二龍山實驗站蒸發(fā)器折算系數(shù)研究

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(黑龍江省哈爾濱水文局，哈爾濱 150010)

1 自然地理概況

賓縣二龍山蒸發(fā)實驗站位于賓縣二龍山水庫北岸300 m處丘陵地帶，場地設(shè)置在丘陵崗頂部，視野開闊。土壤多為黃黏土、黑壤土，附近有少量人工種植的松樹、楊樹、柳樹，農(nóng)作物以玉米、大豆為主。距觀測場地南300 m處有庫容量9 700×104m3中型水庫一座。水庫的上游是陡咀子河和暖河，下游是松花江右岸支流蜚克圖河。該實驗站地處中緯度寒溫帶，屬大陸季風(fēng)氣候，冬季受西伯利亞寒流控制，漫長寒冷干燥，夏季短促燥熱，春季風(fēng)大干旱,秋季降溫急劇，年平均氣溫-3℃～5℃，5-9月份平均氣溫18℃左右。1-4月份最冷，平均最低氣溫達(dá)-20℃以下，土壤的凍土層為1.5～2.5 m，多年平均降水量為579.2 mm。蒸發(fā)用水取深90 m的深井水，經(jīng)過蓄水池5～10 d儲存，使其成為天然狀態(tài)的水，然后注入蒸發(fā)池(器、皿)進(jìn)行觀測。

2 蒸發(fā)器的基本情況

20 cm口徑蒸發(fā)器是一個口徑20 cm、高10 cm的銅制圓形器皿，盆口成刀刃狀，為防止鳥獸飲水，器口上部套有一個向外張成喇叭狀的金屬絲網(wǎng)圈，放置在離地面0.7 m的高度。

E-601B型蒸發(fā)器主要由蒸發(fā)器、水圈、溢流桶和測針4部分組成。

1) 蒸發(fā)桶是一個器口面積為3 000 cm2、有圓錐底的圓柱形桶，器口正圓，口緣為內(nèi)直外斜的刀刃形。桶底中心裝有一根直管，在直管的中部有3根支撐與桶壁連接，以固定直管的位置并使之垂直。直管的上端裝有測針座，座上裝有器內(nèi)水面批示針。在桶壁上開有溢流孔，孔的外側(cè)裝有溢流嘴，用膠管與溢流桶相連，桶身的外露部分和桶內(nèi)側(cè)涂上白漆。

2) 水圈是裝置在蒸發(fā)桶外圍的環(huán)套。它由4個相同的、其周邊稍小于1/4的圓周的弧形水槽組成。水槽用較厚的白鐵皮制成，寬20 cm，內(nèi)外壁高度分別為13.7和15.0 cm。

3) 溢流桶用金屬或其它不吸水的材料制成。它用來承接因暴雨從蒸發(fā)桶溢出的水量，面積為300 cm2的圓柱桶。

4) 測針用于測量蒸發(fā)器內(nèi)水面高度。使用時，將測針的插桿插在蒸發(fā)桶中的測針座上，插桿下部的圓盤與座口相接。插桿上面用金屬支架把測桿平等地固定地插桿旁側(cè)。測桿上附有游標(biāo)尺，可使讀數(shù)精確到0.1 mm。測桿下端有一針尖，用磨擦輪升降測桿，可使針尖上下移動，對準(zhǔn)水面。針尖的外圍水面上套一杯形靜水器，器底有孔，使水內(nèi)外相通。靜水器用固定螺絲與插桿相連。

20 cm口徑蒸發(fā)器在上世紀(jì)80年代前是水文站主要的蒸發(fā)觀測器具。但在1989年修訂后的水文觀測規(guī)范中，將E601型蒸發(fā)器作為水文測站的標(biāo)準(zhǔn)觀測器具，20 cm口徑蒸發(fā)器只作為輔助性器具使用。

二龍山蒸發(fā)實驗站自建站至今已積累數(shù)十年的蒸發(fā)觀測資料，但因蒸發(fā)觀測儀器的不同，導(dǎo)致資料序列存在不一致，故在使用這些歷史蒸發(fā)資料時，蒸發(fā)折算系數(shù)的分析成為一個關(guān)鍵問題。為此，本文利用二龍山蒸發(fā)實驗站1990-2017年的20 cm口徑蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)器同步蒸發(fā)觀測資料，分析計算20 cm口徑蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)器的蒸發(fā)折算系數(shù)。

3 蒸發(fā)資料分析

為檢驗20 cm口徑蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量之間的一致性和連續(xù)性，采用1990-2017年兩種蒸發(fā)器的蒸發(fā)量繪制雙累計曲線，見圖1。

從圖1可以看出，兩種蒸發(fā)器的蒸發(fā)量所形成的雙累計曲線基本成順直直線，沒有發(fā)生斜率變化的突變點，則可以證明兩種蒸發(fā)器的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)的一致性和連續(xù)性準(zhǔn)確。

4 水面蒸發(fā)量折算系數(shù)

4.1 多年平均方法

在實際工作中，為了延續(xù)資料和插補(bǔ)資料，需通過折算系數(shù)將20 cm口徑蒸發(fā)器的蒸發(fā)量折算成E601蒸發(fā)器的蒸發(fā)量，折算系數(shù)計算公式為：

K=E601/E20

式中：K為水面蒸發(fā)折算系數(shù)；E601為E601蒸發(fā)器觀測的蒸發(fā)量；E20為20 cm口徑蒸發(fā)器觀測的蒸發(fā)量。

采用1990-2017年20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的蒸發(fā)量計算，見表1、圖2。

表1 1990-2017年E20蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的蒸發(fā)量逐月多年平均蒸發(fā)量及折算系數(shù)

圖2 1990-2017年E20蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的蒸發(fā)量逐月多年平均折算系數(shù)過程線

通過表1、圖2得出，1-3月份折算系數(shù)最小，4月份因氣溫回升逐漸增大，5-7月份折算系數(shù)相對穩(wěn)定，8-10月份折算系數(shù)最大，11-12月份因氣溫降低折算系數(shù)減少。變化范圍0.43～0.72之間，月平均折算系數(shù)為0.60，全年平均折算系數(shù)為0.62。

4.2 相關(guān)線性回歸方法

由20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的蒸發(fā)量多年逐月蒸發(fā)量繪制相關(guān)線性回歸，見圖3。

圖3 20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的蒸發(fā)量相關(guān)線性回歸

經(jīng)過相關(guān)線性回歸計算得出R2=0.920 6，證明20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的蒸發(fā)量正相關(guān)密切，相關(guān)系數(shù)為0.602 9，與通過多年平均得出的月平均系數(shù)0.60近似，所以折算系數(shù)取0.60。

5 線性回歸分析兩種蒸發(fā)器的逐月蒸發(fā)量關(guān)系

通過20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的多年逐月平均繪制相關(guān)線性回歸，見圖4。

圖4 多年逐月平均相關(guān)線性回歸

由圖4可知，相關(guān)系數(shù)R2越大，則表示兩個變量關(guān)系越密切。圖4中R2=0.977 7，由此可以確定20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器的逐月蒸發(fā)量基本成正相關(guān)關(guān)系。

6 結(jié) 論

1) 通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析論證及折算系數(shù)的計算和分析，得出20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量折算系數(shù)為0.60，數(shù)值可用。且該站是區(qū)域性代表站，根據(jù)《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》(SL 630-2013)的規(guī)定，可用于該區(qū)域。

2) 在折算系數(shù)分析中可以看出，雖然年內(nèi)波動較大，但是20 cm口徑蒸發(fā)器和E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量的蒸發(fā)量逐月平均相關(guān)線性回歸關(guān)系密切，可以通過折算系數(shù)折算逐月蒸發(fā)量。