不同蒸散發(fā)模型在大凌河流域的對比運用研究

李 非

（遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003）

1 引 言

蒸散發(fā)是水文循環(huán)的重要組成部分，如何定量估算流域的蒸散發(fā)一直是國內(nèi)外學者研究的重要課題，也取得了許多的運用成果,但不同蒸散發(fā)模型在不同流域都具有一定的適用性，而蒸散發(fā)量的正確估算對于水文模擬至關(guān)重要，特別是在無資料地區(qū)的水文模擬，由于缺少實測蒸發(fā)皿數(shù)據(jù)，蒸散發(fā)只能通過蒸散發(fā)模型來進行有效的估算，不同蒸散發(fā)模型在不同流域其估算精度不同，且需求的數(shù)據(jù)也不同，因此應結(jié)合流域?qū)嶋H情況，選擇在流域具有適用性好的蒸散發(fā)模型。本文以大凌河流域作為研究區(qū)域，該區(qū)域處于東亞季風區(qū)與西北干旱非季風區(qū)迂回區(qū)域，使得流域多年平均蒸發(fā)量高于降水4.5倍。因此此文以大凌河大城子水文站以上為研究流域，將如今運用較為廣泛的雙源蒸散發(fā)模型和P-M公式在研究流域進行對比分析，分析兩個蒸散發(fā)模型在大凌河流域的適用性，并結(jié)合流域內(nèi)氣象要素數(shù)據(jù)和實測蒸發(fā)皿數(shù)據(jù)，定量分析氣象要素變化對蒸發(fā)皿蒸發(fā)的影響，研究成果對于大凌河流域蒸散發(fā)的估算和水資源評價提供重要的參考價值。

2 研究方法及研究區(qū)域概況

分別運用雙源蒸散發(fā)模型和P-M計算大凌河大城子以上流域蒸散發(fā)，收集了流域內(nèi)朝陽氣象站1964—2000年的日觀測數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)包括平均水汽壓、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、平均風速、日照時間及輻射資料等。

2.1 雙源蒸散發(fā)模型

雙源蒸散發(fā)模型將植被和土壤考慮成2個單獨的蒸發(fā)源，分別建立植被和土壤蒸發(fā)模型，模型的具體原理，考慮文章篇幅，參見《雙源蒸散發(fā)模型估算潛在蒸散發(fā)量的對比》等相關(guān)文獻。

2.2 P-M公式

P-M公式是由聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）推薦使用的參考作物蒸發(fā)蒸騰量計算公式，具有較好通用性。計算公式：

其中：ETref表示參考作物蒸散量，mm/d；△表示飽和水汽壓—溫度曲線上的斜率 ，kPa/℃；Rn表示太陽凈輻射，MJ/m2；G 表示土壤熱通量，MJ/（m2·d）；γ表示空氣濕度常數(shù)，kPa/℃；Ta表示空氣平均氣溫 ，℃；u2表示 2 m處平均風速，m/s；es表示飽和水汽壓 ，kPa；ea表示溫度時水汽壓 ，kPa。

2.3 研究區(qū)域概況

大凌河全長397 km，是遼寧省西部最大的河流,流域面積2.35×104km2，流域內(nèi)年降水量450～600 mm，流域降水量主要集中7、8兩個月份。流域年均徑流量16.67×108m3，流域多年平均蒸發(fā)量為。此文選取大凌河上游大城子水文站作為研究區(qū)域，研究區(qū)集水面積為5029 km2，研究流域內(nèi)共有16個降雨站點。

3 不同蒸散發(fā)模型計算結(jié)果對比研究

3.1 年尺度分析

基于朝陽氣象站1964—2000年的實測觀測氣象數(shù)據(jù)級流域葉面積指數(shù)數(shù)據(jù)，運用雙源蒸散發(fā)模型和P-M公式計算流域年蒸散發(fā)，并結(jié)合大城子站1964—2000年實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)資料，定量分析了計算蒸散發(fā)和實測蒸散發(fā)的相關(guān)性，具體結(jié)果，見圖1，2。

圖2為運用雙源蒸散發(fā)模型和P-M公式計算的蒸散發(fā)及實測蒸發(fā)皿1964-2000年蒸散發(fā)年變化趨勢圖，從圖中可以看出，兩種蒸散發(fā)模型計算的年蒸散發(fā)均呈現(xiàn)下降趨勢，其M-K統(tǒng)計值分別為-2.09（P-M 公式）和-2.258（ 雙源蒸散發(fā)模型），均通過了置信度為95%的顯著性檢驗，這和大城子站實測蒸發(fā)皿蒸散發(fā)變化趨勢是一致的，實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)M-K統(tǒng)計值為-3.68。繪制為PM公式和雙源蒸散發(fā)模型與實測蒸發(fā)皿之間的相關(guān)圖，可知，P-M公式與實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)的相關(guān)性為0.36，雙源蒸散發(fā)模型與實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)相關(guān)性為0.42，可見，雙源蒸散發(fā)模型與實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)具有更好的相關(guān)性。

3.2 月尺度分析

在年尺度分析的基礎(chǔ)上，考慮到月蒸發(fā)分布的影響，統(tǒng)計分析了雙源蒸散發(fā)模型、P-M公式以及實測蒸發(fā)皿月尺度蒸散發(fā)變化，結(jié)果見圖3和表1。

繪制實測蒸發(fā)皿和雙源蒸散發(fā)以及P-M公式計算的月蒸散發(fā)對比圖，可以看出，2個模型計算的月蒸散發(fā)和實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)在過程上具有較好的吻合度，7—9月份為大凌河流域蒸發(fā)量最大的幾個月份。表1為統(tǒng)計的P-M公式以及雙源蒸散發(fā)模型和實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)之間觀測值的比較，從表中可以看出，雙源蒸散發(fā)與觀測值較為接近，且雙源蒸散發(fā)計算值大于P-M蒸散發(fā)計算的蒸散發(fā)值，這主要是因為雙源蒸散發(fā)考慮了土壤和植被的蒸散發(fā)，而P-M公式未考慮植被蒸散發(fā)的影響，因此雙源蒸散發(fā)計算值比P-M公式計算值大。

4 不同氣象要素與蒸發(fā)皿蒸發(fā)的相關(guān)性分析

圖1 P-M公式、雙源蒸散發(fā)計算模型及實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)多年變化趨勢的比較

基于朝陽氣象站1964—2000年氣象要素數(shù)據(jù)，采用反距離加權(quán)平均方法將朝陽站氣象數(shù)據(jù)插值到大城子水文站所在位置的氣象數(shù)據(jù)，定量分析了不同氣象要素對實測蒸發(fā)皿蒸散發(fā)的影響。

圖2 P-M公式、雙源蒸散發(fā)模型與觀測值相關(guān)關(guān)系

表1 P-M公式、雙源蒸散發(fā)計算模型與蒸發(fā)皿觀測值的比較mm

圖3為大凌河流域年實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)與各氣象要素之間相關(guān)關(guān)系，從圖中可以看出大凌河流域年蒸散發(fā)與氣溫、相對濕度、風速以及凈幅射相關(guān)系數(shù)分別為-0.28，072，0.22以及0.2，可見相對濕度與實測蒸發(fā)皿相關(guān)性最高，其次是氣溫和風速，凈幅射相關(guān)性最弱。

5 結(jié) 論

運用雙源蒸散發(fā)模型和P-M公式分別計算了大凌河流域的蒸散發(fā)，并與實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)進行了對比分析，在此基礎(chǔ)上，定量分析了不同氣象要素和實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)之間的相關(guān)性，研究取得以下結(jié)論：

圖3 大凌河流域年尺度蒸發(fā)皿蒸發(fā)與各氣象要素相關(guān)關(guān)系

1）雙源蒸散發(fā)模型和P-M公式計算的蒸散發(fā)和實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)都較為吻合，兩個模型中，雙源蒸散發(fā)模型計算的蒸散發(fā)在年尺度和月尺度上與實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)相關(guān)性均最高，雙源蒸散發(fā)模型更適合于大凌河流域的蒸散發(fā)計算；

2）相對濕度與實測蒸發(fā)皿蒸發(fā)的相關(guān)性最高，其次是氣溫和風速，凈幅射相關(guān)性最低。

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