in Variationsbereichen, welche in der natürlichen Umwelt auftreten. Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unstimmigkeiten im Vergleich zu theoretischen Voraussagen auf Grund von Modellen früherer Authoren. Diese beruhen darauf, daß die Modelle nicht alle am Feuchteaustausch und Dampftransport beteiligten Prozesse erfaßten. Die Isotopenverdampfungsraten werden durch Interrelationen zwischen Variablen bestimmt, welche für jedes hydrometeorologische System spezifisch sind. Da über die funktionellen Zusammenhänge zwischen den Variablen und deren Änderungen in verschiedenen Systemen wenig bekannt ist, kann die Einführung willkürlicher Korrekturterme in die Modelle keine befriedigende Lösung ergeben. Vor allem haben derartige Terme keine physikalische Bedeutung. Stattdessen wurde in der vorliegenden Arbeit ein Parameterm definiert, der durch Messung im Laboratorium bestimmt werden kann, und, wie im zweiten Teil dieser Arbeit gezeigt werden wird, ebenso im Feld. Hiermit steht eine Methode zur Verfügung, experimentell für jedes System das Gewicht untereinander gekoppelter Größen zu bestimmen, welche die Nettoverdampfungsraten von Tritium und Wasser beeinflussen.