艾比湖湖水蒸發量分析

崔 龍，穆振俠，陳 平，張紅忠，董文明，黃 靜

(1.新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊 830052;2.新疆維吾爾自治區水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉 831100)

艾比湖是典型的內陸封閉性湖泊，受全球氣候變化和人類活動的影響，入湖水量減少，近年來湖面嚴重萎縮[1]，干涸的湖底面積不斷擴大，成為中國的四大沙塵暴源地之一[2]。艾比湖湖面的萎縮使該流域的生態環境受到持續影響[3-4]，我國向西開放的歐亞大陸橋通道有140 km通過該區域，長期受到極大威脅[5]。依據近些年來艾比湖湖面萎縮的速度，可以推算出30～50 a后艾比湖就會完全干涸[6]。艾比湖的綜合治理已經引起各級政府的高度重視。2000年6月新疆維吾爾自治區(以下簡稱新疆)人民政府批準建立新疆艾比湖濕地自然保護區，采取綜合性措施治理艾比湖流域生態環境，保證入湖水量[7-8]，保障艾比湖穩定的水位[9]。穩定的水位與湖區濕地保護目標有關，水位直接影響湖面蒸發，所要求的入湖水量是變化的，這又與區域水資源配置直接相關。為此，筆者研究艾比湖湖水蒸發量的計算方法，探索不同湖面水位與湖水蒸發量的關系，旨在為艾比湖保障水位的確定及區域水資源配置提供依據。

1 研究區概況

艾比湖位于新疆博爾塔拉蒙古自治州精河縣境內，湖泊呈西北-東南走向，其西北是著名的風區阿拉山口，這里是新疆全年大風日數最多的地區，常年干旱少雨，氣候干燥，降水稀少，日照充足，年均氣溫是8.3℃，年均降水量90.9 mm。近些年來，艾比湖的入湖水量不斷減少，致使湖泊的西北部分裸露為干涸的湖底，湖面向東南方向萎縮，呈現了如腎狀的湖面。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

沒有艾比湖湖面的實測蒸發數據，因此采用距艾比湖較近的阿拉山口氣象站和精河氣象站測量的蒸發量數據。阿拉山口氣象站位于艾比湖西北的戈壁灘上，地理位置北緯 45°11'，東經 82°34'，海拔高程338m，距湖中心約44km，平均每年8級以上的大風有163.8d，最大風速40m/s以上。精河氣象站在艾比湖南側的精河縣城，地理位置北緯44°36'，東經82°54'，海拔高程321 m，距湖中心約29 km。本次搜集到這兩個氣象站自1971年來30 a的平均逐月蒸發量資料。精河氣象站與阿拉山口氣象站多年平均蒸發量與實測月蒸發量見表1。

根據2007年和2008年對艾比湖的實地測量數據，確定艾比湖湖面面積與水位的關系:湖面面積127.8 km2，水位 193 m;湖面面積 217.3 km2，水位193.5 m;湖面面積 312.0 km2，水位 194 m;湖面面積421.5 km2，水位 194.5 m。

2.2 計算公式

2008年，對艾比湖水位進行測量，結果發現艾比湖東南的常年蓄水水位低于195 m，因此本研究主要計算艾比湖195 m水位以下的水面區域的湖水蒸發量。

根據氣象站20 cm口徑小型蒸發器的蒸發觀測資料，結合新疆關于E601型蒸發器與20 cm口徑小型蒸發器的蒸發量關系研究成果，以E601型蒸發器觀測值近似作為艾比湖湖水蒸發量，估算氣象站位置的水面蒸發量;再依據氣象站與艾比湖湖區的相對位置距離，計算艾比湖湖水蒸發量。湖水蒸發量ΔWE的計算公式為

式中:E水為單位面積湖水蒸發量;F水為湖面面積。

2.3 相關參數的確定

單位面積湖水蒸發量E水可由水文站或氣象站實測的蒸發量資料經換算后得到。湖水蒸發量的觀測通常使用的儀器有E601型蒸發器、80 cm口徑套盆式蒸發器、20 cm口徑小型蒸發器和20 m2大型蒸發池等。用不同儀器觀測的蒸發量要折算為大水體蒸發量，其計算公式為

式中:K1為儀器觀測的蒸發量與大水體蒸發量的轉換系數，通常取0.66;K2為20 cm口徑小型蒸發器與E601蒸發器的轉換系數，通常取0.673;E測為利用儀器觀測到的蒸發量。

2.4 艾比湖湖水蒸發量的計算

艾比湖處于風區位置，精河氣象站與阿拉山口氣象站位于艾比湖的不同方向，阿拉山口氣象站處于艾比湖上風口。有研究表明，湖區上下風向蒸發量的差異可達11% ～38%[10]。為綜合反映兩個氣象站的信息，較合理地確定艾比湖不同水位的湖水蒸發量，選用加權平均法確定艾比湖湖水蒸發量，計算公式為

其中d1，d2分別為精河氣象站和阿拉山口氣象站至計算站點艾比湖湖心的距離權重，可按下式計算:

表1 氣象站多年平均蒸發量與實測月蒸發量 mm

選取艾比湖中心點，計算中心點與兩氣象站的距離。通過計算得到阿拉山口氣象站與艾比湖中心點的距離為44.37 km，精河氣象站與艾比湖中心點的距離為28.88 km，則精河氣象站至艾比湖中心點的距離權重d1為0.394，阿拉山口氣象站至艾比湖中心點的距離權重d2為0.606。

3 艾比湖不同水位湖水蒸發量的確定

3.1 湖水蒸發量的計算結果

采用前述方法，計算得到不同月份不同水位下艾比湖湖水蒸發量，見表2。

3.2 結果分析

由于艾比湖的坡度極為平緩，湖水蒸發量受湖面面積變化的影響很大，特別是從5月份開始湖水蒸發量迅速增加，7月份達到最高值，9月份呈下降趨勢。艾比湖5—8月的湖水蒸發量占全年湖水蒸發量的近67%，而這段時間艾比湖周邊氣候干燥、陽光充足，又正值農林牧業用水高峰，湖面水位下降快，干涸速度加快，沉積大量鹽分的裸露湖面面積也隨之迅速擴大，形成豐富的鹽塵，加上這一時期大風較為集中，艾比湖成為鹽塵暴廣袤的鹽源策源地。因此，這一階段是艾比湖需水量最大的時期，只有充分保證這一階段艾比湖的入湖水量和湖面水位，才能將干涸裸露的湖面面積限定在盡可能小的范圍內，才能抑制鹽塵，減少鹽塵暴。也就是說，從9月到次年的3月艾比湖的入湖水量可減少，但從4月開始則應設法逐漸增加入湖水量，以補充、平衡逐月增加的湖水蒸發量。

4 結語

要從根本上改變艾比湖的生態環境，核心是保證艾比湖的水量。增加入湖水量，可以恢復湖周植被，使風沙減弱，抑制沙源地的擴充[11]。但如果湖面面積過度擴張，不僅會導致次生鹽漬化，還會影響鐵路交通運輸等。有效調控艾比湖的入湖水量，必須對艾比湖流域的水資源狀況進行綜合評價，經過充分的分析、論證，給出一個科學的、合理的水資源調配方案。滿足艾比湖湖水的需求量是一個動態的水資源供給和補給的過程，既要考慮年際變化，又要顧及季節性變化和其他因素。

分析艾比湖湖水蒸發量，能為推算艾比湖各月所需水量的平衡點，確保艾比湖處于最優運行水位提供重要的參考依據。

致謝:本文得到姜卉芳教授的悉心指導，在此表示誠摯的感謝。

表2 艾比湖不同月份不同水位湖水蒸發量

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