不同蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量相互關系分析

楊 濤

(烏蘇市水利局，新疆 烏蘇 833000)

?

不同蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量相互關系分析

楊 濤

(烏蘇市水利局，新疆 烏蘇 833000)

不同類型蒸發(fā)器在結構構造、測算原理、作用反應過程以及其他方面存在明顯差異，所以在蒸發(fā)量的觀測方面取值大小不一，但是拋開這些影響因素來看，不同蒸發(fā)器所觀測的蒸發(fā)取值之間是存在一定的函數關系的。筆者選用新疆奎屯河流域范圍內16個氣象測站E601型蒸發(fā)器和EФ20蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)同期觀測資料，計算了兩種蒸發(fā)量的折算系數，并分析了2種蒸發(fā)量觀測值的相互關系，為利用長序列、單站點觀測資料提供了依據，以期為類似分析提供借鑒指導。

蒸發(fā)器；蒸發(fā)量；相關關系；折算系數

1 蒸發(fā)資料基本情況

現如今，新疆的情況也如同全國，即水文觀測站所沿用的最常見的觀測設備儀器仍然是E601型蒸發(fā)器和口徑為20cm的EФ20型蒸發(fā)器，使用這兩種蒸發(fā)器觀測所測得的蒸發(fā)量也存在差異。蒸發(fā)量是進行水文測算的重要參數，也是水文測驗的重要項目，當前水資源評價、水文預報和計算、流域水文模型計算等過程都會受到蒸發(fā)站網稀少的制約，而且已經獲取的蒸發(fā)量相關數據可靠性和一致性較差，由于不同水文站所使用儀器設備的不同性和觀測方法、觀測模式等的不同性直接導致觀測結果的差異和不可比，為此，有必要分析各類蒸發(fā)器所觀測的蒸發(fā)量的相互關系，以保持資料系列的一致性，為相關研究提供可靠的基礎數據支撐[1]。

EФ20小型蒸發(fā)器距離地面較近、水體面積小且儀器外壁淺，所以EФ20小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量測得值一般都略大于實際值。而體型較大的E601型蒸發(fā)儀器則不存在上述問題，其蒸發(fā)量與實際水面蒸發(fā)量較為接近，但是其觀測時間較短[2]。筆者共搜集并統(tǒng)計了新疆奎屯河流域16個氣象測站的水面蒸發(fā)資料，所有站點在過去除少數采用EФ80觀測外，其余均使用EФ20觀測，20世紀90年代以來至今，各測點已經全部改用E601觀測。所以搜集到的蒸發(fā)量資料中包含了三中儀器的觀測系列，其中最多的是EФ20和E601型蒸發(fā)器，所以為了簡化分析，僅比較EФ20和E601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量的相互關系。

夏季兩種觀測器于每天8∶00同時進行觀測，而冬季穩(wěn)定封凍期內或期間大型E601型蒸發(fā)器蒸發(fā)總量按照下式計算：

Ez=hb-ha-hq+P+hj

(1)

式中：hb、ha分別為期內或期間之前后距離最近一次和解凍期來臨后初次儀器所達到的自由水面高度，mm；hq、hj分別為封凍期內或期間由人工取出及人工加入的水量，mm；P為封凍期內或期間降水量之和，mm。

穩(wěn)定封凍期內或期間大型E601蒸發(fā)器在特殊的觀測時期蒸發(fā)量日平均值計算公式如下：

Er=Ez/t

(2)

式中：t為觀測時期內結冰日天數，d；其余符號含義同前。

2 不同蒸發(fā)器所得蒸發(fā)量的關系

2.1 蒸發(fā)量的分布情況分析

引起蒸發(fā)量變動的原因很多，如蒸發(fā)器類型、自然環(huán)境、季節(jié)變化等，為此筆者采用各類蒸發(fā)器的月、年蒸發(fā)量進行其相關關系分析。選取EФ20和E601型蒸發(fā)器同步觀測資料，計算各月及各年蒸發(fā)量的年平均值，計算結果如表1所示。

表1 兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量相關資料統(tǒng)計

*比值K為兩種蒸發(fā)器的折算系數K

不同儀器所測得蒸發(fā)量差別很大，但是兩種儀器所得值年內蒸發(fā)了最大的季節(jié)在5-8月，而蒸發(fā)量最小的季節(jié)在11月-次年2月。

2.2 折算系數的計算

將各氣象站所收集蒸發(fā)量的實際觀測取值相除進而求得折算系數。

K=E/E′

(3)

式中：K為折算系數；E為E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量；E′為不同型號蒸發(fā)器蒸發(fā)量。將所收集整理的16個氣象測站蒸發(fā)量資料進行系統(tǒng)分析整理，便可推算出北疆地區(qū)蒸發(fā)量折算系數。E601蒸發(fā)量和EФ20蒸發(fā)量年折算系數平均值為0.579，將此折算系數與EФ20年平均蒸發(fā)量相乘便可推算出E601蒸發(fā)器年平均蒸發(fā)量為1234.4mm。

2.3 蒸發(fā)量的時程分配

繪制兩種蒸發(fā)器多年來月平均蒸發(fā)量，見圖1，蒸發(fā)量最大值出現在夏季5-7月，E601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量均保持在160mm以上，EФ20蒸發(fā)器蒸發(fā)量在280mm以上；蒸發(fā)量最小值出現在冬季12月-次年2月，E601型蒸發(fā)量在30mm以下，EФ20蒸發(fā)器蒸發(fā)量在55mm以下，兩種蒸發(fā)量年內變化趨勢相似，都為單峰型，峰值出現在4月，谷值出現在12月，見圖1。

圖1 兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量對比

從圖1可以看出，兩種蒸發(fā)量變化的年際變動幅度要大于各自取值的年內變動。

2.4 建立回歸模型進行分析

為了揭示上述不同蒸發(fā)儀器蒸發(fā)量之間的深層次關系，建立其同期蒸發(fā)量觀測值的一元線性回歸模型，即E601型蒸發(fā)量=α+b×EФ20蒸發(fā)量，其中，α和b為系數。將兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量數值代入，計算結果見表2，其中r為相關系數。

表2 兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量一元線性回歸參數計算

將上年11-12月與次年1-3月各月蒸發(fā)量合并后α=171.2，b=0.07，r=0.108

從表2可知，兩種蒸發(fā)器歷年各月蒸發(fā)量之間的相關關系，只有6-9月相關系數>0.8，其余時期兩種蒸發(fā)量相關系數均在0.65以下，具有較差的相關關系，且未通過0.01的t檢驗，充分表明，在每年中，除了6-9月具有較穩(wěn)定的折算關系外，其余月份折算關系不穩(wěn)定。

3 針對小型蒸發(fā)器的深入分析

借鑒道爾頓蒸發(fā)公式的思想：

W=C(E-e)/P

(4)

式中：W為蒸發(fā)量快慢速率，%；C為風速的實際值，m/s；E為溫度低于零下時的水氣壓值，kPa；P為氣壓實際值，kPa；e為溫度超過零度時水壓力的實際值，kPa。氣壓P得取值與海拔高度成反向變動，結合實際觀測資料，不同的蒸發(fā)器由于海拔不同而產生氣壓差較小，為簡化分析此處忽略不計。在特定海拔，水氣壓實際值e與海拔呈現指數關系，且兩種蒸發(fā)器的e值相當接近，并且其變動幅度較小。

一般情況下，風速與蒸發(fā)呈正向變動關系，由于EФ20小型蒸發(fā)器海拔較低，而E601型蒸發(fā)器安裝在地面上，EФ20小型蒸發(fā)器比E601型蒸發(fā)器高度較高風速較大，所以蒸發(fā)量偏大。

在日照情況下，EФ20蒸發(fā)器口徑較小，僅有20cm，在氣溫升高后，銅質金屬器壁導熱加快，這樣小型蒸發(fā)器內水溫會出現明顯的升高；而E601型蒸發(fā)器位于地面，盛水容量較大且四周有護水圈保護，在日照作用下水溫升高緩慢，所以蒸發(fā)量較小。隨著溫度的升高飽和水氣壓逐漸增大，蒸發(fā)越快，EФ20小型蒸發(fā)器比E601型蒸發(fā)器飽和水氣壓大，所以日間蒸發(fā)與夜間蒸發(fā)抵消后，差異很小。

EФ20小型蒸發(fā)器所盛水量比實際值小；而E601型蒸發(fā)器在下雨時既有水滴濺出，又有水滴濺入，基本抵消，這樣E601型蒸發(fā)器所盛水量更加接近實際值。所以EФ20小型蒸發(fā)器觀測蒸發(fā)量的誤差更大。EФ20小型蒸發(fā)器蒸發(fā)快，而E601型蒸發(fā)器安裝位置較低，塵土雜志容易落入容器內，且換水頻率較低，水中溶質較多，所以大型蒸發(fā)器蒸發(fā)速率明顯低很多。

4 結 語

綜上所述，不同類型蒸發(fā)器在結構構造、測算原理、作用反應過程以及其他方面存在明顯差異，所以在蒸發(fā)量的觀測方面取值大小不一，但是拋開這些影響因素來看，不同蒸發(fā)器所觀測的蒸發(fā)取值之間是存在一定的函數關系的，經過筆者反復驗證與計算，兩種常用蒸發(fā)器所測蒸發(fā)量值之間的換算系數為0.597，而且在每年6-9月兩種蒸發(fā)器歷年各月蒸發(fā)量之間的相關關系都在0.8及以上，具有較好的相關性，而在其余月份相關性較差。

[1]金林.不同蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量相互關系分析研究[J]，水資源與水工程學報，2009(04)：117-119.

[2]王曉鳳，黃梅.不同蒸發(fā)器蒸發(fā)量相互關系的分析[J]，新疆水利，2009(03)：35-36.

1007-7596(2017)04-0029-03

2017-03-12

楊濤(1977-)，男，新疆烏蘇人，工程師，從事水利工程運行管理及灌溉管理工作。

P

B