甘肅省水面蒸發(fā)量分布特征及演變趨勢

張昌順

(甘肅省酒泉水文局，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

甘肅省位于我國平原與高原過度地帶，地形地貌復(fù)雜，水面蒸發(fā)量偏小，水資源量分布不均衡，人均水資源占有量僅為全國人均的一半。在第三次甘肅省水資源調(diào)查評價的基礎(chǔ)上，利用地理信息管理系統(tǒng)(GIS)和部分水文計算軟件，采用傳統(tǒng)分析方法，通過對1980—2016年系列水面蒸發(fā)量評價分析，摸清甘肅省水資源水面蒸發(fā)量分布狀況及變化趨勢，對水資源規(guī)劃管理、省內(nèi)調(diào)水等其他項目具有重要的參考意義。

1 基本資料

水面蒸發(fā)量資料選自《中華人民共和國水文年鑒》，對系列不夠長的進(jìn)行系列相關(guān)性插補(bǔ)延長。本次分析研究選用資料系列為1980—2016年，總計37年。站點數(shù)為177站，共計8459站年水面蒸發(fā)量資料。全省平均選用蒸發(fā)站密度2403km2/站，其中東部地區(qū)、南部地區(qū)較密，西北內(nèi)陸河區(qū)域密度較差但代表性較好，其中祁連山區(qū)大部分地區(qū)無實測資料。甘肅省水面蒸發(fā)量評價選用站密度統(tǒng)計見表1。

表1 站點密度統(tǒng)計表

2 資料一致性換算

受甘肅省氣候等外界因素的影響，水面蒸發(fā)量實測儀器有E601型與φ20型兩種，依據(jù)規(guī)范要求并通過單站對比觀測資料分析計算，折算系數(shù)分鄰近相似站全年折算和冬季結(jié)冰期折算，系數(shù)變化范圍大，且無明顯的地區(qū)規(guī)律。經(jīng)比測內(nèi)陸河流域E601/φ20為0.53～0.69，全流域采用平均折算系數(shù)0.64；黃河流域0.55～0.71，平均折算系數(shù)0.65；長江流域0.63～0.69，平均折算系數(shù)0.66。

3 水面蒸發(fā)量評價方法

以收集整理的全省單站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)點據(jù)，參考鄰省邊界站點資料，充分考慮全省地形地貌分布規(guī)律，采用非線性插值的方法插補(bǔ)參證點據(jù)，勾繪水面蒸發(fā)量等值線圖，按照濕度、氣溫、風(fēng)速和日照等影響蒸發(fā)能力大小的氣象因子的分布規(guī)律，對等值線圖進(jìn)行合理性檢查。

甘肅省多年平均水面蒸發(fā)量等值線圖繪制規(guī)律總結(jié)為：氣溫隨高程的增加而降低，風(fēng)速和日照隨高程的增加而增大，綜合影響結(jié)果為隨高程的增加水面蒸發(fā)能力相應(yīng)減少。平原區(qū)的水面蒸發(fā)能力大于山丘區(qū)，水土流失嚴(yán)重、植被稀疏、干旱高溫地區(qū)的水面蒸發(fā)能力大于植被良好、濕度較大的地區(qū)。等值線圖如圖1所示。

圖1 甘肅省多年平均水面蒸發(fā)量等值線圖

甘肅省年水面蒸發(fā)量分布除了地帶性規(guī)律以外，又受山地的影響，形成水面蒸發(fā)量等值線圍繞大山體的多中心分布特點。主要的山脈首推祁連山、烏鞘嶺、六盤山、秦嶺等。以山脈可分為各具特色的六大區(qū)域：隴南山地、隴東塬地、隴中黃土高原、甘南高原、祁連山地、河西走廊、河西走廊以北地帶。

4 水面蒸發(fā)量評價結(jié)果

對全省年水面蒸發(fā)量評價成果參照第三次甘肅省水資源調(diào)查評價水資源分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計，采用等值線法推求各分區(qū)水面蒸發(fā)量，對不合理區(qū)域進(jìn)行平差分析調(diào)整。

按照等值線法量算得出全省多年平均水面蒸發(fā)量為1243.5mm，內(nèi)陸河流域為1524.7mm，黃河流域為873.8mm，長江流域為816.7mm。三級流域分區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量見表2。

表2 水資源分區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量表

單位：mm

5 水面蒸發(fā)量地區(qū)分布

甘肅省水面蒸發(fā)量高山區(qū)水面蒸發(fā)量小。如岷山、迭山、西秦嶺及太子山區(qū)小于700mm，甘南高原實測最大值701mm；祁連山高山區(qū)蒸發(fā)量一般小于800mm，黃娘娘臺實測718.1mm。六盤山區(qū)小于800mm。

水面蒸發(fā)量受地形影響呈東南-西北向帶狀分布，分布范圍與氣候分區(qū)一致。隴南地區(qū)東部、岷山、迭山、太子山一線以南大部山區(qū)及祁連山脈冷龍嶺、大雪山、疏勒南山、阿爾金山一線為水面蒸發(fā)量低值區(qū)，多為700～900mm；隴東中部、隴中大部及河西走廊淺山區(qū)及平原區(qū)蒸發(fā)量多為900～1200mm；隴東北部、會寧郭城驛以北、石羊河下游及河西走廊北部地區(qū)蒸發(fā)量多為1200mm以上，部分極端干旱地區(qū)達(dá)2000mm以上。

水面蒸發(fā)量受地貌影響由南向北遞增。隴南大部分地區(qū)小于800mm；至渭河水系800～900mm；祖厲河900～1200mm；到景泰以北達(dá)2000mm；隴東涇河流域由南部的900mm增加到北部的1200mm以上；河西地區(qū)由南部山區(qū)的800～1200mm，增至走廊區(qū)的1400～1800mm，北部更高達(dá)2000mm以上。我省實測最大水面蒸發(fā)量為雙塔站2047.8mm。

水面蒸發(fā)量隨高程的變化，根據(jù)河西及白龍江地區(qū)資料分析，水面蒸發(fā)量與測站高程有明顯的關(guān)系，在海拔3100m以下(最高站3090m)，平均每升高100m，蒸發(fā)量遞減56mm。由于這一特點，使山區(qū)與平原及山區(qū)與河谷水面蒸發(fā)量相差很大。如白龍江河谷水面蒸發(fā)量一般大于1000mm，文縣站平均年水面蒸發(fā)量1382mm。

6 水面蒸發(fā)量變化趨勢分析

(1)采用線性趨勢線法對甘肅省三大流域水面蒸發(fā)量的趨勢變化分析，即對三大流域水面蒸發(fā)量變化分析，如圖2所示。從圖2可以看出內(nèi)陸河流域、黃河流域和長江流域水面蒸發(fā)量均呈遞減趨勢，內(nèi)陸河流域減幅較大。

圖2 甘肅1980—2016年年水面蒸發(fā)量變化趨勢圖

表3 甘肅一級流域水面蒸發(fā)量趨勢變化檢驗表

表4 甘肅一級流域水面蒸發(fā)量跳躍分析檢驗表

(2)根據(jù)三大流域1980—2016年系列水面蒸發(fā)量值采用坎德爾秩次相關(guān)法、斯波曼秩次相關(guān)法、線性趨勢相關(guān)法進(jìn)行變化趨勢分析，以及顯著性分析，計算成果見表3。

據(jù)上述趨勢檢驗方法分析，甘肅省水面蒸發(fā)量多年變化總體呈減少趨勢，其中內(nèi)陸河流域呈顯著減少，減幅較大；黃河流域呈不顯著減少，減幅較?。婚L江流域呈顯著減少，減幅較小。

(3)根據(jù)三大流域1980—2016年系列水面蒸發(fā)量值采用李-海哈林檢驗分析法、有序聚類檢驗分析法進(jìn)行跳躍分析檢驗，并應(yīng)用滑動F法及滑動秩和法進(jìn)行檢驗分析，以及顯著性分析，計算成果見表4。

據(jù)上述跳躍檢驗方法分析，甘肅省水面蒸發(fā)量跳躍變化均呈現(xiàn)顯著跳躍，其中內(nèi)陸河流域跳躍顯著，跳躍年份1978年，跳躍量-274.2mm；黃河流域跳躍顯著，跳躍年份1982年，跳躍量-41.5mm；長江流域跳躍顯著，跳躍年份2008年，跳躍量-109.9mm。

7 結(jié)語

(1)甘肅省水面蒸發(fā)量受地形地貌、下墊面條件等影響，總體趨勢為山區(qū)低、平原區(qū)高，河西地區(qū)高、河?xùn)|地區(qū)低，植被覆蓋低的區(qū)域高、植被覆蓋高的區(qū)域低。

(2)近60年來甘肅省水面蒸發(fā)量呈減少趨勢，內(nèi)陸河流域呈遞減變化，趨勢顯著，減幅較大，跳躍量-274.2mm；黃河流域呈遞減變化，趨勢不顯著，減幅較小，跳躍量-41.5mm；長江流域呈遞減變化，趨勢顯著，減幅較小，跳躍量-109.9mm。

(3)根據(jù)蒸發(fā)的發(fā)生機(jī)制，太陽輻射直接供給蒸發(fā)所需的能量；溫度影響水分子的運動速度；水面上方大氣的濕度增加，使水汽分子數(shù)量增加；在一定范圍內(nèi)，風(fēng)速越大，空氣流動越快，越有利于水面的蒸發(fā)，在全球氣溫升高的大環(huán)境下，甘肅省水面蒸發(fā)量呈減少趨勢。分析原因與近年來生態(tài)環(huán)境保護(hù)的持續(xù)深入開展，使甘肅省生態(tài)環(huán)境得到有效改善，濕地、綠洲面積持續(xù)增加，平均風(fēng)速呈減少趨勢，而綠洲區(qū)下墊面條件具有減小風(fēng)速，降低氣溫，增加濕度的作用。

甘肅省水面蒸發(fā)量的這一變化趨勢為甘肅省水資源平衡分析提供基礎(chǔ)，對水資源配置、生態(tài)水量計算、水利技術(shù)監(jiān)督、水利規(guī)劃與設(shè)計等工作提供依據(jù)。