水面蒸发变化及其影响因素分析_陈建峰.pdf

：水水面面蒸蒸发发变变化化及及其其影影响响因因素素分分析析陈建峰（山西省水文水资源勘测总站，山西 太谷）摘要水面蒸发是水循环的重要组成部分，是水资源评价的组成要素。大型水面蒸发是水库水体损失的主要部分，是研究水库水量平衡的基本要素。水面蒸发的精确评价对水资源评价与管理、生态和环境改善具有重要的意义。本文应用水面蒸发理论，对不同的水深下，不同口径 、蒸发器的蒸发量、不同水深水温的变化及其影响因素进行分析，阐明了大型水面蒸发量的年度变化规律，同时指出蒸发量变化规律的体现是不同影响因素叠加作用的结果。关键词水面蒸发；蒸发器；水温中图分类号 文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介陈建峰（），男，山西太谷人，高级工程师，主要从事水资源规划与利用方面工作。概述 水面蒸发机理太阳幅射到自由的水面，水体热能增加，水分子动能增大，当水分子动能大于其内聚力时，会从水面进入空气，这种从液态变为气态的吸热过程称为蒸发潜热；同时水面上空气中的水分子受到水面分子吸力或受冷的作用而返回水面的过程称为凝结。水面上进出水分子数量之差，是水面蒸发量，。水体获得太阳幅射的热量，水面温度增高，水分子动能增大，活跃的水分子积聚在水面上方的空气中，水汽含量增多，水汽压增大；同时空气中的水汽分子返回水面，当出入水面的水汽分子数量相等时，即汽化与凝结速度相等，水面上的空气中水汽含量饱和，相应水汽压称为饱和水汽压，此时水面蒸发不再进行。水面上空气中的水汽分子的扩散作用极为缓慢，而空气的对流和紊动会使水面上的大气混合加快，并从水平和垂直方向上送走水汽，促进水面的蒸发。水面蒸发量是饱和差、水汽扩散、空气对流和紊动共同作用的结果。水面蒸发实验实验区地理位置位于东径 ，北纬 之间，在黄土高原东端山西山涧盆地 太原盆地中部，行 政 区 划 隶 属 晋 中 市 太 谷 区，海 拔 高 程 ，属大陆干旱半干旱气候，多年平均气温 ，七月份最高，一月份最低。多年平均降水量 ，主要集中在 月份；多年平均水面蒸发量 （小型蒸发器），最大冻土深度 ，全年无霜期 。限于水面蒸发量采用、观测，因此 年建设大型水面蒸发观测场，蒸发器口径分别为 ，水深 、；蒸发器口径 ，水深；蒸发器口径 ，水深 的大型水面蒸发，利用蒸发量、水温传感器，自动采集的数据，传输至数据中心，大型水面蒸发实验系统，对所有实验资料整理成册。年开始实验观测并不断调试仪器，积累了部分观测资料。大型水面蒸发资料分析 水面蒸发量变化特征 蒸发器口径 ，不同水深的蒸发量图 水面蒸发器不同水深的蒸发量对 水面蒸发器，水深 、的蒸发量，逐月资料整理，按月汇算，分析图 可得，月份蒸发最为强烈，其次为、月份顺序递减。月份中旬水面结冰直到次年 月份。月份蒸发量为 左右，月份蒸发量为 左右，、月份蒸发量为 左右，月份蒸发量为 左右，月份蒸发量为 左右，月份蒸发量为 左右。、月份水面蒸发量，因水深增大而减小；、月份水面蒸发量，因水深增大而增大。蒸发器口径 、，同等水深的蒸发量图 水深不同水面蒸发器蒸发量对同等水深 ，不同蒸发器口径 、的蒸发量资料整理，分析图 可得，其所反映的蒸发变化规律与上 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.述对 水面蒸发器，不同水深蒸发量与时间的变化规律一致，基本上反映了本区域水面蒸发的变化。水面蒸发水体温度变化特征 口径蒸发器，不同水深的温度变化特征图 米水面蒸发器 水深中不同水深温度随时间变化曲线图 水面蒸发器 水深中不同水深温度随时间变化曲线图 水面蒸发器 水深中不同水深温度随时间变化曲线分析图、图、图 中不同水深温度随时间变化曲线，水体温度采用每日：观测值，月中旬到 月中旬左右水体温度最高；月初到 月中旬不同水深的水体温度变化呈上升趋势，以 月份水温变化较快上升；月中旬到 月底，水体温度变化呈下降趋势，以 月初水温变化下降幅度较大，主要是本年度 月份连续降雨所致。在 水面蒸发器水深 的水体中，水深 温度较水深 温度高。而在 水面蒸发器水深 、的水体中，水深温度变化条带明显，水深愈深、温度愈低。水温变化范围 。不同口径 、的蒸发器、同等水深的水温变化特征分析图、图、图，水深中不同水深温度随时间变化曲线可知：、的蒸发器，随水深的增大，水体温度降幅条带明显；的蒸发器，随水深的增大，水体温度降幅条带不明显，主要是水体增大，容纳更多的热量，水体温度变化幅度收窄。且在 月中旬到 月底气候转冷的过程中，不同水深温度变化趋向一致。图 水面蒸发器 水深中不同水深温度随时间变化曲线图 水面蒸发器 水深中不同水深温度随时间变化曲线大型水面蒸发影响因素太阳辐射、温度、湿度、风、降水、水深、水面面积因素，不同时间的变化，形成了大型水面蒸发的变化。太阳辐射因每天每刻、季节、纬度、天气条件而变化，水面蒸发量呈现与太阳辐射总量相应的变化。水面温度升高，水分子获得动能，蒸发作用表现与水温变化具有一定的关系，但蒸发与气温关系并不明显。风速和其他环境因素与温度相结合时对蒸发有显著的作用。饱和差间接影响蒸发，气温降低、相对湿度增加、水面蒸发减少。图 气温及太阳总幅射随时间变化曲线图 风速随时间变化曲线蒸发受风速及表面糙度的影响，风或汽流能移走水面上的水汽分子，保持最大输送率使水面上饱和层变薄，但风对蒸发的影响有一定的限度，超过此限度时水分子随时被风完全卷走，风速再加大时也不会再影响蒸发强度。相反冷的空气会减少蒸发而导致凝结。（下转第 页）第 卷第 期地下水 年 月造非常困难，建议直接拆除重建该部分工程；对于评价结果为“中等”的工程，可以维修改造存在隐患的部分，对部分工程按重要程度提档升级；针对评价结果为“良好”的工程，对部分工程按重要程度提档升级。结语本文在全面研究归纳现代灌区评价指标和方法的基础上，从信息化水平、生态环境和功能状况的角度选择 项典型指标构建评价体系，并利用层次分析模糊数学法评价了王石灌区骨干工程健康状况。结果表明，王石灌区泵站与水闸工程达 到“较 差”、“中 等”、“良 好”等 级 的 比 例 为 、和 、，其中信息化水平达到“较差”等级的比例为 、。针对王石灌区现代化改造的薄弱环节和关键问题，从标准化管理和信息化建设、水环境保护与节水减排、巩固提升灌排工程等角度提出灌区现代化改造措施。参考文献姚天银 农业大型灌区续建配套节水改造项目管理存在的问题及对策 乡村科技 （）：李佑亮 赣抚平原灌区渠道整治设计分析 黑龙江水利科技（）：阿扎提古丽扎克 灌区节水改造工程灌溉水利用系数的确定 水利技术监督（）：，杨柳，汪妮，解建仓，等 基于多源信息融合决策的灌区生态环境评价指标优选 农业工程学报 （）：李飞，贾屏，张运鑫，等 区域水资源可持续利用评价指标体系及评价方法研究 水利科技与经济（）：（上接第 页）参考文献田东方，郑宏，刘德富 考虑径流影响的滑坡降雨入渗二维有限元模拟及应用 岩土力学 （）：孙建平，刘青泉，李家春，等 降雨入渗对深层滑坡稳定性影响研究 中国科学（辑：物理学 力学 天文学）（）：胡冉，陈益峰，周创兵 降雨入渗过程中土质边坡的固 液 气三相耦合分析 中国科学：技术科学 （）：o ，o o o o o o o （）：骆文进，郑晓蕾，王丽英 考虑降雨入渗效应的高边坡开挖数值模拟研究 水力发电 （）：汪益敏，陈页开，韩大建，等 降雨入渗对边坡稳定影响的实例分析 岩石力学与工程学报（）：付宏渊，曾铃，王桂尧，等 降雨入渗条件下软岩边坡稳定性分析 岩土力学 （）：李宁，许建聪 基于 的三维边坡降雨入渗模块的开发及其应用 岩土工程学报 （）：（上接第 页）降水量、强度、分布会影响蒸发，因为降水会干扰水分子的逸出和破坏水面结构。浅水水温因气候变化明显，对蒸发的影响显著。深水水温受冷热变化，会产生对流作用，但水温变化缓慢，滞后气温时间较长，且深水蕴热较多，对水温有一定的调节作用，故蒸发量在时间上的变化比较稳定。图 气温及太阳总幅射瞬时值随时间变化曲线、图 风速随时间变化曲线，是采用了每日：观测值，太阳总幅射瞬时值在 月下旬至 月上旬达到最大，随后呈现下降趋势；气温由 月份升高，、月份最大，随后逐渐下降；风速呈现了 月下旬、月份较大，、月份下降趋势。水面蒸发在一年内的变化，主要受气温、湿度、风力的影响，冬季气温最低，水面蒸发量最小。、月份，气温已升高而雨季尚未来临，相对湿度低，风速大，蒸发量大。水面蒸发不同影响因素叠加的作用，正是蒸发量变化规律的体现。结语（）蒸发器口径 、，水深的蒸发量，月份最大 左右，月份为 左右，、月份为 左右，月份为 左右，月份为 左右，月份量为 左右。月份蒸发量为 左右。（）蒸发器口径 、，不同水深 、中，水体温度与气温变化同步，、月份水温最大；降雨对水体温度变化影响明显，表现在 月初降雨，水温降低、蒸发量减小。蒸发器口径 、水深 的水体温度受气温影响显著。（）水面蒸发不同影响因素的叠加作用，是蒸发量变化规律的体现。（上接第 页）参考文献潘汀超 淮河干流防洪保护区洪水智能计算模型及灾害风险评价 天津大学 丁泽霖，朱轩毅，张宏洋，等 基于响应面法的移动式防洪墙优化分析 人民黄河 （）：魏炳乾，杨坡，罗小康，等 半干旱无资料中小流域设计洪水方法研究 自然灾害学报 （）：谢平，陈广才，李德，等 乌鲁木齐地区小流域设计山洪推理公式的参数规律 山地学报（）：汪建武，薛晓鹏，杨让瑕 推理公式法在无资料地区小流域洪水计算中的应用 地下水 （）：高士麟 四川省小流域设计洪水分析及应用 四川建筑（）：包璐华 多种计算在西北城市防洪工程设计洪水中的对比研究 地下水 （）：孙毅 基于 的推理公式法参数敏感性分析 水力发电 （）：张小潭，孙秋戎 基于推理公式原理的小流域洪水计算方法异同分析 水利技术监督（）：韩秀丽 推理公 式法在 推求宁 家河 渠首设 计洪水 中的 运用 水利科技与经济 （）：魏国晋，何灼伦，王统旭，等 推理公式法在青海省应用的误差分析 人民黄河 （）：第 卷第 期地下水 年 月