玛纳斯河流域水面蒸发综合分析

2022-02-13丁文学

水利科技与经济 2022年1期

丁文学

(乌鲁木齐水文勘测局，乌鲁木齐 830000)

水面蒸发量是反映当地蒸发能力的指标。水面蒸发主要受气温、湿度、风力、辐射等气象因素的综合影响，不同纬度、不同地形条件，其水面蒸发量也不同[1-2]。

玛纳斯河流域地形变化幅度大，加之远离海洋，且高山阻隔，故本流域属于典型的大陆性气候。其特点是干燥少雨，四季分明，冬夏漫长，春秋季短暂，有春季升温快、秋季降温迅速和温差大、光照充足、风沙较大等特性。流域水汽主要来源于湿润的西北环流及北冰洋气流，其水汽受天山山脉的阻挡及多条平行山脉的作用，导致流域气象特征在上、中、下有明显差异。该气候特点是气温随海拔的增加而降低，降水随海拔的增加而增加，蒸发随着海拔的增加而降低。

1 基本资料情况

玛纳斯河流域内水面蒸发观测站点10处，其中气象站点5处，水文站点5处。见表1。

表1 玛纳斯河流域蒸发选用站基本情况表

2 资料插补延长

根据《黄河流域(片)水资源综合规划技术细则》有关要求，水面蒸发采用同步资料系列进行分析。因此，对八家户水文站1980-1982年水面蒸发量选择气候条件较相似的肯斯瓦特水文站作为参证站，采用相关分析法插补展延。相关系数0.78，通过信度α=0.01的统计检验。

3 水面蒸发折算系数

流域内确定水面蒸发量的主要方法是通过Φ20蒸发器观测，然后折算成水体水面蒸发量。由于蒸发器本身体积小，水深、仪器结构、安装形式和材料不同，周围环境的热力条件和动力条件之间的关系与天然水体不同，一般蒸发器所测的蒸发值比天然大水体的蒸发量大。为了解决这个问题，需根据不同型号蒸发器同期对比观测资料确定一个系数，这个系数就是折算系数。流域内蒸发观测站大多使用Φ20蒸发器观测，需按《黄河流域(片)水资源综合规划技术细则》(以下简称《技术细则》)要求统一换算成E601型蒸发器的蒸发量。截至目前，流域内水面蒸发观测站中只有肯斯瓦特水文站有Φ20蒸发器与E601型蒸发皿对比观测资料。选取肯斯瓦特站1986-2013年同期Φ20蒸发器与E601型蒸发皿蒸发量，计算出肯斯瓦特水文站水面蒸发折算系数统计表，见表2。由于冰期肯斯瓦特站E601型蒸发器每年12月份至次年3月份存在结冰现象，导致其中2个月的折算系数大于1。

表2 肯斯瓦特站水面蒸发折算系数统计表(一)

《新疆地表水资源》报告中，通过对全疆有全年对比观测资料的28个站的非冰期折算系数分析，得出非冰期折算系数与全年折算系数仅相差0.0～0.2。由于冰期水面蒸发量很小，因此借用非冰期折算系数的平均值近似代表测站的冰期折算系数，进行各月水面蒸发量的计算是可行的，对年水面蒸发的计算精度不会产生显著的影响。因此，借用肯斯瓦特站非冰期(4-10月份)平均折算系数0.54代替冰期(12-3月份)折算系数，见表3。

表3 肯斯瓦特站水面蒸发折算系数统计表(二)

4 水面蒸发量计算

以E601型蒸发器的蒸发量观测值近似代表水面蒸发量，忽略E601型蒸发器观测值与大水体水面蒸发量之间的差异。由于流域内仅有肯斯瓦特水文站有E601型蒸发器观测资料，其他站点仅有Φ20cm蒸发器观测资料，故借用肯斯瓦特水文站折算系数，统一将选用站Φ20cm蒸发器观测值折算成E601型蒸发器的蒸发量作为该站水面蒸发量。各选用站月水面蒸发量计算公式如下：

玛纳斯河流域水面蒸发选用站蒸发量统计见表4。

表4 玛纳斯河流域水面蒸发选用站蒸发量统计表

5 水面蒸发量年内分配

受气温、湿度等气象因素的综合影响，水面蒸发量的年内分配不均。从表5中可见，连续最大4个月水面蒸发量占年水面蒸发量的65.4%～69.6%，且各月水面蒸发量较为接近，各站均出现在5-8月份。最大月水面蒸发量出现在7月份，占年内蒸发量的16.9%～18.5%；最小月水面蒸发量出现在2月份，占年内蒸发量的0.4%～1.0%。最大月蒸发量是最小月蒸发量的17～36倍。由于流域内气温年差较大，水面蒸发量的年内变幅也较高。图3为山区、平原代表站1980-2013年多年平均逐月水面蒸发量柱状图。从图3中可见，各站水面蒸发量年内变化过程基本相同，山区站连续最大4个月水面蒸发量要略小于平原站。

表5 玛纳斯河流域选用站多年平均水面蒸发量年内分配

图3 山区、平原代表站1980-2013年多年平均逐月水面蒸发量柱状图

水面蒸发量的季节变化主要表现在夏季大、冬季小。在春、夏、秋、冬四季中，夏季(6-8月份)气温高，水面蒸发量大，占年蒸发量的43%～52%；冬季(12-2月份)气温低，水面蒸发量小，仅占年蒸发量的2%～8%；春季(3-5月份)和秋季(9-11月份)水面蒸发量居中，由于春季多风，故春季蒸发量略大于秋季。图4为山区、平原代表站四季多年平均水面蒸发量占年水面蒸发量百分比饼状图。由图4可知，在四季水面蒸发量的分配上，山区和平原是一致的。

图4 山区、平原代表站四季多年平均水面蒸发量占年水面蒸发量百分比饼状图

6 水面蒸发年际变化

由于影响水面蒸发的气象要素年际变化不大，因此也决定了水面蒸发量年际变化较小。选取10处实测水面蒸发资料(已折算成E601型蒸发器的蒸发量)系列较长、代表性较好的站点为代表，进行水面蒸发量年际变化分析，代表站水面蒸发量年际变化统计见表6。

表6 选用站水面蒸发量年际变化统计表

从表6中可以看出，水面蒸发量的年际变化不大，较为稳定，其变幅小于降水和径流。最大年水面蒸发量与最小年水面蒸发量的极值比在1.28～2.60之间，变差系数Cv值在0.064～0.233之间。在选用站中，莫索湾气象站水面蒸发年际变化最小，最大年与最小年水面蒸发极值比为1.26，变差系数Cv值仅为0.064。

流域内各地间水面蒸发量最大年出现时间同步性较好，最小年出现时间同步性较差，这也说明了流域内气温、湿度、风速、辐射等气象因素及地形、地貌等下垫面条件的综合影响是基本一致的。

7 干旱指数

干旱指数是反映某一地区气候干、湿程度的指标之一。干旱指数是以年水面蒸发能力与年降水量的比值来表示。由于缺乏水面蒸发能力的实测资料，近似以E601型蒸发器水面蒸发量代替水面蒸发能力。干旱指数与气候干、湿分带关系极为密切，通常干旱指数小于1.0时，说明该区域降水量超过水面蒸发能力，气候湿润或十分湿润；干旱指数在1.0～3.0之间时，说明该区域降水量接近水面蒸发能力，气候半湿润；干旱指数在3.0～7.0之间时，说明该区域水面蒸发能力大于降水量，气候偏于干旱；干旱指数大于7.0时，气候干旱，且干旱指数越大，气候干旱程度越强烈。干旱指数与气候干、湿分带关系见表7。

表7 干湿程度分级表

本次采用两种方法进行干旱指数的计算。对于有水面蒸发实测资料的选用站，则根椐各站多年平均年水面蒸发量(E601型蒸发器折算值)和多年平均年降水量计算各站的干旱指数；对于无水面蒸发量实测资料的区域，则根椐1980-2013年多年平均降水量等值线图与多年平均水面蒸发量等值线图重叠在一起，找出交叉点的多年平均降水量和多年平均水面蒸发量，各站干旱指数计算值见表8。