渭河天水測區(qū)兩種蒸發(fā)儀器觀測資料折算系數(shù)分析

秦學(xué)謙，呂剛，張俊峰，楊國虎，李小東

（三門峽庫區(qū)水文水資源局，河南三門峽472000）

渭河天水測區(qū)兩種蒸發(fā)儀器觀測資料折算系數(shù)分析

秦學(xué)謙，呂剛，張俊峰，楊國虎，李小東

（三門峽庫區(qū)水文水資源局，河南三門峽472000）

根據(jù)天水測區(qū)武山水文站和社棠水文站1992～2010年共19年的蒸發(fā)量資料，采用圖解相關(guān)法和分析統(tǒng)計(jì)法分析計(jì)算了20 cm口徑蒸發(fā)皿對E－601蒸發(fā)器的折算系數(shù)，并對其進(jìn)行誤差評(píng)定。最后，建議武山站折算系數(shù)采用0.696，社棠站折算系數(shù)采用0.778。

渭河天水測區(qū)；E－601蒸發(fā)器；20 cm口徑蒸發(fā)皿；折算系數(shù)；圖解相關(guān)法；分析統(tǒng)計(jì)法

0 引言

1988年，我國水利電力部批準(zhǔn)發(fā)布的《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》（SD265-88）規(guī)定，E－601型蒸發(fā)器為水面蒸發(fā)觀測的標(biāo)準(zhǔn)儀器，冰期采用E－601型蒸發(fā)器困難的，可以采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測［1］。渭河上游天水測區(qū)只有武山、社棠兩個(gè)蒸發(fā)觀測站，兩站在冰期主要采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測，非冰期采用E－601蒸發(fā)器觀測。由于一直未對兩種儀器觀測的水面蒸發(fā)量的折算系數(shù)進(jìn)行分析，給資料的適用帶來很大不便。筆者根據(jù)武山水文站和社棠水文站的蒸發(fā)量資料，采用圖解相關(guān)法和分析統(tǒng)計(jì)法分析兩種蒸發(fā)儀器的關(guān)系，以期為蒸發(fā)量資料的完善提供依據(jù)。

1 觀測儀器口徑對折算系數(shù)的影響

眾所周知，越接近大水體的蒸發(fā)儀器觀測的資料越能代表天然水面蒸發(fā)量［2］。但是，絕大多數(shù)水文站沒有這樣的觀測儀器。所以，各國都設(shè)有專門的大型實(shí)驗(yàn)站來探求不同口徑、不同類型蒸發(fā)器的折算系數(shù)。國內(nèi)、外大量觀測數(shù)據(jù)顯示，水面蒸發(fā)量與蒸發(fā)器口徑有很大關(guān)系。在同一地點(diǎn)、同一時(shí)期，各類型蒸發(fā)器測得的水面蒸發(fā)量不同［3］。

我國水利或氣象部門也做了大量的對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，以20m2蒸發(fā)池觀測的蒸發(fā)量為準(zhǔn)的E－601型蒸發(fā)器的折算系數(shù)最大為0.93～0.98，20 cm口徑蒸發(fā)皿折算系數(shù)最小為0.51～0.69。

由于E－601型蒸發(fā)器觀測的蒸發(fā)量與20m2蒸發(fā)池觀測的蒸發(fā)量非常接近，折算系數(shù)趨近于1，所以，我國規(guī)定改進(jìn)后的E－601蒸發(fā)器為我國水面蒸發(fā)觀測的標(biāo)準(zhǔn)儀器。

2 武山水文站兩種蒸發(fā)儀器折算系數(shù)分析

小型蒸發(fā)器對E－601蒸發(fā)器的折算系數(shù)（K）定義為E－601蒸發(fā)量與小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量之比。由于蒸發(fā)量受多種因素的影響，日觀測值變動(dòng)較大，導(dǎo)致日折算系數(shù)的變動(dòng)范圍也較大，實(shí)際意義不大。所以，本文只給出了月平均折算系數(shù)。

2.1 武山水文站基本情況

武山水文站位于甘肅省武山縣城關(guān)北，于1974年7月1日設(shè)站，屬于國家基本站、渭河上游重要控制站。該站1975年開始觀測蒸發(fā)量，1978年至今，非冰期一直采用改進(jìn)后的E－601型蒸發(fā)器觀測，冰期采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測；從1991年開始，在最早出現(xiàn)蒸發(fā)器封凍的月份和最晚解凍的月份，進(jìn)行兩種儀器的重疊觀測，但重疊觀測的月份略有變化。1991～2002年，重疊觀測的月份是每年的3月和11月；2003年，重疊觀測的月份是3月和10月；2004年至今，重疊觀測的月份是每年的4月和10月。

2.2 折算系數(shù)分析

本次計(jì)算采用的資料系列是1992～2010年共19年38組月值，計(jì)算方法分別采用圖解相關(guān)法和分析統(tǒng)計(jì)法。

（1）圖解相關(guān)法。以1992～2010年共19年38組的月值建立E－601蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量相關(guān)關(guān)系，如圖1所示。從圖1可以看出，E－601型蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測的蒸發(fā)量關(guān)系點(diǎn)呈帶狀分布，具有較好的相關(guān)性。若以線性數(shù)學(xué)模型建立相關(guān)關(guān)系，其擬合方程為式（1），相關(guān)系數(shù)R＝0.974。若關(guān)系圖相關(guān)線設(shè)置成截距為0，則折算系數(shù)為0.662，R＝0.968。

E－601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量＝20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量×0.599＋6.925（1）

（2）分析統(tǒng)計(jì)法。1992～2010年，武山站E－601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測月值及各月折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

對表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，得出武山站E－601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿3、4、10、11月的平均折算系數(shù)分別為：0.648、0.648、0.761、0.736，其平均值為0.696。

圖1 武山水文站兩種蒸發(fā)儀器的月值相關(guān)圖Fig.1 M onthly value of two kinds of evaporating instrument in W ushan hydrologic station

表1 武山站E-601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量月值統(tǒng)計(jì)表Tab.1 M onthly value of Wushan station E－601 evaporating pan and 20 cm diameter evaporating pan

2.3 誤差評(píng)定

對用圖解法計(jì)算的武山站兩種儀器觀測的折算系數(shù)和用統(tǒng)計(jì)分析法計(jì)算的各月折算系數(shù)與月樣本統(tǒng)計(jì)的折算系數(shù)均值進(jìn)行比較和相對誤差統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，以月樣本統(tǒng)計(jì)得出的折算系數(shù)均值與各月和圖解法得出的折算系數(shù)的誤差均在±10%以內(nèi)。所以，建議武山站采用折算系數(shù)為0.696。

表2 武山站折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 W ushan station convert coefficient

3 社棠水文站兩種蒸發(fā)儀器折算系數(shù)分析

3.1 社棠水文站基本情況

社棠水文站于1972年1月1日設(shè)立，位于甘肅省天水市麥積區(qū)社棠鎮(zhèn)，是渭河水系牛頭河支流的把口站，屬于國家基本站。社棠站從1991年開始觀測蒸發(fā)量至今，非冰期一直采用改進(jìn)后的E－601型蒸發(fā)器觀測蒸發(fā)量，冰期采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測蒸發(fā)量，且每年在最早出現(xiàn)蒸發(fā)器封凍的月份和最晚解凍的月份進(jìn)行兩種儀器的重疊觀測，但重疊觀測的月份稍有變化。1991年、1994～2002年重疊觀測的月份是每年的3月和11月；1992年重疊觀測的月份是3月和10月；1993年重疊觀測的月份是4月和11月；2003年至今，重疊觀測的月份是每年的4月和10月。

3.2 折算系數(shù)分析

本次采用的數(shù)據(jù)系列是1992～2010年共19年38組月值。

（1）圖解相關(guān)法。以1992～2010年共19年的38組月值建立E－601蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量相關(guān)關(guān)系圖，如圖2所示。

從圖2可以看出，E－601型蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量關(guān)系點(diǎn)呈帶狀分布，除2004年月值點(diǎn)突出外，其余關(guān)系點(diǎn)都具有較好的相關(guān)性。若以線性數(shù)學(xué)模型建立相關(guān)關(guān)系，其擬合方程為式（2），相關(guān)系數(shù)R＝0.929。若關(guān)系圖相關(guān)線設(shè)置成截距為0，則折算系數(shù)為0.734，R＝0.922。

圖2 社棠水文站兩種蒸發(fā)儀器的月值相關(guān)圖Fig.2 M onthly value of two k inds of evaporating instrument of Shetang hydrologic station

（2）分析統(tǒng)計(jì)法。1992～2010年，社棠站E－601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測月值及各月折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)成果如表3所示。

對表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，得出社棠站E－601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿3、4、10、11月的平均折算系數(shù)分別為：0.860、0.718、0.763、0.763，其平均值為0.778。

表3 社棠站E-601型蒸發(fā)器與20 cm蒸發(fā)皿蒸發(fā)量月值統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Monthly value of wushan station e-601 evaporating pan and 20 cm diameter evaporating pan

表4 社棠站折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Shetang station convert coefficient

3.3 誤差評(píng)定

社棠站用圖解法計(jì)算的兩種儀器觀測的折算系數(shù)和用統(tǒng)計(jì)分析法計(jì)算的各月折算系數(shù)與月樣本統(tǒng)計(jì)的折算系數(shù)均值進(jìn)行比較和相對誤差統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，3月份樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果誤差最大，為10.5%，其他月份誤差均在±10%以內(nèi)。所以，建議社棠站采用折算系數(shù)為0.778。

4 結(jié)語

依據(jù)1992～2010年20 cm口徑蒸發(fā)皿和E－601型蒸發(fā)器觀測數(shù)據(jù)，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分析得出了天水測區(qū)兩站的折算系數(shù)。天水測區(qū)武山站折算系數(shù)建議采用0.696，社棠站折算系數(shù)建議采用0.778。

［1］SD265－88，水面蒸發(fā)觀測規(guī)范［S］.

［2］朱曉原，張留柱，姚永熙.水文測驗(yàn)實(shí)用手冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2013：428.

［3］張有芷.我國水面蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)研究概況［J］.人民長江，1999（3）：6－8.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

TV123

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10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.005

2015-12-15

秦學(xué)謙（1982－），男，山西萬榮人，工程師，主要從事水文水資源專業(yè)的研究工作。