沙河流域年蒸發量推求分析

許海東

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

沙河流域年蒸發量推求分析

許海東

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

利用水量平衡原理進行流域年蒸發推求，首先要假定流域內多年平均蓄水變量不變，這對人類活動頻繁水資源開發利用較高的小流域未必能夠得到較好的結果。文章首要解決流域內年蓄水變量的多少問題，利用水量平衡原理來推求小流域年蒸發量。

流域；年蒸發量；水量平衡；沙河站

0 引 言

蒸散發是水分循環及水量平衡的基本要素之一，陸地上一年的降水約66%通過蒸散發返回大氣。流域內各類蒸發的總和稱為流域總蒸發，主要包括流域水面蒸發、土壤蒸發、植物截留蒸發和植物散發[1]〗。以往推求流域總蒸發量的主要方法有：①直接觀測，由于各觀測要素間存在相互內在聯系，觀測手段有限，實驗站的成果往往只能代表點上或下墊面相似情況，難以在某一流域等面上應用。②模式計算法，根據流域內蒸、散發規律，在不考慮蒸、散發在流域內是否均勻的情況下，利用土壤的含水率分布，采用多層模式計算。③水量平衡法，一般是針對多年平均情況，認為流域內多年平均蓄水變量不變，利用水量平衡原理進行推求，這對人類活動頻繁水資源開發利用較高的小流域未必能夠得到較好的結果。

文章擬采用水量平衡原理推求小流域年蒸發量，因此首先要解決流域內年蓄水變量的多少問題。通過多年來水文站網收集到的傳統水文資料是解決不了此項問題，而在注重站網規劃大力發展多元化水文觀測項目的今天，可以對降水、徑流、地下水位、土壤墑情、取水量等項目進行同時觀測，這就有可能利用水量平衡原理來推求小流域年蒸發量。

1 建立流域水量平衡方程

文章擬推求沙河流域年蒸發量，本流域內水面面積占流域總面積較小，故水面蒸發量可忽略不計，因此，包氣帶土壤水分的消耗計算過程即小流域內年蒸發量。

1.1 土壤水分的補給及排泄量計算

1)年內降水對土壤水分的補給量SP：

Sp=P-Rs-Pr

(1)

式中：P為流域年平均降水量；Rs為年地表徑流量；Pr為地下水入滲補給量。

2)地下水對土壤水分的補給量Eg：

地下水對土壤水分的補給量即潛水蒸發量，當地下水達到極限埋深時為0。

3)灌溉水對土壤水分的補給量S灌：

S灌=W灌-βW灌

(2)

式中：W灌為流域年灌溉水量；β為回歸系數。

4)土壤水分的排泄量E：

土壤水分的排泄量即流域年蒸、散發量。

1.2 年水量平衡方程

根據上述分析，小流域年水水量平衡分析式為：

±△V=Sp+S灌+Eg-E

(3)

式中：△V為土壤水年蓄水變量。

將(1)、(2)式代入(3)式，整理得：

E=P-Rs-Pr+W灌-βW灌+Eg?△V

(4)

式中，地下水入滲補給量、灌溉回歸水量和地下水對土壤水分的補給量可直接利用流域內地下水位變幅計算，即：

μ·△Z=Pr-Eg+βW灌

(5)

式中：μ為流域內地下水含水層平均給水度。

將(5)式代入(4)式，即小流域年陸面蒸發量計算公式：

E=P-Rs+W灌-μ×△Z?△V

(6)

2 小流域年陸面蒸發量計算分析

現以沙河流域下沙河站為例，驗證(6)式能否利用各要素得到滿意的結果。

2.1 流域概況

沙河屬季節性河流，發源于蓋縣雙臺鎮雙頂山，向西流經安平、蘆屯鎮等，在鲅魚圈區大望海寨附近注入渤海。河流全長27.5km，干流河長24km，流域面積189.8km2，河道比降3.67‰。流域內以砂壤土為主，其它大多為亞砂土。耕地面積約占全流域60%左右，以玉米為主。流域內地下水埋深大多2-6m之間。

沙河站觀測項目主要有水位、流量、降水、蒸發、地下水、水質等。流域內有6處雨量站、1處土壤墑情站、4處地下水站，均以積累10a以上同步觀測資料。

2.2 各要素的確定

1)流域年平均降水量P：

流域年平均降水量的計算方法直接影響流域年蒸發量。由于流域內分布6處雨量站，且觀測資料精度可靠，因此采用泰森多邊形法進行計算可以保障年平均降水量推求精度。

2)地面徑流量Rs：

采用沙河站各年實測徑流量，精度滿足要求。

3)年灌溉水量W灌：

該要素對流域年蒸發量影響較大，因此必須保證其精度。文章采用每年營口市水資源公報中縣區水利部門匯總的各鄉鎮實測和調查的農業灌溉用水量，精度較為可靠。然后將灌溉水量折成水深。

4)地下水年蓄水變量μ×△Z：

μ值由《遼寧省水資源》按流域含水層特性查得，該值為0.06。ΔZ則根據流域內各地下水站年水位變幅，利用面積加權求出流域地下水位年變幅。

5)土壤水年蓄水變量△Z：

根據流域內土壤墑情站年初、年末實測的土壤含水率垂線分布資料，以及流域內各層土壤干容重、各層厚度計算年初、年末包氣帶土壤蓄水量，按照面積加權推求流域年初、年末的土壤蓄水量，兩者相減，變可求出流域年蓄水變量△Z。

將上述方法計算的各要素代入(6)式，便可推求出各年蒸發量。

表1 沙河站以上流域年蒸發量計算表

3 結 論

通過計算流域年蒸發量的成果可以看出：

1)流域年蒸發量年際變化較大，本流域年蒸發量最大值與最不值相差2.19倍。由此可見按照以往只推求流域多年平均蒸發量，難以滿足流域內水資源調查評價以及水資源承載能力計算的使用，特別是半干旱與干旱地區，影響較大。

2)通過上述計算可以看出，多年平均地下水蓄水變量較大。傳統推求蒸發量的方法只適用于天然河流，在人類活動頻繁的地區，要研究流域年蒸發量，必須要收集到準確計算流域蓄水變量的要素數據，以便準確地推算流域逐年蒸發量，才能滿足當前社會生產的需要。

3)流域年內蒸發量的多少主要取決于流域內年降水情況和灌溉用水的多少。但是，對于流域下墊面地形、土壤、河流、植被等因素也不可小視。

4)用此方法推求流域年蒸發量的精度，主要取決于各水量平衡要素的資料精度。因此，要提高各項要素的觀測方式、方法，灌溉水量要盡要能實測或采用區域體表站法；降水量的觀測設備采用0.1分辨率；各要素站網的布設盡量體現流域內的實際情況，以提高資料精度和代表性。

[1]魏永霞.工程水文學[M].北京：中國水利水電出版社，2005:31-35.

[2]營口市水利局.營口市水利志[R].營口：營口市水利局，1993.

[3]遼寧省水利廳.遼寧省水資源[R].沈陽：遼寧省水利廳，2006.

1007-7596(2017)08-0031-02

2017-07-26

許海東(1979-),男，遼寧阜新人，高級工程師，從事水文測驗及水資源評價等工作。

P426.2

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