陸水水庫壩上站蒸發(fā)量影響因素分析

摘要：為了使蒸發(fā)量的修改和插補(bǔ)數(shù)據(jù)更具合理性和準(zhǔn)確性，以陸水水庫壩上站為例，對該站蒸發(fā)量的影響因素及相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了研究和分析。結(jié)果表明：陸水流域E-601型蒸發(fā)器與20 m2蒸發(fā)器所測的蒸發(fā)量受水汽壓力差影響最大;風(fēng)速對該站兩種儀器的蒸發(fā)量測量影響不大。在實(shí)際蒸發(fā)量觀測中，應(yīng)注意觀測方法、觀測時(shí)間、特殊情況下的觀測數(shù)據(jù)處理等，以確保觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)量; 熱量平衡; 水汽壓力差; 陸水水庫

中圖法分類號：P332.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.S1.002

文章編號：1006 - 0081（2022）S1 - 0004- 02

現(xiàn)代水文測量儀器設(shè)備自動(dòng)化程度逐步提高，在一定程度上替代了部分人工觀測工作。但有些新儀器在使用中存在不穩(wěn)定性，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收中斷或異常，在后期數(shù)據(jù)分析處理中需要進(jìn)行人工修改及插補(bǔ)。由于人工處理數(shù)據(jù)主觀性較強(qiáng)，導(dǎo)致所獲取數(shù)據(jù)的不確定性較大。為了使數(shù)據(jù)缺乏時(shí)，對蒸發(fā)量修改和插補(bǔ)數(shù)據(jù)更具有合理性和準(zhǔn)確性，以陸水水庫壩上站為例，對該站蒸發(fā)量的影響因素進(jìn)行了研究和分析。

1 蒸發(fā)量計(jì)算方法

蒸發(fā)是地面熱量平衡和水量平衡的重要組成部分，一直是國內(nèi)外氣象學(xué)、地理學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)等相關(guān)學(xué)科關(guān)注的焦點(diǎn)之一。觀測水面蒸發(fā)量是為了研究水面蒸發(fā)在不同地區(qū)和時(shí)間上的分布規(guī)律，為水文計(jì)算、水文預(yù)報(bào)、水資源評價(jià)和科學(xué)研究提供依據(jù)。目前，一般使用傳統(tǒng)估算法和模擬估算法等方法計(jì)算蒸發(fā)量。

蒸發(fā)是存在于流域下墊面物體表面上的水分子，以氣態(tài)形式返回到大氣層的現(xiàn)象。自然界的蒸發(fā)過程直接體現(xiàn)為熱量和水分的交換，受氣象和自然地理因素的影響顯著。氣象因素主要包括溫度、濕度、風(fēng)、氣壓和降水，地理因素包括水質(zhì)、水深、水面形狀和面積。根據(jù)簡單的空氣動(dòng)力方程建立經(jīng)驗(yàn)公式：

E=Kf（u）（es-e） （1）

式中：E為蒸發(fā)量;K為常數(shù);f（u）為風(fēng)速函數(shù);es為水面溫度下的飽和水汽壓;e為水面上某一高度的實(shí)際水汽壓。其中，f（u）是蒸發(fā)的主要影響因素。

風(fēng)能促進(jìn)水氣交換，加強(qiáng)亂流擴(kuò)散，從而增加水面蒸發(fā)。風(fēng)速觀測表明，空氣運(yùn)動(dòng)具有不穩(wěn)定性，可分為平均運(yùn)動(dòng)和湍流運(yùn)動(dòng)。氣流湍流特性是因下墊面崎嶇不平、受熱不均以及空氣黏滯性等因素導(dǎo)致。

2 蒸發(fā)量計(jì)算影響因素

本文通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)與回歸方程方法，分別對陸水水庫壩上站2015～2019年蒸發(fā)量及氣象輔助資料進(jìn)行了單獨(dú)對比分析，研究蒸發(fā)的主要影響因素。由表1可知，蒸發(fā)量與水汽壓力差相關(guān)性最強(qiáng)。

2.1 溫度影響

氣溫是對大氣中溫室氣體增加最敏感的因子之一，并且通過蒸發(fā)的形式影響流域水文循環(huán)。根據(jù)陸水水庫壩上站2015～2019 年平均蒸發(fā)量資料分析，該站多年月均氣溫與水面蒸發(fā)之間的關(guān)系見表2。

從表2可以看出：E-601型蒸發(fā)器與20 m2型蒸發(fā)器的最大蒸發(fā)量都出現(xiàn)在7，8月份，也是陸水流域4～10月中溫度最高的月份。

2.2 絕對濕度與水汽壓力差影響

空氣濕度即大氣中水汽含量，可用水汽壓、飽和差、露點(diǎn)、比濕等表征。大氣壓中由水汽所產(chǎn)生的部分壓強(qiáng)稱為水汽壓。在一定溫度下，大氣水汽含量存在極限值，當(dāng)水汽達(dá)到極限值時(shí)則不再增加，此時(shí)空氣中的水汽壓稱為飽和水汽壓。當(dāng)空氣達(dá)到飽和水汽壓時(shí)，蒸發(fā)停止。飽和差為一定溫度下飽和水汽壓與實(shí)際水汽壓之差，是影響蒸發(fā)速度最重要的氣象因子。飽和差越大蒸發(fā)量就越大，反之則蒸發(fā)量越小。

根據(jù)陸水水庫壩上站2015～2019 年的平均蒸發(fā)資料，該站絕對濕度、飽和差與水面蒸發(fā)之間的關(guān)系見表3～4。

由表3可以看出，4～8月蒸發(fā)量的變化與絕對濕度成正比關(guān)系，絕對濕度越大蒸發(fā)量越大。

由表4可以看出，4～10月蒸發(fā)量與水汽壓力差成正比關(guān)系，飽和差越大蒸發(fā)量越大。

2.3 風(fēng)速影響

風(fēng)的影響通常以風(fēng)向、風(fēng)速或風(fēng)力表示。風(fēng)向指氣流的來向，常按16方位記錄。風(fēng)速是空氣在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的水平距離，以m/s為單位。風(fēng)形成的直接原因是水平氣壓梯度力。風(fēng)受大氣環(huán)流、地形、水域等不同因素的綜合影響，表現(xiàn)形式多種多樣，如季風(fēng)、地方性海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、焚風(fēng)等。風(fēng)是空氣分子的運(yùn)動(dòng)，風(fēng)的大小即空氣流動(dòng)的速度越快，帶走的水分子越多，蒸發(fā)量越大。根據(jù)陸水水庫壩上站2015～2019 年平均蒸發(fā)資料，該站風(fēng)速與水面蒸發(fā)之間的關(guān)系見表5。

由表5可知，陸水水庫壩上站的風(fēng)速對蒸發(fā)量變化并不大，可能是因?yàn)樗畮旄浇L(fēng)速變化不大，蒸發(fā)量受風(fēng)的影響并不顯著。

3 初步分析結(jié)果

陸水水庫壩上站E-601型蒸發(fā)器及20 m2型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量受水汽壓力差影響最大，其次是氣溫、水溫。經(jīng)分析，E-601型蒸發(fā)器的水汽壓力差在2015～2019年范圍為0.4～22.6 hPa，5 a內(nèi)以3.0～7.0 hPa出現(xiàn)最多;20 m²型蒸發(fā)器的水汽壓力差在2015～2019年范圍為0.9～22.5 hPa，而5 a內(nèi)以5.0～9.0 hPa出現(xiàn)最多。統(tǒng)計(jì)分析得出全年中出現(xiàn)最頻繁的水氣壓力差范圍內(nèi)的蒸發(fā)量范圍，見表6。

4 結(jié) 論

蒸發(fā)量受諸多因素影響，為了獲取比較準(zhǔn)確的觀測資料，在實(shí)際工作中必須注意觀測方法、觀測時(shí)間、特殊情況下的觀測數(shù)據(jù)處理等，才能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過對陸水水庫壩上站2015～2019年水溫、氣溫、絕對濕度、相對濕度、水汽壓力差、風(fēng)速、蒸發(fā)量等觀測數(shù)據(jù)的對比分析，得出以下結(jié)論。

（1） 陸水流域E-601型蒸發(fā)器與20 m2蒸發(fā)器所測的蒸發(fā)量受水汽壓力差影響最大。因此，當(dāng)出現(xiàn)短時(shí)間儀器故障導(dǎo)致蒸發(fā)數(shù)據(jù)中斷時(shí)，可以參考水汽壓力差與蒸發(fā)量關(guān)系進(jìn)行初步插補(bǔ)判斷，也可以用此關(guān)系判斷異常數(shù)據(jù)。

（2） 風(fēng)速對陸水水庫壩上站兩種儀器的蒸發(fā)量測量影響不大，可能由于該站北面有高山樹林遮擋，風(fēng)速不暢。

（3） 在其他氣象條件不變的前提下，水面蒸發(fā)與溫度成正比。氣溫主要控制空氣濕度，間接影響水面蒸發(fā)。

（編輯：李 慧）