艾比湖湖水蒸发量分析

崔 龙，穆振侠，陈 平，张红忠，董文明，黄 静

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 830052;2.新疆维吾尔自治区水利厅头屯河流域管理处，新疆昌吉 831100)

艾比湖是典型的内陆封闭性湖泊，受全球气候变化和人类活动的影响，入湖水量减少，近年来湖面严重萎缩[1]，干涸的湖底面积不断扩大，成为中国的四大沙尘暴源地之一[2]。艾比湖湖面的萎缩使该流域的生态环境受到持续影响[3-4]，我国向西开放的欧亚大陆桥通道有140 km通过该区域，长期受到极大威胁[5]。依据近些年来艾比湖湖面萎缩的速度，可以推算出30～50 a后艾比湖就会完全干涸[6]。艾比湖的综合治理已经引起各级政府的高度重视。2000年6月新疆维吾尔自治区(以下简称新疆)人民政府批准建立新疆艾比湖湿地自然保护区，采取综合性措施治理艾比湖流域生态环境，保证入湖水量[7-8]，保障艾比湖稳定的水位[9]。稳定的水位与湖区湿地保护目标有关，水位直接影响湖面蒸发，所要求的入湖水量是变化的，这又与区域水资源配置直接相关。为此，笔者研究艾比湖湖水蒸发量的计算方法，探索不同湖面水位与湖水蒸发量的关系，旨在为艾比湖保障水位的确定及区域水资源配置提供依据。

1 研究区概况

艾比湖位于新疆博尔塔拉蒙古自治州精河县境内，湖泊呈西北-东南走向，其西北是著名的风区阿拉山口，这里是新疆全年大风日数最多的地区，常年干旱少雨，气候干燥，降水稀少，日照充足，年均气温是8.3℃，年均降水量90.9 mm。近些年来，艾比湖的入湖水量不断减少，致使湖泊的西北部分裸露为干涸的湖底，湖面向东南方向萎缩，呈现了如肾状的湖面。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

没有艾比湖湖面的实测蒸发数据，因此采用距艾比湖较近的阿拉山口气象站和精河气象站测量的蒸发量数据。阿拉山口气象站位于艾比湖西北的戈壁滩上，地理位置北纬 45°11'，东经 82°34'，海拔高程338m，距湖中心约44km，平均每年8级以上的大风有163.8d，最大风速40m/s以上。精河气象站在艾比湖南侧的精河县城，地理位置北纬44°36'，东经82°54'，海拔高程321 m，距湖中心约29 km。本次搜集到这两个气象站自1971年来30 a的平均逐月蒸发量资料。精河气象站与阿拉山口气象站多年平均蒸发量与实测月蒸发量见表1。

根据2007年和2008年对艾比湖的实地测量数据，确定艾比湖湖面面积与水位的关系:湖面面积127.8 km2，水位 193 m;湖面面积 217.3 km2，水位193.5 m;湖面面积 312.0 km2，水位 194 m;湖面面积421.5 km2，水位 194.5 m。

2.2 计算公式

2008年，对艾比湖水位进行测量，结果发现艾比湖东南的常年蓄水水位低于195 m，因此本研究主要计算艾比湖195 m水位以下的水面区域的湖水蒸发量。

根据气象站20 cm口径小型蒸发器的蒸发观测资料，结合新疆关于E601型蒸发器与20 cm口径小型蒸发器的蒸发量关系研究成果，以E601型蒸发器观测值近似作为艾比湖湖水蒸发量，估算气象站位置的水面蒸发量;再依据气象站与艾比湖湖区的相对位置距离，计算艾比湖湖水蒸发量。湖水蒸发量ΔWE的计算公式为

式中:E水为单位面积湖水蒸发量;F水为湖面面积。

2.3 相关参数的确定

单位面积湖水蒸发量E水可由水文站或气象站实测的蒸发量资料经换算后得到。湖水蒸发量的观测通常使用的仪器有E601型蒸发器、80 cm口径套盆式蒸发器、20 cm口径小型蒸发器和20 m2大型蒸发池等。用不同仪器观测的蒸发量要折算为大水体蒸发量，其计算公式为

式中:K1为仪器观测的蒸发量与大水体蒸发量的转换系数，通常取0.66;K2为20 cm口径小型蒸发器与E601蒸发器的转换系数，通常取0.673;E测为利用仪器观测到的蒸发量。

2.4 艾比湖湖水蒸发量的计算

艾比湖处于风区位置，精河气象站与阿拉山口气象站位于艾比湖的不同方向，阿拉山口气象站处于艾比湖上风口。有研究表明，湖区上下风向蒸发量的差异可达11% ～38%[10]。为综合反映两个气象站的信息，较合理地确定艾比湖不同水位的湖水蒸发量，选用加权平均法确定艾比湖湖水蒸发量，计算公式为

其中d1，d2分别为精河气象站和阿拉山口气象站至计算站点艾比湖湖心的距离权重，可按下式计算:

表1 气象站多年平均蒸发量与实测月蒸发量 mm

选取艾比湖中心点，计算中心点与两气象站的距离。通过计算得到阿拉山口气象站与艾比湖中心点的距离为44.37 km，精河气象站与艾比湖中心点的距离为28.88 km，则精河气象站至艾比湖中心点的距离权重d1为0.394，阿拉山口气象站至艾比湖中心点的距离权重d2为0.606。

3 艾比湖不同水位湖水蒸发量的确定

3.1 湖水蒸发量的计算结果

采用前述方法，计算得到不同月份不同水位下艾比湖湖水蒸发量，见表2。

3.2 结果分析

由于艾比湖的坡度极为平缓，湖水蒸发量受湖面面积变化的影响很大，特别是从5月份开始湖水蒸发量迅速增加，7月份达到最高值，9月份呈下降趋势。艾比湖5—8月的湖水蒸发量占全年湖水蒸发量的近67%，而这段时间艾比湖周边气候干燥、阳光充足，又正值农林牧业用水高峰，湖面水位下降快，干涸速度加快，沉积大量盐分的裸露湖面面积也随之迅速扩大，形成丰富的盐尘，加上这一时期大风较为集中，艾比湖成为盐尘暴广袤的盐源策源地。因此，这一阶段是艾比湖需水量最大的时期，只有充分保证这一阶段艾比湖的入湖水量和湖面水位，才能将干涸裸露的湖面面积限定在尽可能小的范围内，才能抑制盐尘，减少盐尘暴。也就是说，从9月到次年的3月艾比湖的入湖水量可减少，但从4月开始则应设法逐渐增加入湖水量，以补充、平衡逐月增加的湖水蒸发量。

4 结语

要从根本上改变艾比湖的生态环境，核心是保证艾比湖的水量。增加入湖水量，可以恢复湖周植被，使风沙减弱，抑制沙源地的扩充[11]。但如果湖面面积过度扩张，不仅会导致次生盐渍化，还会影响铁路交通运输等。有效调控艾比湖的入湖水量，必须对艾比湖流域的水资源状况进行综合评价，经过充分的分析、论证，给出一个科学的、合理的水资源调配方案。满足艾比湖湖水的需求量是一个动态的水资源供给和补给的过程，既要考虑年际变化，又要顾及季节性变化和其他因素。

分析艾比湖湖水蒸发量，能为推算艾比湖各月所需水量的平衡点，确保艾比湖处于最优运行水位提供重要的参考依据。

致谢:本文得到姜卉芳教授的悉心指导，在此表示诚挚的感谢。

表2 艾比湖不同月份不同水位湖水蒸发量

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