河北省水面蒸發(fā)特性分析.doc

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1、 河北省水面蒸發(fā)特性分析 摘要：利用河北省46個水面蒸發(fā)站1951（或建站）～2010年60年的蒸發(fā)資料，按不同器皿逐月點繪了折算系數(shù)分區(qū)圖，將全省劃分為六個分區(qū)，分析了20 cm口徑蒸發(fā)皿與E601型蒸發(fā)器水面蒸發(fā)折算系數(shù)。把不同類型的蒸發(fā)器資料均換算成E601型蒸發(fā)器資料，從地區(qū)分布、時程分配等方面闡述了全省水面蒸發(fā)量的特點；蒸發(fā)量呈南部大于北部，平原大于山區(qū)的地區(qū)分布特征；年蒸發(fā)量呈下降趨勢，年際變化較為明顯,60年代蒸發(fā)量最大，減少的變異年份出現(xiàn)在1983年。 關鍵詞：水面蒸發(fā)量；折算系數(shù)；地區(qū)分布；時程分配；河北省 0　引言 蒸發(fā)量是水平衡計算中的主要支出項。各

2、種蒸發(fā)損失量的計算都是以水面蒸發(fā)觀測資料為依據(jù)，先通過蒸發(fā)折算系數(shù)，將不同口徑蒸發(fā)量觀測值折算成國家規(guī)定標準蒸發(fā)器或天然水體的蒸發(fā)量，然后再進行陸面蒸發(fā)、潛水蒸發(fā)等項計算，由此可知水面蒸發(fā)的觀測和規(guī)律分析就顯得非常重要。河北省水文系統(tǒng)開展水面蒸發(fā)量的觀測已有60多年的歷史，建國前水面蒸發(fā)觀測點有24處，建國后發(fā)展到現(xiàn)有蒸發(fā)站近50處。水面蒸發(fā)是水循環(huán)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人為活動影響環(huán)境較大，水資源的開發(fā)、利用急劇增長，水面蒸發(fā)也發(fā)生了變化。 1　研究區(qū)域自然環(huán)境概況 河北省處于首都北京和天津的周圍，地理位置在北緯3603′—4240′，東徑11327′—11950

3、′之間。地處華北，漳河以北，東臨渤海北京周邊，西為太行山地，北為燕山山地，燕山以北為張北高原，其余為河北平原，全省面積18.77萬平方公里。河北省背山面海，地勢呈西、北高，東、南低、燕山與太行山自河北省的東北部起，逐漸經(jīng)北部與西部，一直延伸到省的南端，呈弧形環(huán)抱平原，將全省分為兩個截然不同的地貌區(qū)。即：弧狀山脈的北部和西部為山地、高原和山間盆地；弧狀山脈的南部和東部為平原和濱海。根據(jù)地貌成因及形態(tài)特征分為：壩上高原，山地，山間盆地，平原。 河北省屬溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，四季分明。冬季寒冷干燥、雨雪稀少；春季冷暖多變，干旱多風；夏季炎熱潮濕、雨量集中；秋季風和日麗，涼爽少雨。河北省光

4、照資源豐富，年總輻射量為4854～5981兆焦/平方米，年日照時數(shù)2319～3077小時；南北熱量差異較大，年平均氣溫為1.8～14.2℃。全省平均氣溫由北往南，由壩上、山地向平原逐漸增高，北部壩上高原年平均氣溫低于4℃，南部平原地帶年平均氣溫在12℃以上。年無霜凍期81～204天。全省風速以太行山、燕山山地和山前區(qū)為最小，多年平均風速為2～3米每秒，濱海和壩上區(qū)為最大，多年平均風速為4～5米每秒；其他地區(qū)介于兩都之間。相對濕度分布以太行山山地和燕山背風區(qū)為最小，多年平均相對濕度50%～55%；壩上和濱海為最大，多年平均相對濕度為60%～65%。降水分布不均，年降水量為215～745毫米，總的

5、趨勢是東南部多于西北部，6～9月份的降水量約占全年總降水量的80%左右[1]。 2　資料來源及冬季觀測方法 本文所用資料為河北省46個水文站自1951年（或建站）至2010年的2700站年水面蒸發(fā)資料，平均4080平方公里一站。其中海河流域選用站42處，平均4085平方公里一站；內陸河流域4處，平均2914平方公里一站；遼河流域無水面蒸發(fā)站。選用的蒸發(fā)站資料質量較好，面上分布均勻，蒸發(fā)站使用的儀器主要為20cm口徑蒸發(fā)皿和E601型蒸發(fā)器。 全省蒸發(fā)器皿演變過程：1950年前全省蒸發(fā)站24處，口徑全部為20cm蒸發(fā)皿(承德地區(qū)為銅質，其它地區(qū)全部為鐵質)；五十年代末到六十年代初非冰期用口

6、徑80cm蒸發(fā)器；從1963年開始使用E601型蒸發(fā)器；1981年后絕大部分站改為冰期用20cm銅蒸發(fā)皿，非冰期用E601型蒸發(fā)器[2]。 為探求不同蒸發(fā)器皿對E601蒸發(fā)器的折算系數(shù)，1982年河北省設對比觀測站12個（山區(qū)、平原各6個），各站共設20cm銅皿12個與E601蒸發(fā)器對比觀測。在北方地區(qū)，冬季水面蒸發(fā)的對比觀測受冰凍影響，為了取得結冰期和消冰期的對比觀測資料，需要加強冰期的對比觀測。具體做法是：（1）在結冰初期和融冰后期，蒸發(fā)器內的冰體處于自由漂浮狀態(tài)，不論冰體多少，均按非冰期的要求每天定時觀測蒸發(fā)量。（2）在初冰期盡量延長觀測時間，當8時蒸發(fā)器內結有完整薄冰蓋或部分冰層連結

7、在器壁上時，用冰鉆或斧頭輕輕砸離器壁，使水面呈自由漂浮狀，仍按非冰期的要求進行觀測。（3）從進入穩(wěn)定封凍期到消冰之日，有的站觀測封凍期的總蒸發(fā)量，然后按總日數(shù)平均分配，可得到封凍期的月蒸發(fā)量；有的站用稱重法每日觀測（如崇禮站）；有的站每隔一定時間用冰鉆打開冰層觀測一次總蒸發(fā)量（如峪門口、土門樓、朱莊等站）。（4）從結冰期開始，采取適當措施防止儀器凍裂。 3　水面蒸發(fā)量的折算系數(shù)分析 河北省水文部門自五十年代以來曾先后使用過20cm口徑蒸發(fā)皿、80cm口徑蒸發(fā)皿、E601型蒸發(fā)器來測定水面蒸發(fā)量。為此，必須推求不同器皿所觀測的水面蒸發(fā)量對標準蒸發(fā)器的折算系數(shù)。E601型蒸發(fā)器是可以代表天然水

8、體水面蒸發(fā)量的標準儀器[3]。 根據(jù)12個對比站水面蒸發(fā)資料分析的多年平均的月、年蒸發(fā)折算系數(shù)，按不同器皿逐月點繪折算系數(shù)分區(qū)圖，從分區(qū)情況看，同月不同器皿的分區(qū)情況不太一致，根據(jù)各對比站位置，參照氣象要素的地理分布，對全省進行折算系數(shù)分區(qū)；大致將全省劃分為六個區(qū)：長城以北、薊運河以西、薊運河東灤河西、灤河以東、大清河水系、子牙南運河水系。然后根據(jù)計算結果和分區(qū)情況確定各分區(qū)不同水面蒸發(fā)器皿對E601蒸發(fā)器的月、年折算系數(shù)[4]。20cm口徑銅蒸發(fā)皿與E601型蒸發(fā)器的水面蒸發(fā)量折算系數(shù)見表1。 圖1 各區(qū)20cm口徑銅蒸發(fā)皿與E601型蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量逐月折算系數(shù) Fig.1

9、 The 20cm copper evaporating dish and E601 type evaporator of water surface evaporation in monthly conversion coefficient 從圖1來看20 cm口徑蒸發(fā)皿與E601型蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量折算系數(shù)，薊運河及灤河西、長城以北呈單峰線，灤河以東、大清河水系、子牙南運河水系、全省平均呈雙峰線。年內變化秋季高于春季，地區(qū)分布為由南向北遞減，平原區(qū)的折算系數(shù)大于山區(qū)，大體為以薊運河以西與長城以北為包圍帶狀。年折算系數(shù)是長城以北采用0.61，薊運河以西采用0.63，其他分區(qū)采用0.65。長

10、城以北、大清河水系折算系數(shù)沒有變化，薊運河及灤河西折算系數(shù)變大，灤河以東、子牙南運河水系折算系數(shù)變小。 4　水面蒸發(fā)特性分析 4.1　資料系列代表性分析 本文選用均勻分布在全省、蒸發(fā)場地較規(guī)范、實測系列大于35年且連續(xù)的22個水面蒸發(fā)站，從建站到2010年共1203站年的實測資料。采用水文頻率計算、累積平均值計算、滑動平均值計算、長短系列對比計算等方法[5]，確定了河北省水面蒸發(fā)計算分析合適的系列長度為1981-2010年。 4.2　蒸發(fā)量地區(qū)分布情況 對水面蒸發(fā)站20cm口徑蒸發(fā)皿的資料折算為E601型蒸發(fā)器觀測值，用軟件surfer8.0繪制出河北省多年平均（1981～2010年

11、）水面蒸發(fā)量等值線圖（見圖2）。 圖2 多年平均水面蒸發(fā)量等值線圖 Fig.2 The average years of evaporation from water surface contour map 由該圖看出，河北省多年平均年水面蒸發(fā)量呈現(xiàn)南部大于北部，平原大于山區(qū)的地區(qū)分布特征。北部多年平均蒸發(fā)量一般在800～900毫米左右，而南部達到1100～1200毫米。灤河上游的小灤河以東與伊遜河以西之間，年平均水面蒸發(fā)量小于900毫米，山區(qū)在1000毫米左右，其下游的平原地區(qū)在1000毫米以上；永定河、潮白河流域內年平均水面蒸發(fā)量在800-1000毫米之間，下游的固安、永清、

12、霸州一帶大于1000毫米；大清河及其以南地區(qū)年平均水面蒸發(fā)量在1100毫米左右，但拒馬河上游至蔚縣一帶小于900毫米。 滏陽河以東，南運河以西的阜城、棗強、南宮、巨鹿、廣宗一帶大于1130毫米，是全省年平均蒸發(fā)量的高區(qū)。北部的高值區(qū)在灤河、潮白薊運河的下游燕山迎風地帶，年蒸發(fā)量在1100mm左右。 從各年代蒸發(fā)量空間分布的空間變化來看，高值區(qū)逐漸縮小，低值區(qū)先縮小后擴大的趨勢。自50年代至90年代，蒸發(fā)量在1100mm以上的高值區(qū)由平原中南部大部地區(qū)逐漸縮小為局部地區(qū)，中心最大值也由1333mm減小為998mm。各流域分區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量見表1。 表2　各流域分區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量 T

13、able 2 The river basin the average years of water surface evaporation 流域分區(qū) 多年平均水面蒸發(fā)量（mm） 灤河、河北沿海 948.4 潮白河、薊運河 888.1 內陸河 864.3 永定河 859.9 大清河 955.4 子牙河 1063.7 南運河 1003.8 4.3　年內分配 河北省地處北溫帶半干旱半濕潤氣候區(qū)，受季風的影響，四季分明。水面蒸發(fā)受氣象要素如氣溫、濕度、風速等綜合影響，也有明顯的季節(jié)變化。由圖3可知：全省水面蒸發(fā)量為單峰型分布，5、6月蒸發(fā)量最大，兩個月水面蒸發(fā)量約

14、占全年的三分之一；1、12月蒸發(fā)量最小，兩個月的蒸發(fā)量僅占全年的5%左右。這是因為春季多大風天氣，干旱少雨，飽和差大，加上日照多，升溫快，蒸發(fā)速度增加，而雨季一般在六月下旬才開始，有時推遲到七月，初夏氣溫高、干熱，有利于蒸發(fā)；夏季月份雖然溫度高，但陰雨天氣多，蒸發(fā)量反而不如5、6月；冬季溫度最低，蒸發(fā)量最少。 表3　各流域多年平均逐月水面蒸發(fā)量 Table 3 The basin multi-year average monthly evaporation 流域分區(qū) 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 灤河、河北沿海

15、 17.3 24.0 53.0 113.9 144.6 133.4 109.3 100.4 92.1 73.2 36.7 17.2 潮白河、薊運河 12.7 21.4 49.6 100.5 134.1 132.4 106.9 93.8 83.4 63.5 31.2 13.4 內陸河 8.3 15.9 39.6 93.9 149.2 141.4 116.1 98.2 85.1 75.7 30.4 10.4 永定河 11.5 18.8 45.3 94.4 131.7 132.9 115.7 99.3 84

16、.1 65.2 32.7 12.1 大清河 21.7 28.7 61.5 114.4 135.5 137.5 108.9 93.3 83.0 66.5 38.6 21.9 子牙河 23.5 28.8 67.2 118.8 138.5 150.2 119.1 104.4 88.8 67.0 37.9 22.9 南運河 23.1 30.8 69.7 123.9 149.1 159.7 128.3 109.6 101.7 76.8 39.0 22.2 全省 18.1 24.9 56.1 111.7 140

17、.1 137.9 112.0 99.4 88.6 69.5 36.2 18.1 圖3 各流域多年平均逐月水面蒸發(fā)量 Fig.3 The basin multi-year average monthly evaporation 4.4　年際變化 河北省年平均蒸發(fā)量呈波動式下降趨勢（見圖4），這與我國大多數(shù)地區(qū)的變化趨勢是一致的[6～10]。1983年以前大部分年份高于平均值，1983年以后大多低于平均值[11]。1965年蒸發(fā)量為近60年來最高值1227.0mm，超出平均值27%；最低值出現(xiàn)在2010年777.3mm；變化幅度達449.7mm,極值比為1.58。

18、月水面蒸發(fā)量越大，其年際變化也越大；7月份變幅最大，1月份變幅最小。水面蒸發(fā)量逐漸減小的趨勢在6、7月表現(xiàn)得最為突出。 圖4 年平均水面蒸發(fā)量逐年變化曲線 Fig.4 The annual average evaporation amount year after year to change curve 4.5　年代際特征分析 表4　各年代年平均水面蒸發(fā)量 Table 4 The annual average evaporation 年代 1951～1959 1960～1969 1970～1979 1980～1989 1990～1999 2000～201

19、0 最大變幅 平均蒸發(fā)量(mm) 985.2 1096.7 999.3 948.5 905.0 876.5 220.2 從表4可知，全省年蒸發(fā)量在60年代最大，而后逐漸下降，最大變幅為220.2mm。由于平原區(qū)人類活動更為劇烈，故變異年份在平原區(qū)也相對提前。平原區(qū)蒸發(fā)量減少的變點大多出現(xiàn)在1983年左右，但是有的站點在70年代初就出現(xiàn)了減少變點。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會第四次評估報告（IPCC AR4）指出，近100年（1906～2005年）地球表面氣溫上升了0.74℃（0.56～0.92℃），全球氣候呈現(xiàn)以變暖為主要特征的顯著變化[12～13]。一些觀點認為全球

20、氣候變暖可能會使大氣變干、陸地水體蒸發(fā)量增大,加速全球水循環(huán)。但目前通過對60年蒸發(fā)量變化的分析表明,氣溫上升不但沒有使水面蒸發(fā)量增加,反而使其呈減小的趨勢,特別是從上世紀60年代初期以后,減小趨勢尤為明顯。 5　結語 水面蒸發(fā)資料是水資源評價的一項基本資料。利用1951～2010年實測資料分析近60年河北省水面蒸發(fā)量呈波動式持續(xù)下降的態(tài)勢。年代際特征明顯，年蒸發(fā)量在60年代最大，而后逐漸下降。蒸發(fā)量減少的變點年份出現(xiàn)在1983年左右。全省水面蒸發(fā)量年內分配為單峰型分布，5、6月蒸發(fā)量最大；1、12月蒸發(fā)量最小。區(qū)域差異顯著，多年平均年水面蒸發(fā)量呈現(xiàn)南部大于北部，平原大于山區(qū)的地區(qū)分布特征。 5