不同蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量相互關(guān)系分析

李蕓

【摘要】水面蒸發(fā)是水文循環(huán)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是水資源學(xué)科研究的重要內(nèi)容之一，因此研究水面蒸發(fā)不僅在科學(xué)上能對地球上的水循環(huán)獲得正確認(rèn)識(shí)，而且在生產(chǎn)上也有實(shí)用價(jià)值。確定水面蒸發(fā)量可以有多種途徑，但最常用、最簡便的方法是蒸發(fā)器測法，即利用儀器直接確定水面蒸發(fā)量?！娟P(guān)鍵詞】不同蒸發(fā)器；水面蒸發(fā)量；相互關(guān)系蒸發(fā)站使用的觀測儀器主要有E601型蒸發(fā)器和口徑為20cm的蒸發(fā)器二種。由于它們本身及其周圍的動(dòng)力和勢力條件的差異，因而在同一地點(diǎn)測得的蒸發(fā)量各不相同。我們在水資源評價(jià)、水文預(yù)報(bào)、水文計(jì)算和流域水文模型的計(jì)算中，不僅深感蒸發(fā)站網(wǎng)的稀少，而且會(huì)常常遇到不僅一個(gè)流域的每個(gè)蒸發(fā)站之間采用的儀器各不相同，就是同一個(gè)蒸發(fā)站在不同年份、月份采用的儀器也不一樣，造成觀測資料系列不一致。對此，常需要把各種類型蒸發(fā)器觀測的蒸發(fā)量相互關(guān)系進(jìn)行分析、對比，使其資料系列一致。因此分析不同蒸發(fā)器蒸發(fā)量相互關(guān)系是一個(gè)非常重要的問題。1、不同蒸發(fā)器所得蒸發(fā)量的關(guān)系蒸發(fā)量是進(jìn)行水文測算的重要參數(shù)，也是水文測驗(yàn)的重要項(xiàng)目，當(dāng)前水資源評價(jià)、水文預(yù)報(bào)和計(jì)算、流域水文模型計(jì)算等過程都會(huì)受到蒸發(fā)站網(wǎng)稀少的制約，而且已經(jīng)獲取的蒸發(fā)量相關(guān)數(shù)據(jù)可靠性和一致性較差，由于不同水文站所使用儀器設(shè)備的不同性和觀測方法、觀測模式等的不同性直接導(dǎo)致觀測結(jié)果的差異和不可比，為此，有必要分析各類蒸發(fā)器所觀測的蒸發(fā)量的相互關(guān)系，以保持資料系列的一致性，為相關(guān)研究提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，以下主要就對相關(guān)區(qū)域的16個(gè)氣象測站E601型蒸發(fā)器和EФ20蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)同期觀測資料，計(jì)算了兩種蒸發(fā)量的折算系數(shù)，并分析了2種蒸發(fā)量觀測值的相互關(guān)系，為利用長序列、單站點(diǎn)觀測資料提供了依據(jù)，以期為類似分析提供借鑒指導(dǎo)。1.1蒸發(fā)量的分布情況分析引起蒸發(fā)量變動(dòng)的原因很多，如蒸發(fā)器類型、自然環(huán)境、季節(jié)變化等，為此筆者采用各類蒸發(fā)器的月、年蒸發(fā)量進(jìn)行其相關(guān)關(guān)系分析。選取EФ20和E601型蒸發(fā)器同步觀測資料，計(jì)算各月及各年蒸發(fā)量的年平均值。1.2折算系數(shù)在穩(wěn)定封凍期，所有蒸發(fā)站E601型蒸發(fā)器停測，因此只有20cm蒸發(fā)器觀測值。年折算系數(shù)年內(nèi)分布呈現(xiàn)非冰期大于冰期，年折算系數(shù)盆地大于山地的特點(diǎn)。20cm蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量年折算系數(shù)在0.57～0.69之間，平均值為0.62。小型蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量各月折算系數(shù)在0.484～0.642之間，8月至11月間折算系數(shù)較大，均在0.6以上，12月至次年7月間折算系數(shù)較小，均在0.585以下，兩種蒸發(fā)器同期蒸發(fā)量可用一元直線回歸模型進(jìn)行相關(guān)分析，即：E601型蒸發(fā)量=a+b×小型蒸發(fā)量，b為E601型蒸發(fā)器與小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量的折算系數(shù)擬合值。水面蒸發(fā)量主要是應(yīng)用蒸發(fā)器觀測， 以獲取近似于自然水體水面蒸發(fā)量的資料。器測法測得的蒸發(fā)量與自然水體的實(shí)際蒸發(fā)量有一定差異。不同型號(hào)的儀器， 因其制作材料、口徑大小、加水深度、結(jié)構(gòu)形式、安裝方式等不同， 即會(huì)影響熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱交換、熱容量等因素的不同， 進(jìn)而導(dǎo)致不同儀器的器測值亦有較大差異。同是一個(gè)測站， 由于在不同時(shí)期采用的儀器不同， 而使所測資料不能直接作為一個(gè)資料系列使用。器測系數(shù)法更有觀測設(shè)備簡易、觀測方法簡單等特點(diǎn)， 更具推廣性。1.2.1蒸發(fā)器測量法（1）E20 蒸發(fā)池法。1972 年9 月世界氣象組織（WMO）蒸發(fā)工作組在日內(nèi)瓦會(huì)議上做出決定， 認(rèn)為以20 m2 蒸發(fā)池研究淺水湖泊的蒸發(fā)， 可得出滿意的結(jié)果， 該工作組建議此項(xiàng)儀器（20 m2 蒸發(fā)池）作為研究淺水湖泊蒸發(fā)的一種國際儀器， 并建議每個(gè)氣候區(qū)和每個(gè)大水庫應(yīng)設(shè)置此項(xiàng)儀器， 以研究湖泊、水庫的水面蒸發(fā)量。因此， 如果有20 m2 蒸發(fā)池的資料， 可用其大致代替實(shí)際水面蒸發(fā)量。（2）E601 蒸發(fā)法。若沒有20 m2 蒸發(fā)池的資料，E601 與E20 大型蒸發(fā)池對比分析中， 認(rèn)為E601 的相對精度較高， 其折算系數(shù)接近1（年均值為0 .9 ～ 099之間）， 可近似代替大型蒸發(fā)池作為水面蒸發(fā)量值。或者把其它型號(hào)的蒸發(fā)皿資料換算成E601 ， 換算公式：K =E/E′式中：K 為不同型號(hào)蒸發(fā)器折算系數(shù)；E 為E 601 蒸發(fā)器的年、月水面蒸發(fā)量，mm ；E′為不同型號(hào)蒸發(fā)器的年、月水面蒸發(fā)量， mm 。（3）其它方法。若沒有大量蒸發(fā)資料， 可由多年水、陸蒸發(fā)資料得出平均值從而獲得折算系數(shù)， 或者建立水面蒸發(fā)量和某一或多個(gè)氣象因子之間的相關(guān)關(guān)系而得到。1.2.2等值線圖法有些水庫或湖泊， 既沒有蒸發(fā)池和其他蒸發(fā)皿的觀測資料， 也沒有普通氣象要素觀測資料， 依靠經(jīng)驗(yàn)公式已無法計(jì)算水面蒸發(fā)量。此時(shí)， 可依靠已繪制的水面蒸發(fā)等值線圖近似計(jì)算水庫、湖泊水面蒸發(fā)量。我國已繪制了E601 型多年平均年水面蒸發(fā)量等值線圖， 可供計(jì)算使用。查等值線圖時(shí)， 需視水庫、湖泊水面的大小和形狀的不同而有不同的查法。如水庫、湖泊面積較小， 可只讀取通過水庫、湖泊的等值線數(shù)值， 計(jì)算水庫、湖泊的水面蒸發(fā)量；如水庫、湖泊水面面積大且形狀特殊， 應(yīng)在等值線圖上， 讀取有代表性的幾點(diǎn)數(shù)值， 再用其平均值， 計(jì)算水面蒸發(fā)量。2、小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量偏大的原因根據(jù)道爾頓蒸發(fā)公式：W=C（E-e）/P式中：W為蒸發(fā)速率；C為與風(fēng)速有關(guān)數(shù)的函數(shù)；E為水面溫度下的飽和水氣壓；P為氣壓；e為水面上空氣中的實(shí)際水氣壓。由公式知大氣壓強(qiáng)P隨高度增加而降低，但在兩種蒸發(fā)器之間因高度差而引起的氣壓差異較小可以忽略不計(jì)。e為水面上空氣中的實(shí)際水氣壓，在一定高度內(nèi)e與高度呈指數(shù)關(guān)系，在兩種蒸發(fā)器的高度上經(jīng)過計(jì)算e很接近，且其變化幅度相對E而言要小得多，因此e對兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)速率影響差異也較小。那么導(dǎo)致兩種蒸發(fā)器蒸發(fā)量差異的主要原因是風(fēng)速和水面溫度下的飽和水氣壓還有日照等。一般來說風(fēng)速愈大，蒸發(fā)愈快。小型蒸發(fā)器安裝高度為70cm，E601型蒸發(fā)器安裝在地面上。由于摩擦作用對風(fēng)的影響，使得近地層風(fēng)速隨高度增加而增大，小型蒸發(fā)器高度比E601型蒸發(fā)器高度上的風(fēng)速大，其蒸發(fā)量也就偏大。一般情況下，風(fēng)速與蒸發(fā)呈正向變動(dòng)關(guān)系，由于EФ20小型蒸發(fā)器海拔較低，而E601型蒸發(fā)器安裝在地面上，EФ20小型蒸發(fā)器比E601型蒸發(fā)器高度較高風(fēng)速較大，所以蒸發(fā)量偏大。在日照情況下，EФ20蒸發(fā)器口徑較小，僅有20cm，在氣溫升高后，銅質(zhì)金屬器壁導(dǎo)熱加快，這樣小型蒸發(fā)器內(nèi)水溫會(huì)出現(xiàn)明顯的升高；而E601型蒸發(fā)器位于地面，盛水容量較大且四周有護(hù)水圈保護(hù)，在日照作用下水溫升高緩慢，所以蒸發(fā)量較小。隨著溫度的升高飽和水氣壓逐漸增大，蒸發(fā)越快，EФ20小型蒸發(fā)器比E601型蒸發(fā)器飽和水氣壓大，所以日間蒸發(fā)與夜間蒸發(fā)抵消后，差異很小。EФ20小型蒸發(fā)器所盛水量比實(shí)際值??；而E601型蒸發(fā)器在下雨時(shí)既有水滴濺出，又有水滴濺入，基本抵消，這樣E601型蒸發(fā)器所盛水量更加接近實(shí)際值。所以EФ20小型蒸發(fā)器觀測蒸發(fā)量的誤差更大。EФ20小型蒸發(fā)器蒸發(fā)快，而E601型蒸發(fā)器安裝位置較低，塵土雜志容易落入容器內(nèi)，且換水頻率較低，水中溶質(zhì)較多，所以大型蒸發(fā)器蒸發(fā)速率明顯低很多。蒸發(fā)速率與水體中的溶質(zhì)有關(guān)，水體中溶質(zhì)越少，蒸發(fā)越快，反之亦然。小型蒸發(fā)器每天都要換水，且距地面較高，水體中溶質(zhì)較少，蒸發(fā)較快；而大型蒸發(fā)器貼近地面，刮風(fēng)刮起的塵土容易落入蒸發(fā)器內(nèi)，且由于大型蒸發(fā)器較長時(shí)間才更換一次水，因而使得大型蒸發(fā)器中溶質(zhì)較多，蒸發(fā)也因此減慢。結(jié)語：分析不同蒸發(fā)器蒸發(fā)量相互關(guān)系，就是為了探索水體的水面蒸發(fā)在不同地區(qū)和時(shí)間上的分布規(guī)律，為水文水利科學(xué)研究提供依據(jù)。參考文獻(xiàn)：[1]李曉宇，劉斌，殷輝.微通道蒸發(fā)器與常規(guī)蒸發(fā)器的制冷特性比較[J].制冷與空調(diào)（四川），2015，29（06）：733-738+748.[2]夏源，徐厚達(dá)，王守國，曹鋒.小尺度蒸發(fā)器的數(shù)值模擬及優(yōu)化研究[J].流體機(jī)械，2014，42（01）：57-62.[3]孟海波，楊丙生.石墨制蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)及設(shè)計(jì)選型技巧[J].全面腐蝕控制，2017，31（07）：8-14.