艾比湖湖水蒸發(fā)量分析

崔 龍，穆振俠，陳 平，張紅忠，董文明，黃 靜

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052;2.新疆維吾爾自治區(qū)水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉 831100)

艾比湖是典型的內(nèi)陸封閉性湖泊，受全球氣候變化和人類活動的影響，入湖水量減少，近年來湖面嚴(yán)重萎縮[1]，干涸的湖底面積不斷擴大，成為中國的四大沙塵暴源地之一[2]。艾比湖湖面的萎縮使該流域的生態(tài)環(huán)境受到持續(xù)影響[3-4]，我國向西開放的歐亞大陸橋通道有140 km通過該區(qū)域，長期受到極大威脅[5]。依據(jù)近些年來艾比湖湖面萎縮的速度，可以推算出30～50 a后艾比湖就會完全干涸[6]。艾比湖的綜合治理已經(jīng)引起各級政府的高度重視。2000年6月新疆維吾爾自治區(qū)(以下簡稱新疆)人民政府批準(zhǔn)建立新疆艾比湖濕地自然保護區(qū)，采取綜合性措施治理艾比湖流域生態(tài)環(huán)境，保證入湖水量[7-8]，保障艾比湖穩(wěn)定的水位[9]。穩(wěn)定的水位與湖區(qū)濕地保護目標(biāo)有關(guān)，水位直接影響湖面蒸發(fā)，所要求的入湖水量是變化的，這又與區(qū)域水資源配置直接相關(guān)。為此，筆者研究艾比湖湖水蒸發(fā)量的計算方法，探索不同湖面水位與湖水蒸發(fā)量的關(guān)系，旨在為艾比湖保障水位的確定及區(qū)域水資源配置提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

艾比湖位于新疆博爾塔拉蒙古自治州精河縣境內(nèi)，湖泊呈西北-東南走向，其西北是著名的風(fēng)區(qū)阿拉山口，這里是新疆全年大風(fēng)日數(shù)最多的地區(qū)，常年干旱少雨，氣候干燥，降水稀少，日照充足，年均氣溫是8.3℃，年均降水量90.9 mm。近些年來，艾比湖的入湖水量不斷減少，致使湖泊的西北部分裸露為干涸的湖底，湖面向東南方向萎縮，呈現(xiàn)了如腎狀的湖面。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

沒有艾比湖湖面的實測蒸發(fā)數(shù)據(jù)，因此采用距艾比湖較近的阿拉山口氣象站和精河氣象站測量的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。阿拉山口氣象站位于艾比湖西北的戈壁灘上，地理位置北緯 45°11'，東經(jīng) 82°34'，海拔高程338m，距湖中心約44km，平均每年8級以上的大風(fēng)有163.8d，最大風(fēng)速40m/s以上。精河氣象站在艾比湖南側(cè)的精河縣城，地理位置北緯44°36'，東經(jīng)82°54'，海拔高程321 m，距湖中心約29 km。本次搜集到這兩個氣象站自1971年來30 a的平均逐月蒸發(fā)量資料。精河氣象站與阿拉山口氣象站多年平均蒸發(fā)量與實測月蒸發(fā)量見表1。

根據(jù)2007年和2008年對艾比湖的實地測量數(shù)據(jù)，確定艾比湖湖面面積與水位的關(guān)系:湖面面積127.8 km2，水位 193 m;湖面面積 217.3 km2，水位193.5 m;湖面面積 312.0 km2，水位 194 m;湖面面積421.5 km2，水位 194.5 m。

2.2 計算公式

2008年，對艾比湖水位進行測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)艾比湖東南的常年蓄水水位低于195 m，因此本研究主要計算艾比湖195 m水位以下的水面區(qū)域的湖水蒸發(fā)量。

根據(jù)氣象站20 cm口徑小型蒸發(fā)器的蒸發(fā)觀測資料，結(jié)合新疆關(guān)于E601型蒸發(fā)器與20 cm口徑小型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量關(guān)系研究成果，以E601型蒸發(fā)器觀測值近似作為艾比湖湖水蒸發(fā)量，估算氣象站位置的水面蒸發(fā)量;再依據(jù)氣象站與艾比湖湖區(qū)的相對位置距離，計算艾比湖湖水蒸發(fā)量。湖水蒸發(fā)量ΔWE的計算公式為

式中:E水為單位面積湖水蒸發(fā)量;F水為湖面面積。

2.3 相關(guān)參數(shù)的確定

單位面積湖水蒸發(fā)量E水可由水文站或氣象站實測的蒸發(fā)量資料經(jīng)換算后得到。湖水蒸發(fā)量的觀測通常使用的儀器有E601型蒸發(fā)器、80 cm口徑套盆式蒸發(fā)器、20 cm口徑小型蒸發(fā)器和20 m2大型蒸發(fā)池等。用不同儀器觀測的蒸發(fā)量要折算為大水體蒸發(fā)量，其計算公式為

式中:K1為儀器觀測的蒸發(fā)量與大水體蒸發(fā)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，通常取0.66;K2為20 cm口徑小型蒸發(fā)器與E601蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)換系數(shù)，通常取0.673;E測為利用儀器觀測到的蒸發(fā)量。

2.4 艾比湖湖水蒸發(fā)量的計算

艾比湖處于風(fēng)區(qū)位置，精河氣象站與阿拉山口氣象站位于艾比湖的不同方向，阿拉山口氣象站處于艾比湖上風(fēng)口。有研究表明，湖區(qū)上下風(fēng)向蒸發(fā)量的差異可達(dá)11% ～38%[10]。為綜合反映兩個氣象站的信息，較合理地確定艾比湖不同水位的湖水蒸發(fā)量，選用加權(quán)平均法確定艾比湖湖水蒸發(fā)量，計算公式為

其中d1，d2分別為精河氣象站和阿拉山口氣象站至計算站點艾比湖湖心的距離權(quán)重，可按下式計算:

表1 氣象站多年平均蒸發(fā)量與實測月蒸發(fā)量 mm

選取艾比湖中心點，計算中心點與兩氣象站的距離。通過計算得到阿拉山口氣象站與艾比湖中心點的距離為44.37 km，精河氣象站與艾比湖中心點的距離為28.88 km，則精河氣象站至艾比湖中心點的距離權(quán)重d1為0.394，阿拉山口氣象站至艾比湖中心點的距離權(quán)重d2為0.606。

3 艾比湖不同水位湖水蒸發(fā)量的確定

3.1 湖水蒸發(fā)量的計算結(jié)果

采用前述方法，計算得到不同月份不同水位下艾比湖湖水蒸發(fā)量，見表2。

3.2 結(jié)果分析

由于艾比湖的坡度極為平緩，湖水蒸發(fā)量受湖面面積變化的影響很大，特別是從5月份開始湖水蒸發(fā)量迅速增加，7月份達(dá)到最高值，9月份呈下降趨勢。艾比湖5—8月的湖水蒸發(fā)量占全年湖水蒸發(fā)量的近67%，而這段時間艾比湖周邊氣候干燥、陽光充足，又正值農(nóng)林牧業(yè)用水高峰，湖面水位下降快，干涸速度加快，沉積大量鹽分的裸露湖面面積也隨之迅速擴大，形成豐富的鹽塵，加上這一時期大風(fēng)較為集中，艾比湖成為鹽塵暴廣袤的鹽源策源地。因此，這一階段是艾比湖需水量最大的時期，只有充分保證這一階段艾比湖的入湖水量和湖面水位，才能將干涸裸露的湖面面積限定在盡可能小的范圍內(nèi)，才能抑制鹽塵，減少鹽塵暴。也就是說，從9月到次年的3月艾比湖的入湖水量可減少，但從4月開始則應(yīng)設(shè)法逐漸增加入湖水量，以補充、平衡逐月增加的湖水蒸發(fā)量。

4 結(jié)語

要從根本上改變艾比湖的生態(tài)環(huán)境，核心是保證艾比湖的水量。增加入湖水量，可以恢復(fù)湖周植被，使風(fēng)沙減弱，抑制沙源地的擴充[11]。但如果湖面面積過度擴張，不僅會導(dǎo)致次生鹽漬化，還會影響鐵路交通運輸?shù)?。有效調(diào)控艾比湖的入湖水量，必須對艾比湖流域的水資源狀況進行綜合評價，經(jīng)過充分的分析、論證，給出一個科學(xué)的、合理的水資源調(diào)配方案。滿足艾比湖湖水的需求量是一個動態(tài)的水資源供給和補給的過程，既要考慮年際變化，又要顧及季節(jié)性變化和其他因素。

分析艾比湖湖水蒸發(fā)量，能為推算艾比湖各月所需水量的平衡點，確保艾比湖處于最優(yōu)運行水位提供重要的參考依據(jù)。

致謝:本文得到姜卉芳教授的悉心指導(dǎo)，在此表示誠摯的感謝。

表2 艾比湖不同月份不同水位湖水蒸發(fā)量

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