不同蒸发模型在辽宁中部平原区域蒸发计算中的应用对比

2019-06-25徐飞

水利规划与设计 2019年6期

徐飞

(辽宁省沈阳水文局，辽宁沈阳 110043)

蒸散发是水文循环的重要组成环节，其对水量平衡十分重要[1]。蒸散发是水文计算及水文模拟的关键要素，其准确计算对于水文模拟计算的精准性至关重要。当前，水文模拟计算大都采用实测蒸发皿蒸发计算[2- 5]，这种方式存在以点代面的局限，蒸发皿蒸发表征的水面蒸发，而水文模拟计算大都针对整个流域，因此模拟计算输入的是流域的蒸散发。近年来，对于流域蒸撒发计算得到国内外许多学者的研究和关注[6- 7]，但是不同模型具有不同的计算适用性，需要结合流域情况，对不同蒸散发计算模型的适用性进行分析。辽宁中部为平原区，区域蒸发量较大，在平原区水量分析及水文模拟中需要输入蒸散发，传统方式大都以蒸发皿蒸发作为输入，但是这种方式存在以点代面，不能完全代表流域的蒸散发实际情况。当前，随着地理信息系统快速发展，蒸散发模型逐步被用于水文模拟分析计算，为此本文探讨国内外常用的两种蒸散发计算模型在辽宁中部平原区蒸撒发计算的适用性。

1 研究方法

本文结合P-M和双源蒸散发模型作为对比模型，这两种模型在国内蒸散发计算中应用较多，但是两种模型各有适用性和优缺点，P-M公式主要结合空气动力学方法进行蒸散发计算，但未能考虑土壤蒸发。双源蒸散发模型可综合考虑土壤和植被蒸发，蒸发计算较为复杂，操作程度较难且需要确定的参数较多，而P-M公式计算参数较少，操作程度较易。为分析两种模型在辽宁中部平原区的适用性，分别采用两种蒸散发模型对区域内蒸散发进行计算，并结合区域内实测蒸发皿蒸发数据，对两种模型蒸散发的计算精度进行适用性分析。

2 研究结果

2.1 研究区域概况

以辽宁中部平原区为例，区域属于典型的暖温带半湿润季风气候。该区域年平均蒸发量为1200mm，属于蒸发量较高的区域，为定量对其蒸发量进行精准计算，需要分析适合于辽宁平原区蒸散发计算方法，为此本文结合区域1964～2016年实测蒸发皿数据，分别对P-M公式和双源蒸散发计算模型进行适用性分析。

2.2 年尺度比较

对两种方法的年蒸散发能力进行对比分析，分析结果如图1所示，并对不同方法计算的年蒸散发能力和实测蒸散发能力进行相关性分析，分析结果如图2所示。

从图1中可看出，区域的年蒸发能力呈现下降趋势，P-M公式和双源蒸发模型模拟的蒸发和区域实测蒸发变化趋势相似度较高，从模型计算的年蒸发尺度变化度来看，P-M公式计算的年蒸发能力和实测蒸发能力吻合度较高，但是双源蒸发年相关系数高于P-M公式，这主要是因为双源蒸发除了考虑植被蒸发，还考虑土壤蒸，辽宁中部平原区地下水对土壤蒸发影响较大，其土壤蒸发占总蒸发比重较大，P-M公式单一考虑植被蒸发，而不考虑土壤蒸发，对于辽宁中部平原而言，很难全面反映区域的蒸发能力。

图1 P-M公式、双源蒸散发计算模型及观测值三者多年变化趋势的比较

图2 P-M公式、双源蒸散发计算模型与观测值相关关系

2.3 季节尺度比较

在年尺度分析的基础上，对各个季节蒸发计算结果进行对比分析，分析结果见表1及图3，并对各模型计算季节蒸发和实测蒸发的相关性进行分析，

图3 P-M公式、双源蒸散发计算模型不同季节变化趋势的比较

图4 不同季节P-M公式、双源蒸散发计算模型与蒸发皿观测值的相关关系

表1 P-M公式、双源蒸散发计算模型与蒸发皿实测值趋势M-K法统计检验值单位：mm

分析结果如图4所示。

从表1中可看出，各模型计算蒸发和实测蒸发的M-K趋势分析值总体相似度较高，均为负值，表明各季节蒸散发总体也呈现下降趋势，实测蒸发皿蒸发的M-K值在-1.96～-3.19之间，表明实测蒸发皿蒸发均通过90%的下降趋势显著性检验。而P-M公式和双源蒸发模型计算的蒸发总体M-K值小于实测蒸发，但均呈现下降趋势，各模型计算夏季蒸发下降趋势最为明显。这也表现在图3中各季节蒸发变化趋势中。从图4的相关性分析结果可看出，P-M公式在各个季节相关性中好于双源蒸发模型，夏季相关性最高，冬季相关性最弱。

2.4 月尺度比较

在季节尺度比较的基础上，对两种蒸发计算模型月尺度进行分析，分析结果如图5所示。

图5 P-M公式、双源蒸散发计算模型及蒸发皿观测值月尺度比较

从图5中可看出，和实测蒸发皿蒸发相比，P-M公式计算值偏大，而双源蒸发模型月计算值总体偏小，但两种模型计算的蒸发各月值和实测蒸发皿蒸发吻合度均较高。表明两种蒸发计算模型在月蒸发分配过程也具有较好的相关性。

2.5 气象要素和蒸发相关性分析

为定量分析气象要素和辽宁中部平原蒸发相关性，结合主要的4种气象要素分析其相关性，分析结果如图6所示。从图6中可看出，相对湿度和实测蒸发皿的相关性最高，达到0.66，可见，相对湿度是辽宁中部平原区蒸发变化最为敏感的气象要素，其次是气温，其相关系数达到0.59，按照按相关性排序：相对湿度>风速>气温>太阳净辐射。