陸水水庫E-601型蒸發器和20m2蒸發池觀測值相互關系分析

吳士夫，伏 琳，焦 陽

（長江中游水文水資源勘測局，武漢 430012）

1 蒸發及其影響因素

1.1 蒸發的重要性

蒸散發是水文循環中自降水到達地面后由液態或固態轉化為水汽返回大氣的現象，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%通過蒸散發返回大氣，由此可見蒸散發是水文循環的重要環節。而對徑流形成來說，蒸散發則是一種損失。蒸散發在水量平衡研究和水利工程規劃中是不可忽視的影響因素。測量自由水面和地表的蒸發以及植被地表的蒸騰對于水文模擬、水文氣象學及農業的研究是非常重要的。其中蒸發量的月、年分布是水資源學科研究的重要內容之一。在基層水文站主要觀測水面蒸發。水面蒸發量也稱最大可能蒸發量，是指在水體充分大時，有充足水份供應、由大氣狀況控制的蒸發過程的最大蒸發能力。它主要受當地天氣氣候條件的影響，一般與當地的太陽輻射、溫度、濕度和風速等關系密切。前人的眾多實驗說明，當蒸發池的直徑大于3.5m時，其蒸發量與天然水體較為接近，因此可用20m2或100m2的大型蒸發池的蒸發量與蒸發器的蒸發量之比作為折算系數k。目前，我國設立的大型蒸發池為數甚少，普遍采用E-601型蒸發器觀測水面蒸發量。

1.2 影響蒸發的因素

影響蒸發量的因素有氣象因子、自然地理因素以及人為因素三個方面。主要的氣象因子是氣溫、濕度、風速、日照時數以及總輻射量等。濕度通常用飽和差指標表示，它包含了由太陽輻射引起的氣溫影響。風的影響，促使大氣產生擴散、對流和紊流，從而促進和加速蒸發的進程，它是水汽離散方面的另一蒸發過程。其它氣象因素中的日照、總輻射量、氣壓等，也往往反應在氣溫和濕度等氣象因子方面。陸水水庫壩上站配有20m2蒸發池和E-601型蒸發器兩種觀測儀器，為了了解它們所測資料的相互關系，以下展開計算分析。

2 分析過程

水面蒸發反映了充分供水條件下地面的蒸發能力，其數值大小主要取決于前已述及的當地氣溫、地溫、飽和差和風速等因素的綜合影響。水面蒸發折算系數的時空變化，主要取決于影響天然水體蒸發量和蒸發器蒸發量的各種物理因素——輻射、水溫、水汽壓差、風速、冷熱平流、儲熱量等的時空差異，其變化特征如下。

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

（2）折算系數的年內變化一般秋季高于春季；在南方，部分地區春季又低于冬季。

（3）折算系數的地區分布一般由東南沿海向內陸遞減，個別地熱發育地區E-601折算系數可以大于1.0，如鄂東地區。

本文以此兩種蒸發儀器的月年蒸發量和圖解法來分析它們之間的換算關系。

2.1 蒸發量的月、年分布比較

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

表1 蒸發量月分配過程表 （單位：mm，%）

分析表1中的數據可知，兩種蒸發儀器所測定的蒸發量相差不大，年蒸發量多年平均值20m2蒸發池為782.8mm，E-601型蒸發器為899.1mm。兩種蒸發儀器所測定的蒸發量年內各月分布規律相似，最大值均出現在7月份，20m2蒸發池為118.3mm，E-601型蒸發器為135.1mm。最小值均出現在2月份，20m2蒸發池為23.8mm，E-601型蒸發器為30.7mm。一年中蒸發量最大的季節是夏季，月份是7～8月，蒸發量均在100mm以上。蒸發量最小的季節是冬季，月份是1～2月，蒸發量均在35mm以下。其主要原因是夏秋季節的氣溫、風速以及水汽壓差普遍大于春冬季節。

2.2 圖解法

圖解法也即一元直線回歸模型，利用點繪該站E-601型蒸發器與20m2蒸發池多年逐月蒸發量均值進行相關分析，從而建立兩種蒸發儀器所測蒸發量之間的統計關系。所采用的模型為一元直線回歸模型。即20m2蒸發池蒸發量＝a＋b×E-601型蒸發器蒸發量。圖1為兩種蒸發量的相關圖，圖中將一年的蒸發量分為2個部分，1～7月為上半部分，8～12月為下半部分。這樣出來的相關關系較好。少數關系點子偏離點群較遠，這反映了蒸發量影響因素的年際年內變化的不穩定性。

圖1 兩種蒸發量的相關圖

2.3 折算系數

由以上圖解法分析出的折算系數年內分布呈現出2種趨勢，但從總體上看，關系點分布較好，具備定線的條件。所以通過關系點的點群中心定線，并據此推求出1～7月和8～12月蒸發折算系數。1～7月和8～12月蒸發折算系數分別為0.830、0.941。據蒸發量月年分布，1～7月E-601型蒸發器與20m2蒸發池的蒸發量各月折算系數在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。兩種蒸發量值在8～12月份比較接近，折算系數最接近于1。兩種分析方法所得出的折算系數特征相吻合，可互相印證。

2.4 合理性分析

由道爾頓蒸發公式可知，導致兩種蒸發器蒸發量有差異的主要原因是風速和飽和汽壓差等。其中飽和汽壓差和氣溫、水溫關系緊密。雖兩種儀器都是埋入地下，但E-601型蒸發器的容量要比20m2蒸發池的小很多，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，蒸發越快，也即不同蒸發觀測設備受氣候影響產生器質性變化的差異顯現。所以，一般情況下E-601型蒸發器的蒸發量要比20m2蒸發池大一些。

陸水流域屬亞熱帶濕潤型大陸性季風氣候，具有雨量充沛，雨熱同季的特點，既是一個典型的暴雨多發地區，又是一個干旱常見地區，洪澇干旱災害頻繁。多年平均降雨量1 500mm。在發生降雨時，日照條件差、氣溫降低、空氣中相對濕度較大，因而蒸發量較小。兩者的蒸發量觀測值差異也較小。但發生暴雨時，由于E-601型蒸發器內的水深大于外層水圈，其濺出的水要多于水圈濺入的水，這部分水量損失會被計算成蒸發量，從而增大了其與20m2蒸發池蒸發量的相對誤差。

在沒有降水發生時，蒸發主要受氣溫變化的影響而發生變化。一般情況下，晝夜溫差的季節變化從大到小依次是春季、冬季、秋季、夏季。20m2蒸發池的熱容量較大，其晝夜蒸發量差異較小，受溫差變化的影響要遠小于E-601型蒸發器。白天有日照時氣溫升高快，E-601型蒸發器受其影響水溫升溫也快，蒸發量就要大于20m2蒸發池。而在夜間氣溫降低，E-601型蒸發器雖受其影響水溫降低速率快于20m2蒸發池，但由于夜間總的蒸發量（在不發生晝夜天氣轉變的情況下）一般都稍小。這時候E-601型蒸發器觀測值不會小于20m2蒸發池太多。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，蒸發量較小，差異也不會最明顯。所以兩者蒸發量的差異在晝夜溫差最大的春季呈現最大的狀況。

由于E-601型蒸發器和20m2蒸發池安裝高度相近，又都大部分埋于土里，風速對二者的差異應無過多影響。

3 結 語

筆者依據該站E-601型蒸發器與20m2蒸發池蒸發同步觀測資料 ，分析了兩種蒸發觀測儀器所測蒸發量的相互關系。得出以下結論：

（1）一般情況下，E-601型蒸發器蒸發量月觀測值比20m2蒸發池蒸發量月觀測值大。該站兩種蒸發觀測儀器之間的多年平均折算系數為0.871。

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

（3）E-601型蒸發器的折算系數較接近于1，在小型蒸發器中具有較好的優勢。本文主要考慮的是氣溫和日照時數對蒸發的影響，對風速、大氣壓等氣象因子的影響沒有做出具體分析。該站這方面的分析還有待獲得更全面的基礎資料后，再作進一步的探討。

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

［2］芮孝芳.水文學原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.