沙河流域年蒸發(fā)量推求分析

許海東

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

沙河流域年蒸發(fā)量推求分析

許海東

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

利用水量平衡原理進(jìn)行流域年蒸發(fā)推求，首先要假定流域內(nèi)多年平均蓄水變量不變，這對人類活動(dòng)頻繁水資源開發(fā)利用較高的小流域未必能夠得到較好的結(jié)果。文章首要解決流域內(nèi)年蓄水變量的多少問題，利用水量平衡原理來推求小流域年蒸發(fā)量。

流域；年蒸發(fā)量；水量平衡；沙河站

0 引 言

蒸散發(fā)是水分循環(huán)及水量平衡的基本要素之一，陸地上一年的降水約66%通過蒸散發(fā)返回大氣。流域內(nèi)各類蒸發(fā)的總和稱為流域總蒸發(fā)，主要包括流域水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物截留蒸發(fā)和植物散發(fā)[1]〗。以往推求流域總蒸發(fā)量的主要方法有：①直接觀測，由于各觀測要素間存在相互內(nèi)在聯(lián)系，觀測手段有限，實(shí)驗(yàn)站的成果往往只能代表點(diǎn)上或下墊面相似情況，難以在某一流域等面上應(yīng)用。②模式計(jì)算法，根據(jù)流域內(nèi)蒸、散發(fā)規(guī)律，在不考慮蒸、散發(fā)在流域內(nèi)是否均勻的情況下，利用土壤的含水率分布，采用多層模式計(jì)算。③水量平衡法，一般是針對多年平均情況，認(rèn)為流域內(nèi)多年平均蓄水變量不變，利用水量平衡原理進(jìn)行推求，這對人類活動(dòng)頻繁水資源開發(fā)利用較高的小流域未必能夠得到較好的結(jié)果。

文章擬采用水量平衡原理推求小流域年蒸發(fā)量，因此首先要解決流域內(nèi)年蓄水變量的多少問題。通過多年來水文站網(wǎng)收集到的傳統(tǒng)水文資料是解決不了此項(xiàng)問題，而在注重站網(wǎng)規(guī)劃大力發(fā)展多元化水文觀測項(xiàng)目的今天，可以對降水、徑流、地下水位、土壤墑情、取水量等項(xiàng)目進(jìn)行同時(shí)觀測，這就有可能利用水量平衡原理來推求小流域年蒸發(fā)量。

1 建立流域水量平衡方程

文章擬推求沙河流域年蒸發(fā)量，本流域內(nèi)水面面積占流域總面積較小，故水面蒸發(fā)量可忽略不計(jì)，因此，包氣帶土壤水分的消耗計(jì)算過程即小流域內(nèi)年蒸發(fā)量。

1.1 土壤水分的補(bǔ)給及排泄量計(jì)算

1)年內(nèi)降水對土壤水分的補(bǔ)給量SP：

Sp=P-Rs-Pr

(1)

式中：P為流域年平均降水量；Rs為年地表徑流量；Pr為地下水入滲補(bǔ)給量。

2)地下水對土壤水分的補(bǔ)給量Eg：

地下水對土壤水分的補(bǔ)給量即潛水蒸發(fā)量，當(dāng)?shù)叵滤_(dá)到極限埋深時(shí)為0。

3)灌溉水對土壤水分的補(bǔ)給量S灌：

S灌=W灌-βW灌

(2)

式中：W灌為流域年灌溉水量；β為回歸系數(shù)。

4)土壤水分的排泄量E：

土壤水分的排泄量即流域年蒸、散發(fā)量。

1.2 年水量平衡方程

根據(jù)上述分析，小流域年水水量平衡分析式為：

±△V=Sp+S灌+Eg-E

(3)

式中：△V為土壤水年蓄水變量。

將(1)、(2)式代入(3)式，整理得：

E=P-Rs-Pr+W灌-βW灌+Eg?△V

(4)

式中，地下水入滲補(bǔ)給量、灌溉回歸水量和地下水對土壤水分的補(bǔ)給量可直接利用流域內(nèi)地下水位變幅計(jì)算，即：

μ·△Z=Pr-Eg+βW灌

(5)

式中：μ為流域內(nèi)地下水含水層平均給水度。

將(5)式代入(4)式，即小流域年陸面蒸發(fā)量計(jì)算公式：

E=P-Rs+W灌-μ×△Z?△V

(6)

2 小流域年陸面蒸發(fā)量計(jì)算分析

現(xiàn)以沙河流域下沙河站為例，驗(yàn)證(6)式能否利用各要素得到滿意的結(jié)果。

2.1 流域概況

沙河屬季節(jié)性河流，發(fā)源于蓋縣雙臺(tái)鎮(zhèn)雙頂山，向西流經(jīng)安平、蘆屯鎮(zhèn)等，在鲅魚圈區(qū)大望海寨附近注入渤海。河流全長27.5km，干流河長24km，流域面積189.8km2，河道比降3.67‰。流域內(nèi)以砂壤土為主，其它大多為亞砂土。耕地面積約占全流域60%左右，以玉米為主。流域內(nèi)地下水埋深大多2-6m之間。

沙河站觀測項(xiàng)目主要有水位、流量、降水、蒸發(fā)、地下水、水質(zhì)等。流域內(nèi)有6處雨量站、1處土壤墑情站、4處地下水站，均以積累10a以上同步觀測資料。

2.2 各要素的確定

1)流域年平均降水量P：

流域年平均降水量的計(jì)算方法直接影響流域年蒸發(fā)量。由于流域內(nèi)分布6處雨量站，且觀測資料精度可靠，因此采用泰森多邊形法進(jìn)行計(jì)算可以保障年平均降水量推求精度。

2)地面徑流量Rs：

采用沙河站各年實(shí)測徑流量，精度滿足要求。

3)年灌溉水量W灌：

該要素對流域年蒸發(fā)量影響較大，因此必須保證其精度。文章采用每年?duì)I口市水資源公報(bào)中縣區(qū)水利部門匯總的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)測和調(diào)查的農(nóng)業(yè)灌溉用水量，精度較為可靠。然后將灌溉水量折成水深。

4)地下水年蓄水變量μ×△Z：

μ值由《遼寧省水資源》按流域含水層特性查得，該值為0.06。ΔZ則根據(jù)流域內(nèi)各地下水站年水位變幅，利用面積加權(quán)求出流域地下水位年變幅。

5)土壤水年蓄水變量△Z：

根據(jù)流域內(nèi)土壤墑情站年初、年末實(shí)測的土壤含水率垂線分布資料，以及流域內(nèi)各層土壤干容重、各層厚度計(jì)算年初、年末包氣帶土壤蓄水量，按照面積加權(quán)推求流域年初、年末的土壤蓄水量，兩者相減，變可求出流域年蓄水變量△Z。

將上述方法計(jì)算的各要素代入(6)式，便可推求出各年蒸發(fā)量。

表1 沙河站以上流域年蒸發(fā)量計(jì)算表

3 結(jié) 論

通過計(jì)算流域年蒸發(fā)量的成果可以看出：

1)流域年蒸發(fā)量年際變化較大，本流域年蒸發(fā)量最大值與最不值相差2.19倍。由此可見按照以往只推求流域多年平均蒸發(fā)量，難以滿足流域內(nèi)水資源調(diào)查評價(jià)以及水資源承載能力計(jì)算的使用，特別是半干旱與干旱地區(qū)，影響較大。

2)通過上述計(jì)算可以看出，多年平均地下水蓄水變量較大。傳統(tǒng)推求蒸發(fā)量的方法只適用于天然河流，在人類活動(dòng)頻繁的地區(qū)，要研究流域年蒸發(fā)量，必須要收集到準(zhǔn)確計(jì)算流域蓄水變量的要素?cái)?shù)據(jù)，以便準(zhǔn)確地推算流域逐年蒸發(fā)量，才能滿足當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)的需要。

3)流域年內(nèi)蒸發(fā)量的多少主要取決于流域內(nèi)年降水情況和灌溉用水的多少。但是，對于流域下墊面地形、土壤、河流、植被等因素也不可小視。

4)用此方法推求流域年蒸發(fā)量的精度，主要取決于各水量平衡要素的資料精度。因此，要提高各項(xiàng)要素的觀測方式、方法，灌溉水量要盡要能實(shí)測或采用區(qū)域體表站法；降水量的觀測設(shè)備采用0.1分辨率；各要素站網(wǎng)的布設(shè)盡量體現(xiàn)流域內(nèi)的實(shí)際情況，以提高資料精度和代表性。

[1]魏永霞.工程水文學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社，2005:31-35.

[2]營口市水利局.營口市水利志[R].營口：營口市水利局，1993.

[3]遼寧省水利廳.遼寧省水資源[R].沈陽：遼寧省水利廳，2006.

1007-7596(2017)08-0031-02

2017-07-26

許海東(1979-),男，遼寧阜新人，高級工程師，從事水文測驗(yàn)及水資源評價(jià)等工作。

P426.2

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