陆水水库E-601型蒸发器和20m2蒸发池观测值相互关系分析

吴士夫，伏 琳，焦 阳

（长江中游水文水资源勘测局，武汉 430012）

1 蒸发及其影响因素

1.1 蒸发的重要性

蒸散发是水文循环中自降水到达地面后由液态或固态转化为水汽返回大气的现象，是水面和陆面与大气之间水量交换的形式之一。陆地上一年的降水约66%通过蒸散发返回大气，由此可见蒸散发是水文循环的重要环节。而对径流形成来说，蒸散发则是一种损失。蒸散发在水量平衡研究和水利工程规划中是不可忽视的影响因素。测量自由水面和地表的蒸发以及植被地表的蒸腾对于水文模拟、水文气象学及农业的研究是非常重要的。其中蒸发量的月、年分布是水资源学科研究的重要内容之一。在基层水文站主要观测水面蒸发。水面蒸发量也称最大可能蒸发量，是指在水体充分大时，有充足水份供应、由大气状况控制的蒸发过程的最大蒸发能力。它主要受当地天气气候条件的影响，一般与当地的太阳辐射、温度、湿度和风速等关系密切。前人的众多实验说明，当蒸发池的直径大于3.5m时，其蒸发量与天然水体较为接近，因此可用20m2或100m2的大型蒸发池的蒸发量与蒸发器的蒸发量之比作为折算系数k。目前，我国设立的大型蒸发池为数甚少，普遍采用E-601型蒸发器观测水面蒸发量。

1.2 影响蒸发的因素

影响蒸发量的因素有气象因子、自然地理因素以及人为因素三个方面。主要的气象因子是气温、湿度、风速、日照时数以及总辐射量等。湿度通常用饱和差指标表示，它包含了由太阳辐射引起的气温影响。风的影响，促使大气产生扩散、对流和紊流，从而促进和加速蒸发的进程，它是水汽离散方面的另一蒸发过程。其它气象因素中的日照、总辐射量、气压等，也往往反应在气温和湿度等气象因子方面。陆水水库坝上站配有20m2蒸发池和E-601型蒸发器两种观测仪器，为了了解它们所测资料的相互关系，以下展开计算分析。

2 分析过程

水面蒸发反映了充分供水条件下地面的蒸发能力，其数值大小主要取决于前已述及的当地气温、地温、饱和差和风速等因素的综合影响。水面蒸发折算系数的时空变化，主要取决于影响天然水体蒸发量和蒸发器蒸发量的各种物理因素——辐射、水温、水汽压差、风速、冷热平流、储热量等的时空差异，其变化特征如下。

（1）折算系数随白昼、夜间、晴、雨等不同情况而变化。月折算系数的年际变化幅度明显大于季和年的折算系数的变化幅度。

（2）折算系数的年内变化一般秋季高于春季；在南方，部分地区春季又低于冬季。

（3）折算系数的地区分布一般由东南沿海向内陆递减，个别地热发育地区E-601折算系数可以大于1.0，如鄂东地区。

本文以此两种蒸发仪器的月年蒸发量和图解法来分析它们之间的换算关系。

2.1 蒸发量的月、年分布比较

本文选择陆水水库坝上站20m2蒸发池和E-601型蒸发器6年（2005-2010）的同步观测资料，计算其各月及年蒸发量多年平均值。表1列出了各月蒸发量的分配过程及多年平均值，以及两者之间的差值和折算系数K（K＝20m2蒸发池蒸发量／E-601型蒸发器蒸发量）。

表1 蒸发量月分配过程表 （单位：mm，%）

分析表1中的数据可知，两种蒸发仪器所测定的蒸发量相差不大，年蒸发量多年平均值20m2蒸发池为782.8mm，E-601型蒸发器为899.1mm。两种蒸发仪器所测定的蒸发量年内各月分布规律相似，最大值均出现在7月份，20m2蒸发池为118.3mm，E-601型蒸发器为135.1mm。最小值均出现在2月份，20m2蒸发池为23.8mm，E-601型蒸发器为30.7mm。一年中蒸发量最大的季节是夏季，月份是7～8月，蒸发量均在100mm以上。蒸发量最小的季节是冬季，月份是1～2月，蒸发量均在35mm以下。其主要原因是夏秋季节的气温、风速以及水汽压差普遍大于春冬季节。

2.2 图解法

图解法也即一元直线回归模型，利用点绘该站E-601型蒸发器与20m2蒸发池多年逐月蒸发量均值进行相关分析，从而建立两种蒸发仪器所测蒸发量之间的统计关系。所采用的模型为一元直线回归模型。即20m2蒸发池蒸发量＝a＋b×E-601型蒸发器蒸发量。图1为两种蒸发量的相关图，图中将一年的蒸发量分为2个部分，1～7月为上半部分，8～12月为下半部分。这样出来的相关关系较好。少数关系点子偏离点群较远，这反映了蒸发量影响因素的年际年内变化的不稳定性。

图1 两种蒸发量的相关图

2.3 折算系数

由以上图解法分析出的折算系数年内分布呈现出2种趋势，但从总体上看，关系点分布较好，具备定线的条件。所以通过关系点的点群中心定线，并据此推求出1～7月和8～12月蒸发折算系数。1～7月和8～12月蒸发折算系数分别为0.830、0.941。据蒸发量月年分布，1～7月E-601型蒸发器与20m2蒸发池的蒸发量各月折算系数在0.705～0.876之间，均值为0.797；8～12月则在0.913～0.983，均在0.9以上，均值为0.949。两种蒸发量值在8～12月份比较接近，折算系数最接近于1。两种分析方法所得出的折算系数特征相吻合，可互相印证。

2.4 合理性分析

由道尔顿蒸发公式可知，导致两种蒸发器蒸发量有差异的主要原因是风速和饱和汽压差等。其中饱和汽压差和气温、水温关系紧密。虽两种仪器都是埋入地下，但E-601型蒸发器的容量要比20m2蒸发池的小很多，热容量就少很多，水温升高也比后者快很多。而饱和水汽压随温度升高而增大，同一气温下，水温越高，蒸发越快，也即不同蒸发观测设备受气候影响产生器质性变化的差异显现。所以，一般情况下E-601型蒸发器的蒸发量要比20m2蒸发池大一些。

陆水流域属亚热带湿润型大陆性季风气候，具有雨量充沛，雨热同季的特点，既是一个典型的暴雨多发地区，又是一个干旱常见地区，洪涝干旱灾害频繁。多年平均降雨量1 500mm。在发生降雨时，日照条件差、气温降低、空气中相对湿度较大，因而蒸发量较小。两者的蒸发量观测值差异也较小。但发生暴雨时，由于E-601型蒸发器内的水深大于外层水圈，其溅出的水要多于水圈溅入的水，这部分水量损失会被计算成蒸发量，从而增大了其与20m2蒸发池蒸发量的相对误差。

在没有降水发生时，蒸发主要受气温变化的影响而发生变化。一般情况下，昼夜温差的季节变化从大到小依次是春季、冬季、秋季、夏季。20m2蒸发池的热容量较大，其昼夜蒸发量差异较小，受温差变化的影响要远小于E-601型蒸发器。白天有日照时气温升高快，E-601型蒸发器受其影响水温升温也快，蒸发量就要大于20m2蒸发池。而在夜间气温降低，E-601型蒸发器虽受其影响水温降低速率快于20m2蒸发池，但由于夜间总的蒸发量（在不发生昼夜天气转变的情况下）一般都稍小。这时候E-601型蒸发器观测值不会小于20m2蒸发池太多。换言之，昼夜温差中“昼”的影响大于“夜”。冬季虽昼夜温差比秋季稍大，但由于其基本温度本身很低，蒸发量较小，差异也不会最明显。所以两者蒸发量的差异在昼夜温差最大的春季呈现最大的状况。

由于E-601型蒸发器和20m2蒸发池安装高度相近，又都大部分埋于土里，风速对二者的差异应无过多影响。

3 结 语

笔者依据该站E-601型蒸发器与20m2蒸发池蒸发同步观测资料 ，分析了两种蒸发观测仪器所测蒸发量的相互关系。得出以下结论：

（1）一般情况下，E-601型蒸发器蒸发量月观测值比20m2蒸发池蒸发量月观测值大。该站两种蒸发观测仪器之间的多年平均折算系数为0.871。

（2）E-601型蒸发器与20m2蒸发池观测值的相互关系用图解法为：1～7月：20m2蒸发池蒸发量＝-6.2882＋0.8999×E-601型蒸发器蒸发量。8～12月：20m2蒸发池蒸发量＝3.9631＋0.8946×E-601型蒸发器蒸发量。

（3）E-601型蒸发器的折算系数较接近于1，在小型蒸发器中具有较好的优势。本文主要考虑的是气温和日照时数对蒸发的影响，对风速、大气压等气象因子的影响没有做出具体分析。该站这方面的分析还有待获得更全面的基础资料后，再作进一步的探讨。

［1］达 伟，李 萍.且末站不同蒸发器蒸发量相互关系的分析［J］.巴州科技，2006，（2）：24-26.

［2］芮孝芳.水文学原理［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.