山西運(yùn)城呂莊水庫(kù)水面蒸發(fā)淺析

史東凱

（山西省運(yùn)城市水文水資源勘測(cè)分局，山西 運(yùn)城 044000）

呂莊水庫(kù)位于涑水河干流中游，屬黃河流域黃河水系，位于山西省聞喜縣城東北約6 km處，流域面積864 km2，以灌溉、防洪為主的中型水庫(kù)，設(shè)計(jì)總庫(kù)容3600萬(wàn)m3。該區(qū)屬亞熱帶半干旱地區(qū)，氣候特點(diǎn)是十年九旱，春易旱，秋易澇，季風(fēng)活動(dòng)影響明顯，多年平均氣溫在8℃～14℃，年蒸發(fā)量是年降水量的3.6倍以上，土壤墑情常年基本處于虧損狀態(tài)。

呂莊水庫(kù)水文站的水面蒸發(fā)量采用器測(cè)法觀測(cè)。1958年5月9日開始觀測(cè)至1966年6月底，蒸發(fā)器為80cm套盆蒸發(fā)皿；1966年7月1日至1970年底，蒸發(fā)器為80cm套盆蒸發(fā)皿與E601型蒸發(fā)器，同步觀測(cè)；1971年至1994年，蒸發(fā)器為80cm套盆蒸發(fā)皿、E601型蒸發(fā)器、20cm口徑蒸發(fā)器，其中80 cm套盆蒸發(fā)皿于1977年底停用，20 cm口徑蒸發(fā)器于1978年開始使用；1995年至2017年，蒸發(fā)器為E601型蒸發(fā)器和20cm口徑蒸發(fā)器，同步觀測(cè)。

1 資料選取

根據(jù)水面蒸發(fā)觀測(cè)儀器使用情況，選取1995年～2017年兩種蒸發(fā)器觀測(cè)數(shù)據(jù)作為分析對(duì)象,一是時(shí)間長(zhǎng)(大于15年),滿足分析要求；二是兩種儀器使用固定，且在同一觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)；三是觀測(cè)場(chǎng)地相對(duì)于其他時(shí)段更符合蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范要求；四是每年12月～2月，E601型蒸發(fā)器正常觀測(cè)，個(gè)別年份3月、11月按規(guī)定停測(cè)，而20 cm蒸發(fā)器全年觀測(cè)，通過換算可獲得完整的數(shù)據(jù)系列。

2 水面蒸發(fā)折算系數(shù)確定

探求水面蒸發(fā)的時(shí)空分布規(guī)律，必須把不同型號(hào)蒸發(fā)器測(cè)得的水面蒸發(fā)折算成統(tǒng)一型號(hào)的量進(jìn)行分析研究。全國(guó)各大型蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)站蒸發(fā)對(duì)比實(shí)驗(yàn)資料表明，改進(jìn)后的E601型蒸發(fā)器的代表性、穩(wěn)定性、折算系數(shù)的規(guī)律性均優(yōu)于其他幾種常用的蒸發(fā)器，且其蒸發(fā)量可近似代表天然水體的蒸發(fā)量。因此，必須先推求20 cm蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)量折算系數(shù)，以滿足分析工作的需要。

2.1 非冰期水面蒸發(fā)折算系數(shù)

通過對(duì)非冰期各月E601型蒸發(fā)器多年平均值與20 cm口徑蒸發(fā)器多年平均值相比，得出逐月多年平均折算系數(shù)，見表1。

表1 逐月多年平均折算系數(shù)表

由表1可知，多年平均折算系數(shù)在不同月份存在一定差別，變幅在0.05之內(nèi)，變化趨勢(shì)為4月～7月逐漸增大，8月～10月穩(wěn)定在0.70。

另外，非冰期蒸發(fā)折算系數(shù)按照4月～7月、8月～10月兩個(gè)時(shí)段，分別進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表2。

表2 非冰期蒸發(fā)折算系數(shù)表

由表2可知，呂莊水庫(kù)水文站蒸發(fā)折算系數(shù)的年極差為0.03，變化不明顯，即逐年分段折算系數(shù)比較穩(wěn)定。采用相關(guān)關(guān)系法求得4月～7月、8月～10月蒸發(fā)折算系數(shù)分別為0.66和0.70。

2.2 冰期水面蒸發(fā)折算系數(shù)

通過兩種觀測(cè)儀器，采用相關(guān)關(guān)系法對(duì)1995年～2017年冰期水面蒸發(fā)折算系數(shù)進(jìn)行分析得知，3月、11月水面蒸發(fā)折算系數(shù)分別為0.66和0.73，結(jié)合實(shí)際，分析確定1月～2月采用3月、12月采用11月水面蒸發(fā)折算系數(shù)。

根據(jù)非冰期與冰期水面蒸發(fā)折算系數(shù)，結(jié)合蒸發(fā)觀測(cè)位置，參照氣象要素地理分布，最終確定該站年水面蒸發(fā)折算系數(shù)為0.68。若遇E601型蒸發(fā)器無觀測(cè)值，即可按20 cm蒸發(fā)器觀測(cè)值換算，保持系列的完整性。

2.3 逐年各月E601型蒸發(fā)器觀測(cè)值

鑒于所選系列逐年1月、2月、12月，個(gè)別年份3月、11月E601型蒸發(fā)器停測(cè)，按照分析確定的蒸發(fā)折算系數(shù)，用20 cm口徑蒸發(fā)器觀測(cè)值換算為E601型蒸發(fā)器觀測(cè)值，生成1995年～2017年逐月蒸發(fā)量表，為水面蒸發(fā)時(shí)空變化規(guī)律提供依據(jù)，見表3。

表3 1995-2017年逐月蒸發(fā)量表

3 水面蒸發(fā)時(shí)空變化規(guī)律

3.1 年內(nèi)分配

3.1.1 多年平均蒸發(fā)量逐月分配

根據(jù)呂莊水庫(kù)水文站多年平均蒸發(fā)量繪制逐月分配圖，見圖1。

圖1 呂莊水庫(kù)水文站多年平均蒸發(fā)量逐月分配圖

由于5月～6月氣溫升高，風(fēng)速較大，導(dǎo)致蒸發(fā)量增大；7月作為全年氣溫最高、光照時(shí)間較長(zhǎng)的月份，全年蒸發(fā)量最大。在多年平均蒸發(fā)量分析中，5月～8月為最大連續(xù)4個(gè)月蒸發(fā)，占年總數(shù)54.9%，其中最大水面蒸發(fā)量發(fā)生在7月，占多年平均總量的14.7%，最小水面蒸發(fā)量多出現(xiàn)在1月，僅占多年平均蒸發(fā)量的2%。

若將全年分為冰期（12月～2月）、汛前（3月～5月）、汛期（6月～9月）、汛后（10月～11月）4個(gè)時(shí)期，對(duì)蒸發(fā)量進(jìn)行對(duì)比分析可知：冰期蒸發(fā)量最小，占多年平均蒸發(fā)量的8.3%；汛后次之，占多年平均蒸發(fā)量的9.6%；汛前較大，為多年平均蒸發(fā)量的32.3%；汛期最大，為多年平均蒸發(fā)量的49.8%。

3.1.2 多年平均逐季分配

依據(jù)呂莊水庫(kù)水文站多年平均蒸發(fā)量繪制逐季分配圖，見圖2。

圖2 呂莊水庫(kù)水文站多年平均蒸發(fā)量逐季分配圖

由圖2可知，一年四季中，冬季（12月～2月）蒸發(fā)量占年總量的8.4%，為四季中最小；秋季（9月～11月）蒸發(fā)量占年總量的18.1%，為四季中的次??；春季（3月～5月）蒸發(fā)量占年總量的32.4%，為四季中次大；夏季（6月～8月）蒸發(fā)量占年總量的41.1%，為四季中最大。

3.2 年際分配

3.2.1 逐年分配

通過對(duì)呂莊水庫(kù)水文站多年平均蒸發(fā)量分析，繪制逐年分配圖，見圖3。

圖3 呂莊水庫(kù)水文站蒸發(fā)量逐年分配圖

由圖3分析計(jì)算得Cv＝0.185，表明水面蒸發(fā)年際變化不大。1995年～2002年年蒸發(fā)整體偏大，2004年～2014年年蒸發(fā)量呈減少趨勢(shì)，2015年開始又呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。其中1997年蒸發(fā)量最大，為1475.8 mm，年際變幅次大為1996年與1997年達(dá)337.6 mm,為多年平均值的33.1%，最大為2002年與2003年達(dá)390.5 mm，占多年平均值的38.3%。

3.2.2 五年滑動(dòng)

繪制呂莊水庫(kù)水文站多年蒸發(fā)量及五年滑動(dòng)線圖，見圖4。

圖4 呂莊水庫(kù)水文站蒸發(fā)量五年滑動(dòng)線圖

由圖4可知，從1997年開始整體呈下降趨勢(shì)，2005年以前上下波動(dòng)較大，自2005年以來，水面蒸發(fā)總體上呈現(xiàn)平緩下降，波動(dòng)幅度較小，但減小趨勢(shì)一致。這就說明隨著社會(huì)發(fā)展，人類對(duì)自然界的影響越來越大，蒸發(fā)量的觀測(cè)環(huán)境沒有大的變動(dòng)，因此人類活動(dòng)對(duì)蒸發(fā)的影響也越來越明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合山西省呂莊水庫(kù)水文站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，確定水面蒸發(fā)年折算系數(shù)為0.68，其中1月～3月水面蒸發(fā)折算系數(shù)為0.66，4月～7月水面蒸發(fā)折算系數(shù)為0.66，8月～10月水面蒸發(fā)折算系數(shù)為0.70，11月～12月水面蒸發(fā)折算系數(shù)為0.73。

將所選系列內(nèi)缺測(cè)的E601型蒸發(fā)器觀測(cè)值，用相應(yīng)的20 cm蒸發(fā)器觀測(cè)值進(jìn)行換算，得到1995年～2017年逐月水面蒸發(fā)量。通過年內(nèi)、年際水面蒸發(fā)分配以及五年滑動(dòng)系列對(duì)比分析，總結(jié)山西省呂莊水庫(kù)水面蒸發(fā)時(shí)空變化規(guī)律。結(jié)果表明，水面蒸發(fā)從1997年開始整體呈下降趨勢(shì)，2005年前波動(dòng)較大，自2005年以來，水面蒸發(fā)總體上呈現(xiàn)平緩下降，波動(dòng)幅度較小，減小趨勢(shì)一致。