山西運城呂莊水庫水面蒸發淺析

史東凱

（山西省運城市水文水資源勘測分局，山西 運城 044000）

呂莊水庫位于涑水河干流中游，屬黃河流域黃河水系，位于山西省聞喜縣城東北約6 km處，流域面積864 km2，以灌溉、防洪為主的中型水庫，設計總庫容3600萬m3。該區屬亞熱帶半干旱地區，氣候特點是十年九旱，春易旱，秋易澇，季風活動影響明顯，多年平均氣溫在8℃～14℃，年蒸發量是年降水量的3.6倍以上，土壤墑情常年基本處于虧損狀態。

呂莊水庫水文站的水面蒸發量采用器測法觀測。1958年5月9日開始觀測至1966年6月底，蒸發器為80cm套盆蒸發皿；1966年7月1日至1970年底，蒸發器為80cm套盆蒸發皿與E601型蒸發器，同步觀測；1971年至1994年，蒸發器為80cm套盆蒸發皿、E601型蒸發器、20cm口徑蒸發器，其中80 cm套盆蒸發皿于1977年底停用，20 cm口徑蒸發器于1978年開始使用；1995年至2017年，蒸發器為E601型蒸發器和20cm口徑蒸發器，同步觀測。

1 資料選取

根據水面蒸發觀測儀器使用情況，選取1995年～2017年兩種蒸發器觀測數據作為分析對象,一是時間長(大于15年),滿足分析要求；二是兩種儀器使用固定，且在同一觀測場內；三是觀測場地相對于其他時段更符合蒸發觀測規范要求；四是每年12月～2月，E601型蒸發器正常觀測，個別年份3月、11月按規定停測，而20 cm蒸發器全年觀測，通過換算可獲得完整的數據系列。

2 水面蒸發折算系數確定

探求水面蒸發的時空分布規律，必須把不同型號蒸發器測得的水面蒸發折算成統一型號的量進行分析研究。全國各大型蒸發實驗站蒸發對比實驗資料表明，改進后的E601型蒸發器的代表性、穩定性、折算系數的規律性均優于其他幾種常用的蒸發器，且其蒸發量可近似代表天然水體的蒸發量。因此，必須先推求20 cm蒸發器與E601型蒸發器的水面蒸發量折算系數，以滿足分析工作的需要。

2.1 非冰期水面蒸發折算系數

通過對非冰期各月E601型蒸發器多年平均值與20 cm口徑蒸發器多年平均值相比，得出逐月多年平均折算系數，見表1。

表1 逐月多年平均折算系數表

由表1可知，多年平均折算系數在不同月份存在一定差別，變幅在0.05之內，變化趨勢為4月～7月逐漸增大，8月～10月穩定在0.70。

另外，非冰期蒸發折算系數按照4月～7月、8月～10月兩個時段，分別進行計算，結果見表2。

表2 非冰期蒸發折算系數表

由表2可知，呂莊水庫水文站蒸發折算系數的年極差為0.03，變化不明顯，即逐年分段折算系數比較穩定。采用相關關系法求得4月～7月、8月～10月蒸發折算系數分別為0.66和0.70。

2.2 冰期水面蒸發折算系數

通過兩種觀測儀器，采用相關關系法對1995年～2017年冰期水面蒸發折算系數進行分析得知，3月、11月水面蒸發折算系數分別為0.66和0.73，結合實際，分析確定1月～2月采用3月、12月采用11月水面蒸發折算系數。

根據非冰期與冰期水面蒸發折算系數，結合蒸發觀測位置，參照氣象要素地理分布，最終確定該站年水面蒸發折算系數為0.68。若遇E601型蒸發器無觀測值，即可按20 cm蒸發器觀測值換算，保持系列的完整性。

2.3 逐年各月E601型蒸發器觀測值

鑒于所選系列逐年1月、2月、12月，個別年份3月、11月E601型蒸發器停測，按照分析確定的蒸發折算系數，用20 cm口徑蒸發器觀測值換算為E601型蒸發器觀測值，生成1995年～2017年逐月蒸發量表，為水面蒸發時空變化規律提供依據，見表3。

表3 1995-2017年逐月蒸發量表

3 水面蒸發時空變化規律

3.1 年內分配

3.1.1 多年平均蒸發量逐月分配

根據呂莊水庫水文站多年平均蒸發量繪制逐月分配圖，見圖1。

圖1 呂莊水庫水文站多年平均蒸發量逐月分配圖

由于5月～6月氣溫升高，風速較大，導致蒸發量增大；7月作為全年氣溫最高、光照時間較長的月份，全年蒸發量最大。在多年平均蒸發量分析中，5月～8月為最大連續4個月蒸發，占年總數54.9%，其中最大水面蒸發量發生在7月，占多年平均總量的14.7%，最小水面蒸發量多出現在1月，僅占多年平均蒸發量的2%。

若將全年分為冰期（12月～2月）、汛前（3月～5月）、汛期（6月～9月）、汛后（10月～11月）4個時期，對蒸發量進行對比分析可知：冰期蒸發量最小，占多年平均蒸發量的8.3%；汛后次之，占多年平均蒸發量的9.6%；汛前較大，為多年平均蒸發量的32.3%；汛期最大，為多年平均蒸發量的49.8%。

3.1.2 多年平均逐季分配

依據呂莊水庫水文站多年平均蒸發量繪制逐季分配圖，見圖2。

圖2 呂莊水庫水文站多年平均蒸發量逐季分配圖

由圖2可知，一年四季中，冬季（12月～2月）蒸發量占年總量的8.4%，為四季中最小；秋季（9月～11月）蒸發量占年總量的18.1%，為四季中的次小；春季（3月～5月）蒸發量占年總量的32.4%，為四季中次大；夏季（6月～8月）蒸發量占年總量的41.1%，為四季中最大。

3.2 年際分配

3.2.1 逐年分配

通過對呂莊水庫水文站多年平均蒸發量分析，繪制逐年分配圖，見圖3。

圖3 呂莊水庫水文站蒸發量逐年分配圖

由圖3分析計算得Cv＝0.185，表明水面蒸發年際變化不大。1995年～2002年年蒸發整體偏大，2004年～2014年年蒸發量呈減少趨勢，2015年開始又呈現增大趨勢。其中1997年蒸發量最大，為1475.8 mm，年際變幅次大為1996年與1997年達337.6 mm,為多年平均值的33.1%，最大為2002年與2003年達390.5 mm，占多年平均值的38.3%。

3.2.2 五年滑動

繪制呂莊水庫水文站多年蒸發量及五年滑動線圖，見圖4。

圖4 呂莊水庫水文站蒸發量五年滑動線圖

由圖4可知，從1997年開始整體呈下降趨勢，2005年以前上下波動較大，自2005年以來，水面蒸發總體上呈現平緩下降，波動幅度較小，但減小趨勢一致。這就說明隨著社會發展，人類對自然界的影響越來越大，蒸發量的觀測環境沒有大的變動，因此人類活動對蒸發的影響也越來越明顯。

4 結語

結合山西省呂莊水庫水文站實測數據，確定水面蒸發年折算系數為0.68，其中1月～3月水面蒸發折算系數為0.66，4月～7月水面蒸發折算系數為0.66，8月～10月水面蒸發折算系數為0.70，11月～12月水面蒸發折算系數為0.73。

將所選系列內缺測的E601型蒸發器觀測值，用相應的20 cm蒸發器觀測值進行換算，得到1995年～2017年逐月水面蒸發量。通過年內、年際水面蒸發分配以及五年滑動系列對比分析，總結山西省呂莊水庫水面蒸發時空變化規律。結果表明，水面蒸發從1997年開始整體呈下降趨勢，2005年前波動較大，自2005年以來，水面蒸發總體上呈現平緩下降，波動幅度較小，減小趨勢一致。