陸水水庫(kù)E-601型蒸發(fā)器和20m2蒸發(fā)池觀測(cè)值相互關(guān)系分析

吳士夫，伏 琳，焦 陽(yáng)

（長(zhǎng)江中游水文水資源勘測(cè)局，武漢 430012）

1 蒸發(fā)及其影響因素

1.1 蒸發(fā)的重要性

蒸散發(fā)是水文循環(huán)中自降水到達(dá)地面后由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化為水汽返回大氣的現(xiàn)象，是水面和陸面與大氣之間水量交換的形式之一。陸地上一年的降水約66%通過(guò)蒸散發(fā)返回大氣，由此可見(jiàn)蒸散發(fā)是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。而對(duì)徑流形成來(lái)說(shuō)，蒸散發(fā)則是一種損失。蒸散發(fā)在水量平衡研究和水利工程規(guī)劃中是不可忽視的影響因素。測(cè)量自由水面和地表的蒸發(fā)以及植被地表的蒸騰對(duì)于水文模擬、水文氣象學(xué)及農(nóng)業(yè)的研究是非常重要的。其中蒸發(fā)量的月、年分布是水資源學(xué)科研究的重要內(nèi)容之一。在基層水文站主要觀測(cè)水面蒸發(fā)。水面蒸發(fā)量也稱(chēng)最大可能蒸發(fā)量，是指在水體充分大時(shí)，有充足水份供應(yīng)、由大氣狀況控制的蒸發(fā)過(guò)程的最大蒸發(fā)能力。它主要受當(dāng)?shù)靥鞖鈿夂驐l件的影響，一般與當(dāng)?shù)氐奶?yáng)輻射、溫度、濕度和風(fēng)速等關(guān)系密切。前人的眾多實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，當(dāng)蒸發(fā)池的直徑大于3.5m時(shí)，其蒸發(fā)量與天然水體較為接近，因此可用20m2或100m2的大型蒸發(fā)池的蒸發(fā)量與蒸發(fā)器的蒸發(fā)量之比作為折算系數(shù)k。目前，我國(guó)設(shè)立的大型蒸發(fā)池為數(shù)甚少，普遍采用E-601型蒸發(fā)器觀測(cè)水面蒸發(fā)量。

1.2 影響蒸發(fā)的因素

影響蒸發(fā)量的因素有氣象因子、自然地理因素以及人為因素三個(gè)方面。主要的氣象因子是氣溫、濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)以及總輻射量等。濕度通常用飽和差指標(biāo)表示，它包含了由太陽(yáng)輻射引起的氣溫影響。風(fēng)的影響，促使大氣產(chǎn)生擴(kuò)散、對(duì)流和紊流，從而促進(jìn)和加速蒸發(fā)的進(jìn)程，它是水汽離散方面的另一蒸發(fā)過(guò)程。其它氣象因素中的日照、總輻射量、氣壓等，也往往反應(yīng)在氣溫和濕度等氣象因子方面。陸水水庫(kù)壩上站配有20m2蒸發(fā)池和E-601型蒸發(fā)器兩種觀測(cè)儀器，為了了解它們所測(cè)資料的相互關(guān)系，以下展開(kāi)計(jì)算分析。

2 分析過(guò)程

水面蒸發(fā)反映了充分供水條件下地面的蒸發(fā)能力，其數(shù)值大小主要取決于前已述及的當(dāng)?shù)貧鉁?、地溫、飽和差和風(fēng)速等因素的綜合影響。水面蒸發(fā)折算系數(shù)的時(shí)空變化，主要取決于影響天然水體蒸發(fā)量和蒸發(fā)器蒸發(fā)量的各種物理因素——輻射、水溫、水汽壓差、風(fēng)速、冷熱平流、儲(chǔ)熱量等的時(shí)空差異，其變化特征如下。

（1）折算系數(shù)隨白晝、夜間、晴、雨等不同情況而變化。月折算系數(shù)的年際變化幅度明顯大于季和年的折算系數(shù)的變化幅度。

（2）折算系數(shù)的年內(nèi)變化一般秋季高于春季；在南方，部分地區(qū)春季又低于冬季。

（3）折算系數(shù)的地區(qū)分布一般由東南沿海向內(nèi)陸遞減，個(gè)別地?zé)岚l(fā)育地區(qū)E-601折算系數(shù)可以大于1.0，如鄂東地區(qū)。

本文以此兩種蒸發(fā)儀器的月年蒸發(fā)量和圖解法來(lái)分析它們之間的換算關(guān)系。

2.1 蒸發(fā)量的月、年分布比較

本文選擇陸水水庫(kù)壩上站20m2蒸發(fā)池和E-601型蒸發(fā)器6年（2005-2010）的同步觀測(cè)資料，計(jì)算其各月及年蒸發(fā)量多年平均值。表1列出了各月蒸發(fā)量的分配過(guò)程及多年平均值，以及兩者之間的差值和折算系數(shù)K（K＝20m2蒸發(fā)池蒸發(fā)量／E-601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量）。

表1 蒸發(fā)量月分配過(guò)程表 （單位：mm，%）

分析表1中的數(shù)據(jù)可知，兩種蒸發(fā)儀器所測(cè)定的蒸發(fā)量相差不大，年蒸發(fā)量多年平均值20m2蒸發(fā)池為782.8mm，E-601型蒸發(fā)器為899.1mm。兩種蒸發(fā)儀器所測(cè)定的蒸發(fā)量年內(nèi)各月分布規(guī)律相似，最大值均出現(xiàn)在7月份，20m2蒸發(fā)池為118.3mm，E-601型蒸發(fā)器為135.1mm。最小值均出現(xiàn)在2月份，20m2蒸發(fā)池為23.8mm，E-601型蒸發(fā)器為30.7mm。一年中蒸發(fā)量最大的季節(jié)是夏季，月份是7～8月，蒸發(fā)量均在100mm以上。蒸發(fā)量最小的季節(jié)是冬季，月份是1～2月，蒸發(fā)量均在35mm以下。其主要原因是夏秋季節(jié)的氣溫、風(fēng)速以及水汽壓差普遍大于春冬季節(jié)。

2.2 圖解法

圖解法也即一元直線(xiàn)回歸模型，利用點(diǎn)繪該站E-601型蒸發(fā)器與20m2蒸發(fā)池多年逐月蒸發(fā)量均值進(jìn)行相關(guān)分析，從而建立兩種蒸發(fā)儀器所測(cè)蒸發(fā)量之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。所采用的模型為一元直線(xiàn)回歸模型。即20m2蒸發(fā)池蒸發(fā)量＝a＋b×E-601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量。圖1為兩種蒸發(fā)量的相關(guān)圖，圖中將一年的蒸發(fā)量分為2個(gè)部分，1～7月為上半部分，8～12月為下半部分。這樣出來(lái)的相關(guān)關(guān)系較好。少數(shù)關(guān)系點(diǎn)子偏離點(diǎn)群較遠(yuǎn)，這反映了蒸發(fā)量影響因素的年際年內(nèi)變化的不穩(wěn)定性。

圖1 兩種蒸發(fā)量的相關(guān)圖

2.3 折算系數(shù)

由以上圖解法分析出的折算系數(shù)年內(nèi)分布呈現(xiàn)出2種趨勢(shì)，但從總體上看，關(guān)系點(diǎn)分布較好，具備定線(xiàn)的條件。所以通過(guò)關(guān)系點(diǎn)的點(diǎn)群中心定線(xiàn)，并據(jù)此推求出1～7月和8～12月蒸發(fā)折算系數(shù)。1～7月和8～12月蒸發(fā)折算系數(shù)分別為0.830、0.941。據(jù)蒸發(fā)量月年分布，1～7月E-601型蒸發(fā)器與20m2蒸發(fā)池的蒸發(fā)量各月折算系數(shù)在0.705～0.876之間，均值為0.797；8～12月則在0.913～0.983，均在0.9以上，均值為0.949。兩種蒸發(fā)量值在8～12月份比較接近，折算系數(shù)最接近于1。兩種分析方法所得出的折算系數(shù)特征相吻合，可互相印證。

2.4 合理性分析

由道爾頓蒸發(fā)公式可知，導(dǎo)致兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量有差異的主要原因是風(fēng)速和飽和汽壓差等。其中飽和汽壓差和氣溫、水溫關(guān)系緊密。雖兩種儀器都是埋入地下，但E-601型蒸發(fā)器的容量要比20m2蒸發(fā)池的小很多，熱容量就少很多，水溫升高也比后者快很多。而飽和水汽壓隨溫度升高而增大，同一氣溫下，水溫越高，蒸發(fā)越快，也即不同蒸發(fā)觀測(cè)設(shè)備受氣候影響產(chǎn)生器質(zhì)性變化的差異顯現(xiàn)。所以，一般情況下E-601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量要比20m2蒸發(fā)池大一些。

陸水流域?qū)賮啛釒駶?rùn)型大陸性季風(fēng)氣候，具有雨量充沛，雨熱同季的特點(diǎn)，既是一個(gè)典型的暴雨多發(fā)地區(qū)，又是一個(gè)干旱常見(jiàn)地區(qū)，洪澇干旱災(zāi)害頻繁。多年平均降雨量1 500mm。在發(fā)生降雨時(shí)，日照條件差、氣溫降低、空氣中相對(duì)濕度較大，因而蒸發(fā)量較小。兩者的蒸發(fā)量觀測(cè)值差異也較小。但發(fā)生暴雨時(shí)，由于E-601型蒸發(fā)器內(nèi)的水深大于外層水圈，其濺出的水要多于水圈濺入的水，這部分水量損失會(huì)被計(jì)算成蒸發(fā)量，從而增大了其與20m2蒸發(fā)池蒸發(fā)量的相對(duì)誤差。

在沒(méi)有降水發(fā)生時(shí)，蒸發(fā)主要受氣溫變化的影響而發(fā)生變化。一般情況下，晝夜溫差的季節(jié)變化從大到小依次是春季、冬季、秋季、夏季。20m2蒸發(fā)池的熱容量較大，其晝夜蒸發(fā)量差異較小，受溫差變化的影響要遠(yuǎn)小于E-601型蒸發(fā)器。白天有日照時(shí)氣溫升高快，E-601型蒸發(fā)器受其影響水溫升溫也快，蒸發(fā)量就要大于20m2蒸發(fā)池。而在夜間氣溫降低，E-601型蒸發(fā)器雖受其影響水溫降低速率快于20m2蒸發(fā)池，但由于夜間總的蒸發(fā)量（在不發(fā)生晝夜天氣轉(zhuǎn)變的情況下）一般都稍小。這時(shí)候E-601型蒸發(fā)器觀測(cè)值不會(huì)小于20m2蒸發(fā)池太多。換言之，晝夜溫差中“晝”的影響大于“夜”。冬季雖晝夜溫差比秋季稍大，但由于其基本溫度本身很低，蒸發(fā)量較小，差異也不會(huì)最明顯。所以?xún)烧哒舭l(fā)量的差異在晝夜溫差最大的春季呈現(xiàn)最大的狀況。

由于E-601型蒸發(fā)器和20m2蒸發(fā)池安裝高度相近，又都大部分埋于土里，風(fēng)速對(duì)二者的差異應(yīng)無(wú)過(guò)多影響。

3 結(jié) 語(yǔ)

筆者依據(jù)該站E-601型蒸發(fā)器與20m2蒸發(fā)池蒸發(fā)同步觀測(cè)資料 ，分析了兩種蒸發(fā)觀測(cè)儀器所測(cè)蒸發(fā)量的相互關(guān)系。得出以下結(jié)論：

（1）一般情況下，E-601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量月觀測(cè)值比20m2蒸發(fā)池蒸發(fā)量月觀測(cè)值大。該站兩種蒸發(fā)觀測(cè)儀器之間的多年平均折算系數(shù)為0.871。

（2）E-601型蒸發(fā)器與20m2蒸發(fā)池觀測(cè)值的相互關(guān)系用圖解法為：1～7月：20m2蒸發(fā)池蒸發(fā)量＝-6.2882＋0.8999×E-601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量。8～12月：20m2蒸發(fā)池蒸發(fā)量＝3.9631＋0.8946×E-601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量。

（3）E-601型蒸發(fā)器的折算系數(shù)較接近于1，在小型蒸發(fā)器中具有較好的優(yōu)勢(shì)。本文主要考慮的是氣溫和日照時(shí)數(shù)對(duì)蒸發(fā)的影響，對(duì)風(fēng)速、大氣壓等氣象因子的影響沒(méi)有做出具體分析。該站這方面的分析還有待獲得更全面的基礎(chǔ)資料后，再作進(jìn)一步的探討。

［1］達(dá) 偉，李 萍.且末站不同蒸發(fā)器蒸發(fā)量相互關(guān)系的分析［J］.巴州科技，2006，（2）：24-26.

［2］芮孝芳.水文學(xué)原理［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.