懷柔水庫水面蒸發量及變化特征分析

北京市京密引水管理處，北京 101400

1 區域概況

懷柔水庫位于北京懷柔城區西側，上游有南、北兩支支流，南支為懷九河、北支為懷沙河，下游為懷河，控制流域面積為525km2。流域多年平均降水量為603mm（1956—2019年），年最大降水量為1118.2mm（1969年），年最小降水量為343mm（1962年）。懷柔水庫總庫容為1.44億m3，工程規模為大（二）型水庫。其與京密引水渠相連，主要作用為調蓄供水、攔洪防汛，以及作為南水北調來水調入密云水庫調蓄工程的中間調節庫。懷柔水庫庫區水文站于20世紀70年代開始蒸發觀測，采用20cm口徑蒸發皿，每日記錄觀測數據。2004年6月起，加裝了E601型蒸發器，可與20cm口徑蒸發皿進行對比觀測。

2 懷柔水庫水面蒸發量的計算

2.1 蒸發器的選擇

在20世紀80年代初期，國際氣象組織儀器和觀測方法委員會提出以20m2水面蒸發池作為水面蒸發量的國際標準。若水庫或湖泊附近從未建有20m2蒸發池，則可利用E601型蒸發器的觀測值近似計算水庫、湖泊水面蒸發量[1]。但冬天受冰凍影響，E601型蒸發器的觀測值誤差較大，因而可利用20cm口徑蒸發皿替代其進行觀測[2]。

2.2 水庫水面蒸發量的計算

（1）折算系數計算。不同蒸發器，由于周圍熱動力條件不同，因此蒸發量也不相同。當需要用20cm口徑蒸發皿代替E601型蒸發器進行觀測時，需求出二者的折算系數，可按下式計算：

式中：k為折算系數；E601為E601型蒸發器水面蒸發量，mm；E20為20cm口徑蒸發皿水面蒸發量，mm。

利用懷柔水庫水文站E601型蒸發器和20cm口徑蒸發皿2005—2019年的同步觀測資料進行分析，計算兩種觀測儀器各月的水面蒸發量折算系數。根據計算結果可知，懷柔水庫E601型蒸發器與20cm口徑蒸發皿水面蒸發量折算系數在0.50～0.72，多年平均值為0.63。

（2）水庫水面蒸發量計算。根據懷柔水庫蒸發資料可知，每年的1—3月、11—12月為冰凍期，此時，采用20cm口徑蒸發皿的觀測數據和當月折算系數來推求E601型蒸發器的蒸發量。然后利用蒸發資料和水庫水面面積，以月為計算時段，計算懷柔水庫水面蒸發量。

式中：Ei，水庫為第i月水庫蒸發量，萬 m3；Ai，水面面積為第i月水庫平均水位相應的水面面積，km2；Ei，天然為第i月天然水體水面蒸發量，即E601型蒸發器的觀測值，mm。

根據公式（2）計算得到懷柔水庫2005—2019年水面蒸發量，結果見表1。

表1 懷柔水庫2005—2019年逐月蒸發量計算表 單位：萬m3

2.3 水面蒸發量變化特征

（1）蒸發量年內分配情況。根據懷柔水庫2005—2019年逐月蒸發量計算表，繪制懷柔水庫水面蒸發量年內變化柱狀圖，見圖1。

圖1 懷柔水庫水面蒸發量平均值逐月分配圖

從圖1可以看出，懷柔水庫的水面蒸發規律如下：11月—次年2月蒸發量較小，最小值出現在1月，1月平均蒸發量為16.6萬m3；3—10月蒸發量較大，最大值出現在5月，5月平均蒸發量可達91.8萬m3，是月平均蒸發量最小值的5.5倍。這是因為，北方地區5月氣溫雖然不是全年最高的，但空氣干燥、風速大，蒸發損失也就越大；隨著氣溫的逐漸降低，水庫水面開始逐漸結冰，一般從11月底—次年3月初處于封凍期，此時水與空氣之間有冰層的存在，減少了水面與空氣的接觸面積，從而使水面蒸發量明顯減少。

（2）蒸發量年際分配情況。根據懷柔水庫2005—2019年逐月蒸發量計算表，繪制懷柔水庫水面蒸發量年際變化柱狀圖，見圖2。

圖2 懷柔水庫水面蒸發量逐年分配表

水面蒸發量的年際分配情況可通過計算年際間的變差系數來分析[3]，公式如下：

式中：Cv為變差系數；n為統計量的個數；Ki為模比系數；Xi為年蒸發量，萬m3；為年蒸發量均值，萬m3。經計算，懷柔水庫水面蒸發量年際變差系數為0.07，年際值比為1.37，可知年際間的變化較小。

（3）單位面積水面蒸發量計算。利用懷柔水庫2005—2019年的年均水位面積和年內蒸發總量，可分別計算出懷柔水庫多年平均水面蒸發量為597萬m3，單位面積水面蒸發量為86萬m3/km2，見表2。

表2 懷柔水庫單位面積蒸發量計算

3 結論

（1）懷柔水庫的E601型蒸發器與20cm口徑蒸發皿水面蒸發量折算系數在0.50～0.72，多年平均值為0.63。比較兩種蒸發器的數據的比值是否符合折算系數，避免出現人為讀數誤差。當其中一種蒸發器出現故障，導致缺測或數據欠準時，可利用折算系數和另一種蒸發器進行輔助計算。（2）懷柔水面蒸發量年內分配不均，5月為蒸發量最大的月份；年際間變化不大，多年平均蒸發量呈逐漸增加趨勢。