不同蒸发器水面蒸发量相互关系分析

李芸

【摘要】水面蒸发是水文循环过程中的一个重要环节，是水资源学科研究的重要内容之一，因此研究水面蒸发不仅在科学上能对地球上的水循环获得正确认识，而且在生产上也有实用价值。确定水面蒸发量可以有多种途径，但最常用、最简便的方法是蒸发器测法，即利用仪器直接确定水面蒸发量。【关键词】不同蒸发器；水面蒸发量；相互关系蒸发站使用的观测仪器主要有E601型蒸发器和口径为20cm的蒸发器二种。由于它们本身及其周围的动力和势力条件的差异，因而在同一地点测得的蒸发量各不相同。我们在水资源评价、水文预报、水文计算和流域水文模型的计算中，不仅深感蒸发站网的稀少，而且会常常遇到不仅一个流域的每个蒸发站之间采用的仪器各不相同，就是同一个蒸发站在不同年份、月份采用的仪器也不一样，造成观测资料系列不一致。对此，常需要把各种类型蒸发器观测的蒸发量相互关系进行分析、对比，使其资料系列一致。因此分析不同蒸发器蒸发量相互关系是一个非常重要的问题。1、不同蒸发器所得蒸发量的关系蒸发量是进行水文测算的重要参数，也是水文测验的重要项目，当前水资源评价、水文预报和计算、流域水文模型计算等过程都会受到蒸发站网稀少的制约，而且已经获取的蒸发量相关数据可靠性和一致性较差，由于不同水文站所使用仪器设备的不同性和观测方法、观测模式等的不同性直接导致观测结果的差异和不可比，为此，有必要分析各类蒸发器所观测的蒸发量的相互关系，以保持资料系列的一致性，为相关研究提供可靠的基础数据支撑，以下主要就对相关区域的16个气象测站E601型蒸发器和EФ20蒸发器的水面蒸发同期观测资料，计算了两种蒸发量的折算系数，并分析了2种蒸发量观测值的相互关系，为利用长序列、单站点观测资料提供了依据，以期为类似分析提供借鉴指导。1.1蒸发量的分布情况分析引起蒸发量变动的原因很多，如蒸发器类型、自然环境、季节变化等，为此笔者采用各类蒸发器的月、年蒸发量进行其相关关系分析。选取EФ20和E601型蒸发器同步观测资料，计算各月及各年蒸发量的年平均值。1.2折算系数在稳定封冻期，所有蒸发站E601型蒸发器停测，因此只有20cm蒸发器观测值。年折算系数年内分布呈现非冰期大于冰期，年折算系数盆地大于山地的特点。20cm蒸发器与E601型蒸发器蒸发量年折算系数在0.57～0.69之间，平均值为0.62。小型蒸发器与E601型蒸发器蒸发量各月折算系数在0.484～0.642之间，8月至11月间折算系数较大，均在0.6以上，12月至次年7月间折算系数较小，均在0.585以下，两种蒸发器同期蒸发量可用一元直线回归模型进行相关分析，即：E601型蒸发量=a+b×小型蒸发量，b为E601型蒸发器与小型蒸发器蒸发量的折算系数拟合值。水面蒸发量主要是应用蒸发器观测， 以获取近似于自然水体水面蒸发量的资料。器测法测得的蒸发量与自然水体的实际蒸发量有一定差异。不同型号的仪器， 因其制作材料、口径大小、加水深度、结构形式、安装方式等不同， 即会影响热辐射、热传导、热交换、热容量等因素的不同， 进而导致不同仪器的器测值亦有较大差异。同是一个测站， 由于在不同时期采用的仪器不同， 而使所测资料不能直接作为一个资料系列使用。器测系数法更有观测设备简易、觀测方法简单等特点， 更具推广性。1.2.1蒸发器测量法（1）E20 蒸发池法。1972 年9 月世界气象组织（WMO）蒸发工作组在日内瓦会议上做出决定， 认为以20 m2 蒸发池研究浅水湖泊的蒸发， 可得出满意的结果， 该工作组建议此项仪器（20 m2 蒸发池）作为研究浅水湖泊蒸发的一种国际仪器， 并建议每个气候区和每个大水库应设置此项仪器， 以研究湖泊、水库的水面蒸发量。因此， 如果有20 m2 蒸发池的资料， 可用其大致代替实际水面蒸发量。（2）E601 蒸发法。若没有20 m2 蒸发池的资料，E601 与E20 大型蒸发池对比分析中， 认为E601 的相对精度较高， 其折算系数接近1（年均值为0 .9 ～ 099之间）， 可近似代替大型蒸发池作为水面蒸发量值。或者把其它型号的蒸发皿资料换算成E601 ， 换算公式：K =E/E′式中：K 为不同型号蒸发器折算系数；E 为E 601 蒸发器的年、月水面蒸发量，mm ；E′为不同型号蒸发器的年、月水面蒸发量， mm 。（3）其它方法。若没有大量蒸发资料， 可由多年水、陆蒸发资料得出平均值从而获得折算系数， 或者建立水面蒸发量和某一或多个气象因子之间的相关关系而得到。1.2.2等值线图法有些水库或湖泊， 既没有蒸发池和其他蒸发皿的观测资料， 也没有普通气象要素观测资料， 依靠经验公式已无法计算水面蒸发量。此时， 可依靠已绘制的水面蒸发等值线图近似计算水库、湖泊水面蒸发量。我国已绘制了E601 型多年平均年水面蒸发量等值线图， 可供计算使用。查等值线图时， 需视水库、湖泊水面的大小和形状的不同而有不同的查法。如水库、湖泊面积较小， 可只读取通过水库、湖泊的等值线数值， 计算水库、湖泊的水面蒸发量；如水库、湖泊水面面积大且形状特殊， 应在等值线图上， 读取有代表性的几点数值， 再用其平均值， 计算水面蒸发量。2、小型蒸发器蒸发量偏大的原因根据道尔顿蒸发公式：W=C（E-e）/P式中：W为蒸发速率；C为与风速有关数的函数；E为水面温度下的饱和水气压；P为气压；e为水面上空气中的实际水气压。由公式知大气压强P随高度增加而降低，但在两种蒸发器之间因高度差而引起的气压差异较小可以忽略不计。e为水面上空气中的实际水气压，在一定高度内e与高度呈指数关系，在两种蒸发器的高度上经过计算e很接近，且其变化幅度相对E而言要小得多，因此e对两种蒸发器蒸发速率影响差异也较小。那么导致两种蒸发器蒸发量差异的主要原因是风速和水面温度下的饱和水气压还有日照等。一般来说风速愈大，蒸发愈快。小型蒸发器安装高度为70cm，E601型蒸发器安装在地面上。由于摩擦作用对风的影响，使得近地层风速随高度增加而增大，小型蒸发器高度比E601型蒸发器高度上的风速大，其蒸发量也就偏大。一般情况下，风速与蒸发呈正向变动关系，由于EФ20小型蒸发器海拔较低，而E601型蒸发器安装在地面上，EФ20小型蒸发器比E601型蒸发器高度较高风速较大，所以蒸发量偏大。在日照情况下，EФ20蒸发器口径较小，仅有20cm，在气温升高后，铜质金属器壁导热加快，这样小型蒸发器内水温会出现明显的升高；而E601型蒸发器位于地面，盛水容量较大且四周有护水圈保护，在日照作用下水温升高缓慢，所以蒸发量较小。随着温度的升高饱和水气压逐渐增大，蒸发越快，EФ20小型蒸发器比E601型蒸发器饱和水气压大，所以日间蒸发与夜间蒸发抵消后，差异很小。EФ20小型蒸发器所盛水量比实际值小；而E601型蒸发器在下雨时既有水滴溅出，又有水滴溅入，基本抵消，这样E601型蒸发器所盛水量更加接近实际值。所以EФ20小型蒸发器观测蒸发量的误差更大。EФ20小型蒸发器蒸发快，而E601型蒸发器安装位置较低，尘土杂志容易落入容器内，且换水频率较低，水中溶质较多，所以大型蒸发器蒸发速率明显低很多。蒸发速率与水体中的溶质有关，水体中溶质越少，蒸发越快，反之亦然。小型蒸发器每天都要换水，且距地面较高，水体中溶质较少，蒸发较快；而大型蒸发器贴近地面，刮风刮起的尘土容易落入蒸发器内，且由于大型蒸发器较长时间才更换一次水，因而使得大型蒸发器中溶质较多，蒸发也因此减慢。结语：分析不同蒸发器蒸发量相互关系，就是为了探索水体的水面蒸发在不同地区和时间上的分布规律，为水文水利科学研究提供依据。参考文献：[1]李晓宇，刘斌，殷辉.微通道蒸发器与常规蒸发器的制冷特性比较[J].制冷与空调（四川），2015，29（06）：733-738+748.[2]夏源，徐厚达，王守国，曹锋.小尺度蒸发器的数值模拟及优化研究[J].流体机械，2014，42（01）：57-62.[3]孟海波，杨丙生.石墨制蒸发器的结构性能特点及设计选型技巧[J].全面腐蚀控制，2017，31（07）：8-14.