干旱半干旱地区小型蒸发器水面蒸发量折算系数分析_刘伟莉.pdf

【分析研究】干旱半干旱地区小型蒸发器水面蒸发量折算系数分析刘伟莉，高佳，屈利红(黄河水利委员会 宁蒙水文水资源局，内蒙古 包头 014030)摘要 文章利用干旱半干旱地区代表站 巴彦高勒蒸发实验站1986 2016 年20 cm 口径蒸发皿与 E601B 型蒸发器同期观测资料，开展了蒸发量一致性及差异性分析，进行了折算系数计算、折算误差计算和合理性检验。该研究成果可为干旱半干旱地区年蒸发总量及年特征值的准确统计，以及水量平衡研究、水资源评价、生态需水计算、水资源利用与管理、工程设计等提供基础支撑。关键词 E601B 型蒸发器;20 cm 口径蒸发皿;蒸发;折算;干旱半干旱地区中图分类号:P333 1文章标识码:B文章编号:1009 0088(2022)12 0016 030前言直接观测是获得蒸发量资料的根本途径。水文站一般采用 20cm 口径蒸发皿和 E601B 型蒸发器混用方式观测蒸发量，给蒸发量月值延续和年值合计、年极值统计带来不便，导致蒸发量资料序列不连续，严重影响蒸发资料使用，蒸发观测资料价值无法发挥。蒸发观测资料使用，一般采用折算系数法对 2 种蒸发器测得的蒸发量数据进行折算，折算为相同序列或折算为标准水面蒸发器蒸发量。在不同地区受地理环境、气候条件等影响折算系数也有所不同。文章利用巴彦高勒蒸发实验站蒸发观测资料开展 20 cm 口径蒸发皿和 E601B 型蒸发器蒸发量间折算系的数分析工作。可为获得水面蒸发资料的连续序列，实现年蒸发总量及年特征值的准确统计，为水量平衡研究、水资源评价、生态需水计算、水资源利用与管理、工程设计，提供基础支撑。1蒸发实验站概况巴彦高勒蒸发实验站由黄河水利委员会于 1983 年设立，位于内蒙古自治区磴口县南套子村，地理坐标为东径 10702，北纬 4019。该站是国家级大型蒸发实验站、西北干旱地区的控制站、黄河流域干旱半干旱地区的代表站。实验站任务是研究干旱半干旱地区的水面蒸发规律;寻求建立干旱地区的水面蒸发模型;为代表区域的水库、湖泊、河道等水体的水量损失、陆地蒸发研究提供参证资料;为水资源评价、水文模型确定、水利水电工程和工农业用水规划设计及管理，提供水面蒸发方面的资料依据。实验站自 1984 年 5 月陆续开展了 40 余项实验观测项目。2017 年迁建包头，改为包头蒸发实验站后，观测项目自 2017 年1 月 1 日 8 时停止。实验站 20 cm 口径蒸发皿为全年观测，每日 8 时观测 1次。E601(套桶)蒸发器 11 月 次年 3 月观测。E601B 型蒸发器非稳定封冻期每日 8 时观测 1 次。稳定封冻期只观测 1 次冰期总量，旬、月蒸发量以 E601(套桶)蒸发器同期蒸发量的折算关系进行分配。其中，20 cm 口径蒸发皿自 1983 年开始观测，E601(套桶)蒸发器自 1985 年开始观测，E601B 型蒸发器自1986 年开始观测。2分析资料选取及分析依据2 1资料选取根据巴彦高勒蒸发实验站测站沿革及观测项目、方法和资料年限，选取 1986 2016 年 E601B 蒸发器与 20 cm 口径蒸发皿同期蒸发观测数据，进行相关性分析和折算系数计算。2 2分析依据及方法根据 水面蒸发观测规范(SL 6302013)水文资料整编规范(SL/T 2472020)，对 2 种蒸发观测资料进行一致性、差异性分析，确定选取资料的可靠性。然后采用图解法计算折算系数，采用 1986 2005 年蒸发资料，进行折算系数计算，用2006 2016 年蒸发资料，检验折算系数合理性。参考 黄委水文局水文测验新技术应用指导意见 相关规定，选定合理的折算系数，计算蒸发量折算误差。由于蒸发量受多种因素影响，日折算系数范围变化较大，本次不做日折算系数。各水文站有 E601B 型蒸发器 4 10 月蒸发观测数据。为明确折算对年、时段蒸发量的影响，本次分析计算全年折算系数。3蒸发量一致性 差异性分析3 1一致性分析绘制 E601B 型蒸发器和 20 cm 口径蒸发皿历年年蒸发量61内蒙古水利2022 年第 12 期(总第 244 期)及线性趋势对比图。由图 1 可知，除 2012 年外，线性趋势基本一致，资料可靠，可以采用。图 1巴彦高勒蒸发实验站历年大小蒸发器年蒸发量趋势对比3 2差异性分析统计 2 种蒸发器 1986 2005 年、2006 2016 年平均蒸发量、差异值、偏大率，结果见表 1。2 种蒸发量最大值均发生在 5月，20 cm 蒸发皿蒸发量最小值发生在 1 月，E601B 型蒸发器最小值发生在 12 月;差异值及偏大率的最大值均发生在 3 月，最小值发生在 12 月。绘制差异值与逐月平均蒸发数据曲线，见图 2、图 3。可看出蒸发量受气温、湿度、水气压影响较大，年内分配不均，主要集中在 4 10 月。20 cm 口径蒸发皿蒸发观测数据明显偏大，差异值与蒸发量基本呈正比关系，蒸发量越大，差异值越大。2 个时段的年内分配规律及差异值分布规律基本一致。表 1巴彦高勒蒸发站各时段平均蒸发量年内分配及差异值统计时段20cm 蒸发量(mm)E601B 蒸发量(mm)差值(mm)偏大率(%)1986 2005 年488 3538369 208775 1451148 9702006 2016 年453 3294381 199727 129751 986图 2巴彦高勒蒸发站 1986 2005 年差异值与逐月平均蒸发量对比图 3巴彦高勒蒸发站 2006 2016 年差异值与逐月平均蒸发量对比由表 1、图 3 可知，2006 2016 年 12 月，2 种蒸发量的差异值为负值。为查明原因，统计 2 种蒸发量各年各月偏大率，套绘各年各月偏大率折线图。发现，2012 年 1、11 月偏大率较其余年份明显异常，分别为 65 1%、19 1%。经考证，受人工观测、环境等影响，此年观测资料误差较大。分析计算时，剔除本年度资料。4折算系数计算及检验4 1折算系数计算根据对蒸发资料的差异性分析可知，2 种蒸发量各月偏大率值差异较大，各月蒸发量折算系数差异较大，采用长时段(年、冰期、非冰期)折算系数难以满足精度要求，本文计算月折算系数。折算系数采用图解法计算，即点绘 2 种仪器同期蒸发量相关关系图，自坐标原点绘制出 1 条通过点群中心的直线，直线的斜率即为折算系数。折算系数计算结果，见表 2。510 月折算系数变化小，11、12 月变化较大。表 2折算系数计算成果月份1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月折算系数 0744 0637 0508 0571 0590 0616 0634 0658 0672 0663 0755 09154 2误差计算及折算系数确定4 2 1折算误差计算利用折算系数分别折算各月蒸发量，计算冰期、非冰期及年蒸发量，与同期蒸发量实测值进行误差计算，见表 3。表 3不同时期蒸发折算量相对误差统计时段相对误差(%)平均相对误差(%)相对误差小于4%的年数(a)相对误差小于10%的年数(a)1 月16 7 17 90 57152 月22 9 27 90 48113 月15 8 30 72 53134 月26 7 13 31 88185 月11 6 9 30 213196 月8 4 10 30 115197 月9 4 8 50 212208 月8 7 10 30 212199 月9 4 13 50 6131910 月8 6 12 50121811 月23 6 28 80 661312 月22 9 46 55 3614冰期9 9 12 91 2918非冰期6 0 7 00 11520年6 6 7 10152071干旱半干旱地区小型蒸发器水面蒸发量折算系数分析刘伟莉等4 2 2折算系数确定黄委水文局 水文测验新技术应用指导意见 中，蒸发量观测误差要求为冰期 1 次蒸发总量偏差不超过 10%，非冰期的测量误差不超过 4%。根据 4 2 1 误差计算结果:冰期蒸发量90%的年份相对误差不超过 10%;非冰期各月折算蒸发量 40%75%的年份相对误差不超过 4%，平均相对误差均在 2%以内。因此，折算系数合理。各月折算系数变化较大，在 0 508 0 915 变化，呈先减小后又增大的规律，平均折算系数为 0 664。4 3折算系数合理性检验利用巴彦高勒蒸发实验站 2006 2011 年、2013 2016 年资料，对确定的月折算系数进行检验。经对折算误差计算统计:冰期，90%年份折算蒸发量相对误差在 10%以内;非冰期，各月20%70%年份的相对误差在 4%以内，平均相对误差均在 3%以内。对 1986 2005 年、2006 2016 年(2012 年除外)、1986 2016 年(2012 年除外)3 个统计段的折算蒸发量相对误差在允许范围内的合格年份进行统计。统计情况，见表 4。表 4不同时期蒸发量折算量相对误差合格年份数统计统计时段统计项目年冰期 非冰期1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月1986 2005 年2006 2016 年(2012 年除外)1986 2016 年(2012 年除外)4%以内合格年份数(a)1591578381315121213126610%以内合格年份数(a)2018201511131819192019191813144%以内合格年份数(a)44412125443573110%以内合格年份数(a)10992457889989744%以内合格年份数(a)1913198104101819161518199710%以内合格年份数(a)302729171518252727292827272018根据表4，检验年份及全部年份，冰期1 次蒸发总量偏差不超过 10%的年份均占总年份数的90%，说明冰期折算系数合理，可用于20 cm 口径蒸发皿蒸发量折算为 E601B 蒸发量折算工作。非冰期各月蒸发量折算量相对误差在 26 7%13 5%，平均相对误差在 1 91%0 49%;相对误差在 4%以内的年份占 20%70%。从以上分析可以看出，非冰期 2 种蒸发器蒸发量间相关性更好，其各月相对误差较冰期各月小。但因其合格评判标准与冰期差异较大，致其合格率较低。需探索更合适的折算模型，提高非冰期折算精度。5结论与建议(1)2 种蒸发量年值变化趋势一致;蒸发量年内各月分配不均，蒸发量主要集中在 4 10 月份。20 cm 口径蒸发皿蒸发观测数据较 E601B 型蒸发器观测量明显偏大，差异值与蒸发量基本呈正比关系，蒸发量越大，差异值越大。(2)月折算系数在 0 508 0 915 变化，呈先减小后增大的规律，平均折算系数为 0 664。(3)经验证，检验年份及全部年份，折算的冰期 1 次蒸发总量偏差不超过 10%的年份均占总年份数的 90%。冰期各月折算系数合理，可用于 20 cm 口径蒸发皿蒸发量折算为 E601B蒸发量的折算工作。(4)非冰期，各月蒸发量折算量相对误差在 4%以内的年份占 20%70%，平均相对误差在 1 91%0 49%，合格年份较少，图解法折算系数折算效果不理想。可进一步分析 20cm 口径蒸发量与气温、相对湿度、降水量、风速、日照时数及水汽压等各因素间相关关系，建立多元回归方程，探索更适合非冰期 20 cm 口径蒸发皿蒸发量折算模型。参考文献 1 洪昕妍 E 601 型蒸发器与 20cm 口径蒸发皿蒸发折算系数分析 以精河山口水文站为例J 地下水，2020(07):204 206 2 杨晶，董祝雷，孟玉婧 内蒙古小型与 E601 型蒸发皿蒸发量折算系数分析 J 内蒙古气象，2018(05):33 36 3 王利国 崇礼水文站 E601 型蒸发器与 20cm 口径蒸发皿蒸发折算系数分析 J 内蒙古水利，2019(12):15 16 4 常佩静，邱丽华 阿拉善高原小型蒸发与 E 601B 型蒸发量折算系数分析 J 现代农业，2020(08):100 102(编校:郭宝丽)