不同蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量相互關(guān)系分析

楊 濤

(烏蘇市水利局，新疆 烏蘇 833000)

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不同蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量相互關(guān)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(jié)構(gòu)構(gòu)造、測(cè)算原理、作用反應(yīng)過程以及其他方面存在明顯差異，所以在蒸發(fā)量的觀測(cè)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(cè)的蒸發(fā)取值之間是存在一定的函數(shù)關(guān)系的。筆者選用新疆奎屯河流域范圍內(nèi)16個(gè)氣象測(cè)站E601型蒸發(fā)器和EФ20蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)同期觀測(cè)資料，計(jì)算了兩種蒸發(fā)量的折算系數(shù)，并分析了2種蒸發(fā)量觀測(cè)值的相互關(guān)系，為利用長序列、單站點(diǎn)觀測(cè)資料提供了依據(jù)，以期為類似分析提供借鑒指導(dǎo)。

蒸發(fā)器；蒸發(fā)量；相關(guān)關(guān)系；折算系數(shù)

1 蒸發(fā)資料基本情況

現(xiàn)如今，新疆的情況也如同全國，即水文觀測(cè)站所沿用的最常見的觀測(cè)設(shè)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(cè)所測(cè)得的蒸發(fā)量也存在差異。蒸發(fā)量是進(jìn)行水文測(cè)算的重要參數(shù)，也是水文測(cè)驗(yàn)的重要項(xiàng)目，當(dāng)前水資源評(píng)價(jià)、水文預(yù)報(bào)和計(jì)算、流域水文模型計(jì)算等過程都會(huì)受到蒸發(fā)站網(wǎng)稀少的制約，而且已經(jīng)獲取的蒸發(fā)量相關(guān)數(shù)據(jù)可靠性和一致性較差，由于不同水文站所使用儀器設(shè)備的不同性和觀測(cè)方法、觀測(cè)模式等的不同性直接導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果的差異和不可比，為此，有必要分析各類蒸發(fā)器所觀測(cè)的蒸發(fā)量的相互關(guān)系，以保持資料系列的一致性，為相關(guān)研究提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(cè)得值一般都略大于實(shí)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(shí)際水面蒸發(fā)量較為接近，但是其觀測(cè)時(shí)間較短[2]。筆者共搜集并統(tǒng)計(jì)了新疆奎屯河流域16個(gè)氣象測(cè)站的水面蒸發(fā)資料，所有站點(diǎn)在過去除少數(shù)采用EФ80觀測(cè)外，其余均使用EФ20觀測(cè)，20世紀(jì)90年代以來至今，各測(cè)點(diǎn)已經(jīng)全部改用E601觀測(cè)。所以搜集到的蒸發(fā)量資料中包含了三中儀器的觀測(cè)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(guān)系。

夏季兩種觀測(cè)器于每天8∶00同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，而冬季穩(wěn)定封凍期內(nèi)或期間大型E601型蒸發(fā)器蒸發(fā)總量按照下式計(jì)算：

Ez=hb-ha-hq+P+hj

(1)

式中：hb、ha分別為期內(nèi)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(dá)到的自由水面高度，mm；hq、hj分別為封凍期內(nèi)或期間由人工取出及人工加入的水量，mm；P為封凍期內(nèi)或期間降水量之和，mm。

穩(wěn)定封凍期內(nèi)或期間大型E601蒸發(fā)器在特殊的觀測(cè)時(shí)期蒸發(fā)量日平均值計(jì)算公式如下：

Er=Ez/t

(2)

式中：t為觀測(cè)時(shí)期內(nèi)結(jié)冰日天數(shù)，d；其余符號(hào)含義同前。

2 不同蒸發(fā)器所得蒸發(fā)量的關(guān)系

2.1 蒸發(fā)量的分布情況分析

引起蒸發(fā)量變動(dòng)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(jìn)行其相關(guān)關(guān)系分析。選取EФ20和E601型蒸發(fā)器同步觀測(cè)資料，計(jì)算各月及各年蒸發(fā)量的年平均值，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)

*比值K為兩種蒸發(fā)器的折算系數(shù)K

不同儀器所測(cè)得蒸發(fā)量差別很大，但是兩種儀器所得值年內(nèi)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(shù)的計(jì)算

將各氣象站所收集蒸發(fā)量的實(shí)際觀測(cè)取值相除進(jìn)而求得折算系數(shù)。

K=E/E′

(3)

式中：K為折算系數(shù)；E為E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量；E′為不同型號(hào)蒸發(fā)器蒸發(fā)量。將所收集整理的16個(gè)氣象測(cè)站蒸發(fā)量資料進(jìn)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(shù)。E601蒸發(fā)量和EФ20蒸發(fā)量年折算系數(shù)平均值為0.579，將此折算系數(shù)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(shí)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(xiàn)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(xiàn)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(nèi)變化趨勢(shì)相似，都為單峰型，峰值出現(xiàn)在4月，谷值出現(xiàn)在12月，見圖1。

圖1 兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量對(duì)比

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

2.4 建立回歸模型進(jìn)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(guān)系，建立其同期蒸發(fā)量觀測(cè)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(shù)。將兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量數(shù)值代入，計(jì)算結(jié)果見表2，其中r為相關(guān)系數(shù)。

表2 兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量一元線性回歸參數(shù)計(jì)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(guān)關(guān)系，只有6-9月相關(guān)系數(shù)>0.8，其余時(shí)期兩種蒸發(fā)量相關(guān)系數(shù)均在0.65以下，具有較差的相關(guān)關(guān)系，且未通過0.01的t檢驗(yàn)，充分表明，在每年中，除了6-9月具有較穩(wěn)定的折算關(guān)系外，其余月份折算關(guān)系不穩(wěn)定。

3 針對(duì)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(fēng)速的實(shí)際值，m/s；E為溫度低于零下時(shí)的水氣壓值，kPa；P為氣壓實(shí)際值，kPa；e為溫度超過零度時(shí)水壓力的實(shí)際值，kPa。氣壓P得取值與海拔高度成反向變動(dòng)，結(jié)合實(shí)際觀測(cè)資料，不同的蒸發(fā)器由于海拔不同而產(chǎn)生氣壓差較小，為簡化分析此處忽略不計(jì)。在特定海拔，水氣壓實(shí)際值e與海拔呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，且兩種蒸發(fā)器的e值相當(dāng)接近，并且其變動(dòng)幅度較小。

一般情況下，風(fēng)速與蒸發(fā)呈正向變動(dòng)關(guān)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(fēng)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(zhì)金屬器壁導(dǎo)熱加快，這樣小型蒸發(fā)器內(nèi)水溫會(huì)出現(xiàn)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(hù)水圈保護(hù)，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(shí)際值?。欢鳨601型蒸發(fā)器在下雨時(shí)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(shí)際值。所以EФ20小型蒸發(fā)器觀測(cè)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(nèi)，且換水頻率較低，水中溶質(zhì)較多，所以大型蒸發(fā)器蒸發(fā)速率明顯低很多。

4 結(jié) 語

綜上所述，不同類型蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、測(cè)算原理、作用反應(yīng)過程以及其他方面存在明顯差異，所以在蒸發(fā)量的觀測(cè)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(cè)的蒸發(fā)取值之間是存在一定的函數(shù)關(guān)系的，經(jīng)過筆者反復(fù)驗(yàn)證與計(jì)算，兩種常用蒸發(fā)器所測(cè)蒸發(fā)量值之間的換算系數(shù)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(guān)關(guān)系都在0.8及以上，具有較好的相關(guān)性，而在其余月份相關(guān)性較差。

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

[2]王曉鳳，黃梅.不同蒸發(fā)器蒸發(fā)量相互關(guān)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(yùn)行管理及灌溉管理工作。

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