平原區(qū)朱家河流域蒸發(fā)量變化特征分析

張新潮

(河北省衡水水文勘測(cè)研究中心，河北 衡水 053000)

1 朱家河流域概況及站點(diǎn)布設(shè)監(jiān)測(cè)情況

朱家河流域位于河北省深州市中南部，控制面積150 km2，為平原區(qū)小面積降水徑流研究區(qū)域。該流域大陸季風(fēng)氣候特點(diǎn)顯著，屬半濕潤、半干旱暖溫帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)。四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽，冬季寒冷少雪。年平均氣溫12.6℃，一月份最冷，平均氣溫為零下4℃，全年無霜期191 d，日照時(shí)數(shù)為2 616.8 h[1]。土壤結(jié)冰期從11月中旬至來年的3月中旬。

朱家河流域?qū)偈蚯鄥^(qū)，西至四干渠，南至四干一分干渠，東至衡榆公路，北至石津灌渠，中間有老朱家河和新朱家河?xùn)|西走向貫穿其中。流域內(nèi)布設(shè)有降水、地下水等項(xiàng)目監(jiān)測(cè)站點(diǎn)共8處，其中蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)1處。

該蒸發(fā)站1985年設(shè)立，最初為汛期觀測(cè)，1989年改為常年觀測(cè)。場(chǎng)內(nèi)設(shè)E601型蒸發(fā)器和20 cm 口徑蒸發(fā)器各1套，每日8時(shí)觀測(cè)蒸發(fā)量1次。在封凍期間,1月、2月和12月份采用20 cm 口徑蒸發(fā)器觀測(cè)，其余時(shí)間采用E601型蒸發(fā)器觀測(cè)蒸發(fā)量。

2 朱家河流域蒸發(fā)量計(jì)算及變化特征分析

2.1 蒸發(fā)量資料處理與計(jì)算

距離小流域蒸發(fā)站26 km處建有衡水水文實(shí)驗(yàn)站，該站1985年開始觀測(cè)水面蒸發(fā)和氣象項(xiàng)目，有E601型蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)器同步觀測(cè)資料。在計(jì)算小流域封凍期1月、2月和12月份蒸發(fā)量時(shí)，借用其E601型蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)器同步觀測(cè)資料折算系數(shù)，折算為標(biāo)準(zhǔn)E601型蒸發(fā)器觀測(cè)資料計(jì)算蒸發(fā)量。

2.2 蒸發(fā)量特征值統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)朱家河流域蒸發(fā)站1989-2019年共計(jì)31年蒸發(fā)量資料，對(duì)每年封凍期1、2、12月份蒸發(fā)量進(jìn)行換算，得到標(biāo)準(zhǔn)E601型蒸發(fā)器系列蒸發(fā)量，然后進(jìn)行匯總分析。可以看出，朱家河流域多年平均蒸發(fā)量為920.0 mm，最大蒸發(fā)量為1 157 mm，最小蒸發(fā)量為803.7 mm，年極值比為1.44，多年蒸發(fā)量在800 ～1 200 mm之間，特征值統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 朱家河流域蒸發(fā)量特征值統(tǒng)計(jì)

2.3 蒸發(fā)量年際變化特征及分析

根據(jù)朱家河流域1989-2019年系列水面蒸發(fā)量計(jì)算成果，繪制了朱家河流域年水面蒸發(fā)量變化趨勢(shì)圖，見圖1。從圖1可以看出，流域內(nèi)多年年水面蒸發(fā)量呈波動(dòng)式下降趨勢(shì)[2]，與我國大多數(shù)地區(qū)的變化趨勢(shì)是一致的[3-5]，平均每年減小6.5 mm。1997年以前年水面蒸發(fā)量均高于平均值, 1997年后絕大多數(shù)年份低于平均值。1989年建站初始，年蒸發(fā)量為31 a來最高值，為1 157 mm，超出平均值25.8%;最低值出現(xiàn)在2014年為803.7 mm；變化幅度為353.3 mm。

圖1 朱家河流域年水面蒸發(fā)量變化趨勢(shì)

繪制朱家河流域系列年水面蒸發(fā)量模比系數(shù)差積曲線，見圖2。可以看出，流域內(nèi)年蒸發(fā)量變化大致分為三段，自建站起至1996年年水面蒸發(fā)量呈增大趨勢(shì)，而且變化較大；1997-2016年年水面蒸發(fā)量呈減小趨勢(shì)，變化較緩；2017年開始，年水面蒸發(fā)量又有增大趨勢(shì)，只是趨勢(shì)較小。

圖2 朱家河流域年水面蒸發(fā)量模比系數(shù)差積曲線

根據(jù)系列資料計(jì)算出朱家河流域年代平均蒸發(fā)量，統(tǒng)計(jì)表見表2。可以看出，上世紀(jì)八、九十年代流域內(nèi)蒸發(fā)量在1 000 mm左右，進(jìn)入新世紀(jì)，蒸發(fā)量減小，變化相當(dāng)，平均蒸發(fā)量都在900 mm以下。

表2 朱家河流域年代平均蒸發(fā)量統(tǒng)計(jì)

年際變化特征分析：通過以往各位學(xué)者對(duì)蒸發(fā)量的研究分析可知，影響蒸發(fā)量的主要因子為風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)，其次是溫度、濕度等。通過對(duì)附近衡水實(shí)驗(yàn)站多年日照、風(fēng)速、濕度等資料分析，該區(qū)10 m 高度和1.5 m 高度年平均風(fēng)速呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，年日照時(shí)數(shù)也呈減少趨勢(shì),相對(duì)濕度年際變化呈增加趨勢(shì), 但增加不顯著[6]。風(fēng)速的減小以及日照時(shí)數(shù)的減少，可能是造成年際蒸發(fā)量趨于減小的主要原因。中間1997年和2017年出現(xiàn)蒸發(fā)量拐點(diǎn)變化，很大程度上與該區(qū)大氣環(huán)境污染程度有關(guān)，2017年來，由于大氣污染治理明顯，太陽輻射增強(qiáng)，導(dǎo)致蒸發(fā)量增大，略有回升趨勢(shì)。

2.4 蒸發(fā)量年內(nèi)變化特征及分析

根據(jù)朱家河流域1989-2019年水面蒸發(fā)量計(jì)算成果，繪制了朱家河流域年內(nèi)水面蒸發(fā)量變化趨勢(shì)圖，見圖3。從圖3可以看出，流域內(nèi)多年年內(nèi)平均水面蒸發(fā)量為單峰型分布，6月份蒸發(fā)量最大, 其次為5月份、7月份，三個(gè)月水面蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的43.3%，幾乎占全年的一半；封凍期1月2月、12 月蒸發(fā)量最小,三個(gè)月的蒸發(fā)量僅占全年的6.4%左右。

圖3 朱家河流域年內(nèi)平均水面蒸發(fā)量變化趨勢(shì)

按季節(jié)統(tǒng)計(jì)朱家河流域多年年內(nèi)蒸發(fā)量，見表3。可以看出，春季、夏季蒸發(fā)量最大，秋季、冬季蒸發(fā)量最小，春夏季蒸發(fā)量占到全年蒸發(fā)量的74.1%。

表3 朱家河流域多年平均季節(jié)蒸發(fā)量統(tǒng)計(jì)

年內(nèi)變化特征分析：該流域因?yàn)榇杭径啻箫L(fēng)天氣, 且降水偏少，天氣干燥，空氣濕度小，蒸發(fā)速度

加快，所以蒸發(fā)量較大，而夏季雖然降水量增加，濕度大，影響蒸散發(fā)速率，但該季節(jié)太陽輻射加強(qiáng)，氣溫高，蒸發(fā)量相對(duì)增加。而到了秋冬季，太陽輻射減弱，氣溫降低，況且近年來大氣污染嚴(yán)重，有風(fēng)時(shí)間減少，云層不容易擴(kuò)散，進(jìn)一步影響太陽輻射，進(jìn)而蒸散發(fā)速率降低，導(dǎo)致秋冬季蒸發(fā)量大大減小。

3 結(jié)語

蒸發(fā)是流域水循環(huán)和能量循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，水面蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)在水文循環(huán)過程對(duì)氣候變化響應(yīng)研究中有重要意義。在對(duì)流域蒸發(fā)站資料的分析中，變化過程出現(xiàn)兩個(gè)拐點(diǎn)，分別是1997年、2017年，1997-2016年期間，區(qū)域大氣環(huán)境污染嚴(yán)重，太陽輻射減弱，導(dǎo)致蒸發(fā)量減小；隨著我國對(duì)空氣環(huán)境污染的治理加大，2017年開始蒸發(fā)量逐漸呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，蒸發(fā)量的變化過程較真實(shí)的反映出區(qū)域氣候的變化。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人為活動(dòng)對(duì)氣候的影響越來越大，進(jìn)而影響蒸發(fā)等各水文要素的變化。我們應(yīng)該加強(qiáng)水文氣象要素的監(jiān)測(cè)力度，通過具體分析其要素變化，查找具體原因，有針對(duì)性的加強(qiáng)治理改進(jìn)，促進(jìn)自然環(huán)境與人類社會(huì)的和諧發(fā)展。