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蒸发量的分析计算

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蒸发量的分析计算

    

    水份在某种界面上以分子运动形式发生散逸及回归,最终造成水份损失的过程谓之蒸发。发生在自由水体水面的蒸发,称为水面蒸发;发生在土壤表面的裸地蒸发,称为土壤蒸发;发生在草地、林地、农田内植物表面的散发,也叫蒸腾,又称植物蒸散发。通常所说的区域陆面蒸发,则包括区域内水体水面蒸发、裸地蒸发和有植被的蒸散发,它和水面蒸发既有内在的联系,又有数量上的区别,在自然状态下,河北省陆面蒸发总量约占降水总量的85%左右。在平原农田区有灌溉的情况下,年降水量小于600毫米时,年陆面蒸发量可超过年降水量。陆面蒸散发量是大陆水分循环的重要组成部分,又是流域水量平衡要素中的主要支出项。对陆面蒸发量的数量及其变化规律的研究,对于水资源评价和农业生产以及人类活动引起水循环变化的研究都有重要意义。

    一、水面蒸发量的分析

    从1958年以后,在编制水文手册、水文图集时,都对水面蒸发量资料进行统计分析,并绘成多年平均年蒸发量等值线图,蒸发量等值线图是以相当于80厘米口径蒸发器观测值资料绘制的,如用20厘米口径蒸发皿所测得的蒸发量,均应折算成80厘米口径蒸发器测得的资料。它们间的折算系数,燕山地区采用0.8,其余地区采用0.75。80厘米蒸发器观测值折算为大型蒸发池观测的蒸发量,折算系数为0.8左右。

    80年代开始的历次水资源评价,按技术规定,均采用E601蒸发器的观测资料代表蒸发量,不再向大型蒸发池蒸发量折算(因折算系数为1.0左右,且稳定)。这样需对过去其他口径蒸发皿观测的水面蒸发量重新进行折算系数的分析。依据分析成果汇总提出,20厘米蒸发皿与E601蒸发器的折算系数,在河北省长城一线以北的滦河、潮白蓟运河及永定河水系年折算系数采用0.59,长城一线以南的其他各河采用0.62。经资料折算,单站系列统计分析,最后绘制出河北省多年平均蒸发量等值线图,由该图看出,河北省多年平均年水面蒸发量呈现南部大于北部,平原大于山区的地区分布特征。北部一般在900~1000毫米左右,而南部达到1200~1400毫米。大于1400毫米的高值区在平原的阜城、南宫一带。

    为了分析不同口径蒸发器皿观测资料与20平方米蒸发池的蒸发量的折算系数,90年代初河北平原水资源实验站根据实验场地内安装不同口径蒸发器皿的蒸发量与大型蒸发池的对比观测及同步观测的有关气象要素观测资料。分析出月、年蒸发量折算系数;同时收集水文部门、气象部门的不同口径,不同质地的蒸发器皿观测资料,研究分析与E601蒸发器观测蒸发量之间的折算系数。这项成果的取得,使河北省终于有了依据自己的试验资料得出的蒸发量折算系数,可供实用,而且也为建立蒸发资料数据库提供了技术准备。

    二、水面蒸发量与气象因子的关系

    影响水面蒸发量的因子有热力因子与动力因子,主要有风速与饱和水汽压差,还有辐射、气温和水温等。全省风速以太行山、燕山山地和山前区为最小,多年平均风速为2~3米每秒,滨海和坝上区为最大,多年平均风速为4~5米每秒;其他地区介于两者之间。相对湿度分布以太行山山地和燕山背风区为最小,多年平均相对湿度为50%~55%;坝上和滨海为最大,多年平均相对湿度为60%~65%。风速与饱和水汽压差的地区分布规律与水面蒸发量的地区分布规律基本一致。

    为了满足计算不同时段水面蒸发量的需要,河北平原水资源实验站根据20平方米蒸发池的观测资料,冉庄水资源实验站根据E601蒸发器的观测资料,求得各月平均日蒸发量与百叶箱观测的气温、湿度之间的关系式,但这种关系的稳定性较差,计算公式的系数区域变化较大,移用时尚需考虑其变化因素。

    三、陆面蒸发量的计算

    50年代末,陆面蒸发量计算是用流域水量平衡的方法求得的,这对于流域降水、蒸发、径流均处于天然状态时,是一种最简单、实用的方法。以流域多年平均年降水量与多年平均年径流深之差,作为流域多年平均陆面年蒸发量的办法,在1958年编制的《河北省实用水文手册》和1961年编印的《河北省水文图集》中就已作为绘制多年平均年陆面蒸发量等值线图的一种办法。具体作法就是将多年平均年降水量与多年平均年径流深两张等值线图叠置在一起,对两图等值线交点作减法,其差即为多年平均陆面蒸发量,再据这些交点就可绘出陆面蒸发量等值线图。陆面蒸发量地区分布总的趋势是,平原大于山区,全省多年平均陆面蒸发量在400~500毫米之间,高值区位于燕山迎风区和太行山山前地带,此处陆面蒸发量达500毫米;低值区主要分布在西北部和北部的背风区以及太行山迎风区的中部和南部,陆面蒸发量不足400毫米。

    70年代在《海、滦河年径流分析报告》中,用水热平衡推导得出的布德科公式计算了海滦河流域陆面蒸发量,采用计算公式就可以计算不同时段的陆面蒸发量。80年代末刘克岩、石玉波引进加拿大学者的互补相关模型,用有关气象资料计算出河北省平原区的陆面蒸发量,另辟了平原地区陆面蒸发量计算蹊径。在具备降水、土壤含水量、地下水观测资料及灌溉用水等资料的平原小流域,可以用水量平衡的方法,计算出流域逐年的蒸发量。张学明于90年代初,用此方法计算过下博流域的逐年流域蒸发量。后经分析年降水量在600毫米以下时,流域的陆面蒸发量大于年降水量,差额主要源于灌溉水量;年降水量大于700毫米时,流域的陆面蒸发量小于年降水量。冉庄水资源实验站根据本站观测资料,采用彭曼公式计算陆面蒸发量,该式以能量平衡与质量转移方程的内在关系,用饱和水汽压曲线的斜率和干湿表常数,组合呈单一关系,再结合土壤实际含水量和田持含水量的比值,作物系数,建立了估算陆面蒸发量的公式。

    此外,也有采用气象要素法,以影响陆面蒸发量的主要气象要素年降水量与平均相对湿度建立相关关系,分区给出计算公式,此法简便实用,但误差略大。

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