二龙山实验站蒸发器折算系数研究

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(黑龙江省哈尔滨水文局，哈尔滨 150010)

1 自然地理概况

宾县二龙山蒸发实验站位于宾县二龙山水库北岸300 m处丘陵地带，场地设置在丘陵岗顶部，视野开阔。土壤多为黄黏土、黑壤土，附近有少量人工种植的松树、杨树、柳树，农作物以玉米、大豆为主。距观测场地南300 m处有库容量9 700×104m3中型水库一座。水库的上游是陡咀子河和暖河，下游是松花江右岸支流蜚克图河。该实验站地处中纬度寒温带，属大陆季风气候，冬季受西伯利亚寒流控制，漫长寒冷干燥，夏季短促燥热，春季风大干旱,秋季降温急剧，年平均气温-3℃～5℃，5-9月份平均气温18℃左右。1-4月份最冷，平均最低气温达-20℃以下，土壤的冻土层为1.5～2.5 m，多年平均降水量为579.2 mm。蒸发用水取深90 m的深井水，经过蓄水池5～10 d储存，使其成为天然状态的水，然后注入蒸发池(器、皿)进行观测。

2 蒸发器的基本情况

20 cm口径蒸发器是一个口径20 cm、高10 cm的铜制圆形器皿，盆口成刀刃状，为防止鸟兽饮水，器口上部套有一个向外张成喇叭状的金属丝网圈，放置在离地面0.7 m的高度。

E-601B型蒸发器主要由蒸发器、水圈、溢流桶和测针4部分组成。

1) 蒸发桶是一个器口面积为3 000 cm2、有圆锥底的圆柱形桶，器口正圆，口缘为内直外斜的刀刃形。桶底中心装有一根直管，在直管的中部有3根支撑与桶壁连接，以固定直管的位置并使之垂直。直管的上端装有测针座，座上装有器内水面批示针。在桶壁上开有溢流孔，孔的外侧装有溢流嘴，用胶管与溢流桶相连，桶身的外露部分和桶内侧涂上白漆。

2) 水圈是装置在蒸发桶外围的环套。它由4个相同的、其周边稍小于1/4的圆周的弧形水槽组成。水槽用较厚的白铁皮制成，宽20 cm，内外壁高度分别为13.7和15.0 cm。

3) 溢流桶用金属或其它不吸水的材料制成。它用来承接因暴雨从蒸发桶溢出的水量，面积为300 cm2的圆柱桶。

4) 测针用于测量蒸发器内水面高度。使用时，将测针的插杆插在蒸发桶中的测针座上，插杆下部的圆盘与座口相接。插杆上面用金属支架把测杆平等地固定地插杆旁侧。测杆上附有游标尺，可使读数精确到0.1 mm。测杆下端有一针尖，用磨擦轮升降测杆，可使针尖上下移动，对准水面。针尖的外围水面上套一杯形静水器，器底有孔，使水内外相通。静水器用固定螺丝与插杆相连。

20 cm口径蒸发器在上世纪80年代前是水文站主要的蒸发观测器具。但在1989年修订后的水文观测规范中，将E601型蒸发器作为水文测站的标准观测器具，20 cm口径蒸发器只作为辅助性器具使用。

二龙山蒸发实验站自建站至今已积累数十年的蒸发观测资料，但因蒸发观测仪器的不同，导致资料序列存在不一致，故在使用这些历史蒸发资料时，蒸发折算系数的分析成为一个关键问题。为此，本文利用二龙山蒸发实验站1990-2017年的20 cm口径蒸发器与E601型蒸发器同步蒸发观测资料，分析计算20 cm口径蒸发器与E601型蒸发器的蒸发折算系数。

3 蒸发资料分析

为检验20 cm口径蒸发器与E601型蒸发器蒸发量之间的一致性和连续性，采用1990-2017年两种蒸发器的蒸发量绘制双累计曲线，见图1。

从图1可以看出，两种蒸发器的蒸发量所形成的双累计曲线基本成顺直直线，没有发生斜率变化的突变点，则可以证明两种蒸发器的蒸发量数据的一致性和连续性准确。

4 水面蒸发量折算系数

4.1 多年平均方法

在实际工作中，为了延续资料和插补资料，需通过折算系数将20 cm口径蒸发器的蒸发量折算成E601蒸发器的蒸发量，折算系数计算公式为：

K=E601/E20

式中：K为水面蒸发折算系数；E601为E601蒸发器观测的蒸发量；E20为20 cm口径蒸发器观测的蒸发量。

采用1990-2017年20 cm口径蒸发器和E601蒸发器的蒸发量计算，见表1、图2。

表1 1990-2017年E20蒸发器和E601蒸发器的蒸发量逐月多年平均蒸发量及折算系数

图2 1990-2017年E20蒸发器和E601蒸发器的蒸发量逐月多年平均折算系数过程线

通过表1、图2得出，1-3月份折算系数最小，4月份因气温回升逐渐增大，5-7月份折算系数相对稳定，8-10月份折算系数最大，11-12月份因气温降低折算系数减少。变化范围0.43～0.72之间，月平均折算系数为0.60，全年平均折算系数为0.62。

4.2 相关线性回归方法

由20 cm口径蒸发器和E601蒸发器的蒸发量多年逐月蒸发量绘制相关线性回归，见图3。

图3 20 cm口径蒸发器和E601蒸发器的蒸发量相关线性回归

经过相关线性回归计算得出R2=0.920 6，证明20 cm口径蒸发器和E601蒸发器的蒸发量正相关密切，相关系数为0.602 9，与通过多年平均得出的月平均系数0.60近似，所以折算系数取0.60。

5 线性回归分析两种蒸发器的逐月蒸发量关系

通过20 cm口径蒸发器和E601蒸发器的多年逐月平均绘制相关线性回归，见图4。

图4 多年逐月平均相关线性回归

由图4可知，相关系数R2越大，则表示两个变量关系越密切。图4中R2=0.977 7，由此可以确定20 cm口径蒸发器和E601蒸发器的逐月蒸发量基本成正相关关系。

6 结 论

1) 通过相关数据分析论证及折算系数的计算和分析，得出20 cm口径蒸发器和E601蒸发器蒸发量折算系数为0.60，数值可用。且该站是区域性代表站，根据《水面蒸发观测规范》(SL 630-2013)的规定，可用于该区域。

2) 在折算系数分析中可以看出，虽然年内波动较大，但是20 cm口径蒸发器和E601蒸发器蒸发量的蒸发量逐月平均相关线性回归关系密切，可以通过折算系数折算逐月蒸发量。