山西运城吕庄水库水面蒸发浅析

史东凯

（山西省运城市水文水资源勘测分局，山西 运城 044000）

吕庄水库位于涑水河干流中游，属黄河流域黄河水系，位于山西省闻喜县城东北约6 km处，流域面积864 km2，以灌溉、防洪为主的中型水库，设计总库容3600万m3。该区属亚热带半干旱地区，气候特点是十年九旱，春易旱，秋易涝，季风活动影响明显，多年平均气温在8℃～14℃，年蒸发量是年降水量的3.6倍以上，土壤墒情常年基本处于亏损状态。

吕庄水库水文站的水面蒸发量采用器测法观测。1958年5月9日开始观测至1966年6月底，蒸发器为80cm套盆蒸发皿；1966年7月1日至1970年底，蒸发器为80cm套盆蒸发皿与E601型蒸发器，同步观测；1971年至1994年，蒸发器为80cm套盆蒸发皿、E601型蒸发器、20cm口径蒸发器，其中80 cm套盆蒸发皿于1977年底停用，20 cm口径蒸发器于1978年开始使用；1995年至2017年，蒸发器为E601型蒸发器和20cm口径蒸发器，同步观测。

1 资料选取

根据水面蒸发观测仪器使用情况，选取1995年～2017年两种蒸发器观测数据作为分析对象,一是时间长(大于15年),满足分析要求；二是两种仪器使用固定，且在同一观测场内；三是观测场地相对于其他时段更符合蒸发观测规范要求；四是每年12月～2月，E601型蒸发器正常观测，个别年份3月、11月按规定停测，而20 cm蒸发器全年观测，通过换算可获得完整的数据系列。

2 水面蒸发折算系数确定

探求水面蒸发的时空分布规律，必须把不同型号蒸发器测得的水面蒸发折算成统一型号的量进行分析研究。全国各大型蒸发实验站蒸发对比实验资料表明，改进后的E601型蒸发器的代表性、稳定性、折算系数的规律性均优于其他几种常用的蒸发器，且其蒸发量可近似代表天然水体的蒸发量。因此，必须先推求20 cm蒸发器与E601型蒸发器的水面蒸发量折算系数，以满足分析工作的需要。

2.1 非冰期水面蒸发折算系数

通过对非冰期各月E601型蒸发器多年平均值与20 cm口径蒸发器多年平均值相比，得出逐月多年平均折算系数，见表1。

表1 逐月多年平均折算系数表

由表1可知，多年平均折算系数在不同月份存在一定差别，变幅在0.05之内，变化趋势为4月～7月逐渐增大，8月～10月稳定在0.70。

另外，非冰期蒸发折算系数按照4月～7月、8月～10月两个时段，分别进行计算，结果见表2。

表2 非冰期蒸发折算系数表

由表2可知，吕庄水库水文站蒸发折算系数的年极差为0.03，变化不明显，即逐年分段折算系数比较稳定。采用相关关系法求得4月～7月、8月～10月蒸发折算系数分别为0.66和0.70。

2.2 冰期水面蒸发折算系数

通过两种观测仪器，采用相关关系法对1995年～2017年冰期水面蒸发折算系数进行分析得知，3月、11月水面蒸发折算系数分别为0.66和0.73，结合实际，分析确定1月～2月采用3月、12月采用11月水面蒸发折算系数。

根据非冰期与冰期水面蒸发折算系数，结合蒸发观测位置，参照气象要素地理分布，最终确定该站年水面蒸发折算系数为0.68。若遇E601型蒸发器无观测值，即可按20 cm蒸发器观测值换算，保持系列的完整性。

2.3 逐年各月E601型蒸发器观测值

鉴于所选系列逐年1月、2月、12月，个别年份3月、11月E601型蒸发器停测，按照分析确定的蒸发折算系数，用20 cm口径蒸发器观测值换算为E601型蒸发器观测值，生成1995年～2017年逐月蒸发量表，为水面蒸发时空变化规律提供依据，见表3。

表3 1995-2017年逐月蒸发量表

3 水面蒸发时空变化规律

3.1 年内分配

3.1.1 多年平均蒸发量逐月分配

根据吕庄水库水文站多年平均蒸发量绘制逐月分配图，见图1。

图1 吕庄水库水文站多年平均蒸发量逐月分配图

由于5月～6月气温升高，风速较大，导致蒸发量增大；7月作为全年气温最高、光照时间较长的月份，全年蒸发量最大。在多年平均蒸发量分析中，5月～8月为最大连续4个月蒸发，占年总数54.9%，其中最大水面蒸发量发生在7月，占多年平均总量的14.7%，最小水面蒸发量多出现在1月，仅占多年平均蒸发量的2%。

若将全年分为冰期（12月～2月）、汛前（3月～5月）、汛期（6月～9月）、汛后（10月～11月）4个时期，对蒸发量进行对比分析可知：冰期蒸发量最小，占多年平均蒸发量的8.3%；汛后次之，占多年平均蒸发量的9.6%；汛前较大，为多年平均蒸发量的32.3%；汛期最大，为多年平均蒸发量的49.8%。

3.1.2 多年平均逐季分配

依据吕庄水库水文站多年平均蒸发量绘制逐季分配图，见图2。

图2 吕庄水库水文站多年平均蒸发量逐季分配图

由图2可知，一年四季中，冬季（12月～2月）蒸发量占年总量的8.4%，为四季中最小；秋季（9月～11月）蒸发量占年总量的18.1%，为四季中的次小；春季（3月～5月）蒸发量占年总量的32.4%，为四季中次大；夏季（6月～8月）蒸发量占年总量的41.1%，为四季中最大。

3.2 年际分配

3.2.1 逐年分配

通过对吕庄水库水文站多年平均蒸发量分析，绘制逐年分配图，见图3。

图3 吕庄水库水文站蒸发量逐年分配图

由图3分析计算得Cv＝0.185，表明水面蒸发年际变化不大。1995年～2002年年蒸发整体偏大，2004年～2014年年蒸发量呈减少趋势，2015年开始又呈现增大趋势。其中1997年蒸发量最大，为1475.8 mm，年际变幅次大为1996年与1997年达337.6 mm,为多年平均值的33.1%，最大为2002年与2003年达390.5 mm，占多年平均值的38.3%。

3.2.2 五年滑动

绘制吕庄水库水文站多年蒸发量及五年滑动线图，见图4。

图4 吕庄水库水文站蒸发量五年滑动线图

由图4可知，从1997年开始整体呈下降趋势，2005年以前上下波动较大，自2005年以来，水面蒸发总体上呈现平缓下降，波动幅度较小，但减小趋势一致。这就说明随着社会发展，人类对自然界的影响越来越大，蒸发量的观测环境没有大的变动，因此人类活动对蒸发的影响也越来越明显。

4 结语

结合山西省吕庄水库水文站实测数据，确定水面蒸发年折算系数为0.68，其中1月～3月水面蒸发折算系数为0.66，4月～7月水面蒸发折算系数为0.66，8月～10月水面蒸发折算系数为0.70，11月～12月水面蒸发折算系数为0.73。

将所选系列内缺测的E601型蒸发器观测值，用相应的20 cm蒸发器观测值进行换算，得到1995年～2017年逐月水面蒸发量。通过年内、年际水面蒸发分配以及五年滑动系列对比分析，总结山西省吕庄水库水面蒸发时空变化规律。结果表明，水面蒸发从1997年开始整体呈下降趋势，2005年前波动较大，自2005年以来，水面蒸发总体上呈现平缓下降，波动幅度较小，减小趋势一致。