兩種蒸散發模型在遼寧西部地區的適用性及對比分析

劉 佳，劉長君

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110046）

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兩種蒸散發模型在遼寧西部地區的適用性及對比分析

劉 佳，劉長君

（遼寧省沈陽水文局，遼寧沈陽110046）

摘要：本文以遼西大凌河西支為研究流域，分別以P-M蒸散發模型和雙源蒸散發模型計算研究流域的蒸散發，并和流域內哈巴氣水文站實測蒸發數據進行對比分析。定量研究了不同蒸散發輸入對流域水文模擬精度的影響。研究結果表明：雙源蒸散發模型更適合于遼西地區的蒸散發模擬。研究成果對于遼西地區特別是無資料地區的蒸散發模擬具有參考價值。

關鍵詞：兩種蒸散發模型；適用性分析；水文模擬精度對比；遼寧西部地區

流域蒸散發是水量平衡方程中的重要輸入項，對于流域水文模擬至關重要。在有實測蒸發皿的區域，常選用實測蒸發皿蒸發作為水文模擬的輸入項，但是對于較大流域的水文模擬來說，單點蒸發皿不能完全代表整個流域面的蒸散發，特別是在當前分布式水文模型成為重要模擬工具，分布式水文模型需要流域內所有單元計算網格內的蒸散發作為水文模擬的輸入，也有學者采用插值方法將單點的實測蒸發皿蒸發插值到流域內所有計算單元網格內，但該插值方法不能考慮流域下墊面對流域蒸散發的影響，存在輸入誤差。鑒于此，許多分布式水文模型的蒸發輸入均采用蒸散發模型來模擬不同計算單元網格內的蒸散發，但不同蒸散發模型在不同流域具有不同的適用性。為此，在選用蒸散發模型前，應對選用的蒸散發模型進行適用性分析。當前，蒸散發模型運用較多的為P-M蒸散發和雙源蒸散發模型，兩種蒸散發模型在我國不同流域都進行過研究，并取得一定的研究成果［1］-［5］。但兩種蒸散發模型在遼寧西部地區的運用成果還較少，特別是兩種蒸散發模型適用性分析及對比研究成果較少。而遼西地區的蒸散發量較大，但是實測蒸發皿相比較少，對于遼西地區的水文模擬存在一定的誤差，為此，本文將當前運用較為廣泛的兩種蒸散發模型，模擬遼西地區大凌河西支流域蒸散發，并和哈巴氣實測蒸發皿蒸發數據進行對比分析，此外還定量分析兩種蒸散發模型輸入對流域水文模擬精度的影響，研究成果對于遼西地區的蒸散發模擬和水文模擬提供參考價值。

1　研究區域概況

本文選取遼寧西部大凌河西支流域作為研究流域，該流域主要位于遼寧西部朝陽地區，流域氣候為半濕潤半干旱的過渡帶氣候，流域夏季干燥，冬季寒冷，流域風速較大，使得遼西地區年蒸發量較大，遼西地區年蒸發量多在800～1000mm，使得遼寧西部地區成為水資源相對短缺的一個區域，因此對于這一區域的水文模擬來說，蒸發量輸入精度的高低至關重要，而僅依靠單點實測蒸發皿容易造成水文模擬精度偏差，特別是在遼西無資料地區的水文模擬。

2　研究方法及所需資料

2.1 研究方法

本文選用P-M蒸散發模型和雙源蒸散發模型作為流域蒸散發模擬模型，P-M蒸散發計算模型為：

式（1）中：LE為流域的潛在蒸散發量，mm；Δ為水汽壓梯度，KPa/℃；Rn為流域熱能通量，W/ m2；G為土壤熱能通量，W/m2；CP為比熱值；Ta為平均氣溫，℃；es（Ta）-ea為飽和水汽壓梯度，KPa/℃；r為干濕常數；ra為空氣動力學阻抗，單位為s/m；rs為陸面表明阻抗，s/m。

雙源蒸散發模型同時考慮植被和土壤蒸散發，單獨計算土壤和植被的蒸散發，作為最后總的蒸散發，考慮文章篇幅原因，雙源蒸散發模型計算原理可詳見參考文獻［6］。此外，為考慮不同蒸發輸入對大凌河西支流域水文模擬精度的影響，運用適合于遼西地區水文模擬的垂向混合產流模型［7］來模擬不同蒸發輸入下的水文模擬。

2.2 研究所需資料

P-M蒸散發模型需要的資料主要為氣象資料，收集流域內朝陽氣象站1954～2012年氣象數據，其中氣象數據包括大氣壓強、日最高、最低氣溫、日平均氣溫、日照時數、平均風速的氣象數據。雙源蒸散發模型由于同時考慮土壤和植被的蒸散發，因此需要流域的下墊面信息數據，包括流域的土地利用/覆被，同時也需要流域氣象數據，氣象數據和P-M蒸散發所需氣象數據一致，流域的土地利用/覆被數據下載來源，見參考文獻［7］。為對比不同蒸散發模型計算的蒸散發和實測蒸散發的相關性，收集了流域內哈巴氣1954～2012年實測蒸發皿蒸發數據，此外，為定量分析不同蒸發輸入對大凌河西支流域水文模擬精度的影響，收集哈巴氣2000～2010年水文數據，進行對比分析。

3　不同蒸散發計算模型的對比分析

3.1 不同蒸散發模型和實測蒸發皿相關性分析

為定量分析不同蒸發模型在大凌河西支流域的蒸散發模擬和實測蒸發皿蒸發的相關性，運用兩種蒸散發模型分別計算大凌河西支流域1954～2012年潛在蒸散發量，并分別和哈巴氣實測蒸發皿蒸發進行相關性分析，結果見圖1。

圖1中左側為雙源蒸散發模型和實測蒸發皿蒸發之間的相關關系圖，從圖中可以看出，雙源蒸散發模型計算的潛在蒸散發量和實測蒸發皿蒸發較為集中，相關性較好，相關系數R到達0.76，屬于高度相關，而如圖1右側P-M蒸散發模型計算的潛在蒸散發和實測蒸發皿蒸發相關圖可看出，P-M公式計算的潛在蒸散發和實測蒸發皿蒸發點較為分散，相關性弱于雙源蒸散發模型和實測蒸發皿的相關性，P-M公式和實測蒸發皿相關系數R為0.58，呈現中等相關性。這主要是因為雙源蒸散發模型同時考慮土地利用/覆被和土壤蒸散發，而P-M公式主要考慮氣象條件對流域蒸散發的影響，而在實際情況中，土地利用/覆被和土壤對流域蒸散發的影響時不可忽略的，因此，同時考慮土地利用/覆被和土壤蒸散發的雙源蒸散發模型和實測蒸發皿相關性好于P-M蒸散發模型和實測蒸發皿的相關性，更適合于遼西地區的蒸散發模擬。

圖1　P-M蒸散發模型、雙源蒸散發計算模型與實測蒸發皿蒸發相關關系圖

3.2 不同蒸散輸入對水文模擬的影響

為定量兩種蒸發模型模擬的蒸發對流域水文模擬精度的影響，運用垂向混合產流模型基于兩種蒸散模型模擬的2001～2010年蒸散發作為蒸發輸入，模擬不同蒸散發的水文模擬精度，成果見表1。

表1　不同蒸散發輸入對水文模擬精度影響

從表1中可以看出，兩種蒸散發模型作為模型輸入模擬的精度都較好，模擬的徑流深相對誤差均小于10%，其中雙源蒸散發模型的徑流深相對誤差更佳，小于5%，其中P-M蒸散發模型模擬的徑流深相對誤差最大值為9.59%，徑流深相對誤差最小值為6.29%，雙源蒸散發模型徑流深相對誤差最大值為-4.32%，徑流深相對誤差最小值為2.80%，可見，雙源蒸散發作為水文模擬蒸發輸入其模擬的徑流深相對誤差更小，從模擬的徑流深相對誤差也可以看出，雙源蒸散發模擬的徑流深相對誤差平均值為3.72%，而P-M蒸散發模型模擬的徑流深相對誤差的平均值為8.16%，雙源蒸散發模擬的徑流深相對誤差精度相比于P-M蒸散發模型，誤差減少4.44%。同樣從反映流量過程模擬好壞的重要指標確定性系數也可以看出，P-M蒸散發模型模擬的流量過程確定性系數在0.6～0.7之間，而雙源蒸散發模型模擬的流量過程確定性系數各年份均高達0.8～0.9之間，雙源蒸散發模型作為蒸發輸入模擬的流量過程擬合度好于P-M蒸散發模型，從兩種蒸散發模型作為蒸發輸入的流量過程確定性系數的均值也可看出，雙源蒸散發模型作為蒸發輸入的確定系數均值相比于P-M蒸散發模型提高了0.183。

4　結語

本文對比了兩種蒸散發模型在遼寧西部地區大凌河西支流域的適用性及對水文模擬精度的影響，研究取得以下結論。

（1）雙源蒸散發模型更適合于遼寧西部地區的蒸發模擬，其和實測蒸發皿蒸發相關系數高達0.76，好于P-M蒸散發模型和實測蒸發皿的相關系數；

（2）兩種蒸散發模型均可用來作為遼寧西部地區水文模擬的蒸發輸入，雙源蒸散發模型模擬徑流深相對誤差相比于P-M蒸散發模型減少4.44%，流量過程確定性系數提高0.183，更適合于遼寧西部地區水文模擬的蒸發輸入。

參考文獻

［1］俞健.于什蓋水庫蒸發與滲漏量分析［J］.水利規劃與設計，2014（07）：45-47.

［2］王積強，陸旭，劉巽民.中國水面蒸發器的發展簡史與相關技術問題探討［J］.水利技術監督，2011（03）：9-11.

［3］方生，代文元.華北平原有咸水區雨洪控制利用［J］.水利規劃與設計，2003（01）：32-38.

［4］袁克光.水源取水的合理性分析及對環境影響研究［J］.水利規劃與設計，2015（02）：35-37.

［5］于嵐嵐.分布式雙源蒸散發模型的構建與運用研究［J］.東北水利水電，2015（01）：35-37.

［6］蔡琳，柳志亮.分布式雙源蒸散發模型及其在南廣河流域運用研究［J］.水資源與水工程學報，2014（03）：226-229.

［7］王慶平，沈國華，王紅艷.垂向混合產流模型在不同地區的應用與改進［J］.節水灌溉，2012（05）：11-15.

［8］土地利用數據：http：//westdc.westgis.ac.cn/data/1cad1a63-ca8d-431a-b2b2-45d9916d860d/.

作者簡介：劉 佳（1982年—），女，工程師。

收稿日期：2015-08-03

中圖分類號：TV125；P426

文獻標識碼：B

文章編號：1672-2469（2016）02-0038-03

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.014