新疆瑪納斯河流域干旱指數計算及水面蒸發(fā)規(guī)律分析

劉利剛，時京林

新疆瑪納斯河流域干旱指數計算及水面蒸發(fā)規(guī)律分析

劉利剛1，時京林2

（1.新疆瑪納斯河流域管理局，新疆石河子832000；2.新疆石河子水文水資源勘測局，新疆石河子832000）

通過收集新疆瑪納斯河流域內1980年～2015年水面蒸發(fā)實測資料，利用肯斯瓦特水文站折算系數推求水面蒸發(fā)量，以年水面蒸發(fā)能力與年降水量的比值來表示流域干旱指數，進一步分析流域水面蒸發(fā)量年內和年際規(guī)律，以期為類似研究提供借鑒。

水面蒸發(fā)；干旱指數；水面蒸發(fā)；規(guī)律分析

1 瑪納斯河流域概況

瑪納斯河在天山北坡諸河中年徑流量最大，該河發(fā)源于天山主峰南部小尤爾都斯以北冰峰地帶，四條支流古仍郭勒、古仍郭合拉哈特、夏格孜郭勒和郭德郭勒經沙灣、瑪納斯、和靜三縣交界處匯入瑪納斯主河道。另一主要支流在呼斯臺郭勒峽谷經沙灣境內匯入瑪納斯河。也蓋孜河、大小白楊溝河、清水河和蘆草溝河在沙灣縣境內匯集于肯斯瓦特水文站斷面以上，流入瑪納斯河主河道。瑪納斯河自南向北分為山區(qū)、平原區(qū)和荒漠區(qū)，地表水資源大部分用于平原區(qū)農業(yè)灌溉，河道剩余水量經老河道最后注入荒漠棕櫚湖泊-瑪納斯湖，河流里程長324 km，流域面積1.98×104km2。

瑪納斯河流域地形南高北低，最高海拔高程與最低海拔高程高差4986.5 m，平均每km落差17.84 m，局部地形比較復雜，地質、氣候、土壤、生物種群有明顯的區(qū)域性和差異性。流域距離海洋較遠，濕氣團的入境被高山群峰阻擋。流域氣候屬干旱半干旱氣候，干燥少雨，多年平均降水量約為200 mm。山區(qū)垂直氣候特征明顯，擁有分明的四季，光照充足，日溫差較大，熱能豐富[1]。

2 研究方法

2.1 資料收集與處理

通過收集到瑪納斯河流域內水面蒸發(fā)觀測站點4處，鄰近流域選用站1處（作為20 cm口徑蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)皿同步觀測對比代表站），其中氣象站點2處，水文站點2處。對于觀測年數不完整的站點，根據資料情況分別進行了插補延長。在選用的水面蒸發(fā)站點中，具有1980年～2015年完整觀測資料的有3處。選用站水面蒸發(fā)觀測的儀器除肯斯瓦特有E601型蒸發(fā)皿同步觀測外，均為20 cm口徑蒸發(fā)器（簡稱Φ20）?，敿{斯河流域選用蒸發(fā)站基本情況見表1。

表1 瑪納斯河流域蒸發(fā)選用站基本情況表

流域內蒸發(fā)觀測站均使用Φ20蒸發(fā)器觀測，需按《黃河流域（片）水資源綜合規(guī)劃技術細則》要求統(tǒng)一換算成E601型蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量。利用流域內肯斯瓦特水文站Φ20蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)皿的同期對比觀測資料，進行蒸發(fā)折算系數的對比分析計算。

2.2 水面蒸發(fā)量計算

以E601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量觀測值近似代表水面蒸發(fā)量，忽略E601型蒸發(fā)器觀測值與大水體水面蒸發(fā)量之間的差異。利用肯斯瓦特水文站折算系數推求水面蒸發(fā)量。各選用站月水面蒸發(fā)量計算公式如下[2]：

式中：E（J）為多年平均月水面蒸發(fā)量（mm）；E2（0J）為Φ20 cm蒸發(fā)器多年平均月觀測值（mm）；K（J）為多年平均月水面蒸發(fā)折算系數。

2.3 干旱指數計算

通常以年水面蒸發(fā)能力與年降水量的比值來表示干旱指數[3]。由于流域缺乏水面蒸發(fā)能力的實測資料，近似以E601型蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量代替水面蒸發(fā)能力。

干旱指數與氣候干、濕分帶關系極為密切，通常，干旱指數小于1.0時，說明該區(qū)域降水量超過水面蒸發(fā)能力，氣候濕潤或十分濕潤；干旱指數在1.0～3.0之間時，說明該區(qū)域降水量接近水面蒸發(fā)能力，氣候半濕潤；干旱指數在3.0～7.0之間時，說明該區(qū)域水面蒸發(fā)能力大于降水量，氣候偏于干旱；干旱指數大于7.0時，氣候干旱，且干旱指數越大，氣候干旱程度越強烈[4]。

3 流域水面蒸發(fā)及干旱指數規(guī)律及趨勢分析

3.1 水面蒸發(fā)的年內分配

水面蒸發(fā)量受氣溫、濕度等氣象因素的綜合影響，表現出年內分配不均現象。從表2中可見，連續(xù)最大四個月水面蒸發(fā)量占年水面蒸發(fā)量的65%～69%，且各月水面蒸發(fā)量較為接近，各站均出現在5月～8月。最大月水面蒸發(fā)量除炮臺氣象站出現在6月外，其余各站均出現在7月，占年內蒸發(fā)量的17.8%～18.5%；最小月水面蒸發(fā)量出現在2月，占年內蒸發(fā)量的0.5%～1.0%。最大月蒸發(fā)量是最小月蒸發(fā)量的17倍～36倍。由于流域內氣溫年較差大，水面蒸發(fā)量的年內變幅也較高。圖1分為各站1980年～2007年多年平均逐月水面蒸發(fā)量柱狀圖。從圖中可見，各站水面蒸發(fā)量年內變化過程基本相同。

表2 流域1980年～2015年多年平均水面蒸發(fā)量年內分配

圖1 1980～2015年多年平均逐月水面蒸發(fā)量及所占全年蒸發(fā)量百分率

表3 選用站水面蒸發(fā)量年際變化統(tǒng)計表

表4 瑪納斯河流域各站干旱指數計算表

3.2 水面蒸發(fā)量的年際變化

由于影響水面蒸發(fā)的氣象要素年際變化不大，因此也決定了水面蒸發(fā)量年際變化較小。代表站水面蒸發(fā)量年際變化統(tǒng)計詳見表3。

從表3中可以看出，水面蒸發(fā)量的年際變化不大，較為穩(wěn)定，其變幅小于降水和徑流。最大年水面蒸發(fā)量與最小年水面蒸發(fā)量的極值比在1.30～1.58之間，變差系數Cv值在0.076～0.104之間。在選用站中，炮臺氣象站水面蒸發(fā)年際變化最小，最大年與最小年水面蒸發(fā)極值比為1.30，變差系數Cv值僅為0.076。

3.3 干旱指數計算

本次干旱指數計算,采用各站多年平均年水面蒸發(fā)量（E601型蒸發(fā)器折算值）和多年平均年降水量進行。通過計算表明，在海拔較高的山區(qū)，氣溫較低，蒸發(fā)能力較弱，但降水量卻很豐沛。干旱指數的地區(qū)分布與水面蒸發(fā)量的分布基本一致，存在明顯的垂直地帶性分布規(guī)律。干旱指數隨著高程的增加、降水量的增大、水面蒸發(fā)量的減少而減小，山區(qū)小于平原。各站干旱指數計算值見表4。

總體而言，氣溫、降水、風速是影響干旱指數的重要因素。瑪納斯河流域干旱指數在流域面上分布變化范圍較小，在2.37～6.76之間。流域屬于半濕潤、半干旱地區(qū)。

4 結論與展望

一個區(qū)域的水面蒸發(fā)量是反映當地蒸發(fā)能力的重要指標。在研究區(qū)瑪納斯河流域內，氣溫是影響水面蒸發(fā)的主要因素，氣溫高則蒸發(fā)量大，一般在低溫濕潤地區(qū)水面蒸發(fā)量小，高溫干燥地區(qū)水面蒸發(fā)量大。而水面蒸發(fā)與降水量分布呈相反趨勢，山區(qū)小，平原大，最小值在流域的南部山區(qū)，年水面蒸發(fā)值在800 mm左右，最大值在流域平原灌區(qū)及準噶爾盆地邊緣地帶，年水面蒸發(fā)量高達1200 mm以上。實測最小值為中低山區(qū)的八家戶水文站，多年平均年蒸發(fā)量891.3 mm，實測最大值是位于灌區(qū)中部的沙灣氣象站，多年平均值高達1172.3 mm，是最小站的1.32倍。影響水面蒸發(fā)量的因素包括溫度、風力、濕度、輻射等，同時還受觀測場周圍地形、地物的影響。

[1]李小龍,楊廣,何新林,趙純,王翠,陳思,許雙堆,楊明杰,喬長錄.瑪納斯河流域地下水水位變化及水量平衡研究[J].水文,2016,04:85-92.

[2]趙福年,趙銘,王鶯,張鵬飛.石羊河流域1960～2009年參考蒸散量與蒸發(fā)皿蒸發(fā)量變化特征[J].干旱氣象,2014,04:560-568.

[3]唐凱,姜海波,何新林,吉磊,張少博.干旱區(qū)水面蒸發(fā)特性及消減技術研究[J].水資源與水工程學報,2014,06:68-71.

[4]任國玉,郭軍.中國水面蒸發(fā)量的變化[J].自然資源學報,2006,01:31-44.

P333

B

1673-9000（2017）02-0159-02

2016-12-26

劉利剛（1971-），男，河南偃師人，工程師，主要從事水利工程專業(yè)研究。