沙河流域年蒸发量推求分析

许海东

(辽宁省营口水文局，辽宁 营口 115003)

沙河流域年蒸发量推求分析

许海东

(辽宁省营口水文局，辽宁 营口 115003)

利用水量平衡原理进行流域年蒸发推求，首先要假定流域内多年平均蓄水变量不变，这对人类活动频繁水资源开发利用较高的小流域未必能够得到较好的结果。文章首要解决流域内年蓄水变量的多少问题，利用水量平衡原理来推求小流域年蒸发量。

流域；年蒸发量；水量平衡；沙河站

0 引 言

蒸散发是水分循环及水量平衡的基本要素之一，陆地上一年的降水约66%通过蒸散发返回大气。流域内各类蒸发的总和称为流域总蒸发，主要包括流域水面蒸发、土壤蒸发、植物截留蒸发和植物散发[1]〗。以往推求流域总蒸发量的主要方法有：①直接观测，由于各观测要素间存在相互内在联系，观测手段有限，实验站的成果往往只能代表点上或下垫面相似情况，难以在某一流域等面上应用。②模式计算法，根据流域内蒸、散发规律，在不考虑蒸、散发在流域内是否均匀的情况下，利用土壤的含水率分布，采用多层模式计算。③水量平衡法，一般是针对多年平均情况，认为流域内多年平均蓄水变量不变，利用水量平衡原理进行推求，这对人类活动频繁水资源开发利用较高的小流域未必能够得到较好的结果。

文章拟采用水量平衡原理推求小流域年蒸发量，因此首先要解决流域内年蓄水变量的多少问题。通过多年来水文站网收集到的传统水文资料是解决不了此项问题，而在注重站网规划大力发展多元化水文观测项目的今天，可以对降水、径流、地下水位、土壤墒情、取水量等项目进行同时观测，这就有可能利用水量平衡原理来推求小流域年蒸发量。

1 建立流域水量平衡方程

文章拟推求沙河流域年蒸发量，本流域内水面面积占流域总面积较小，故水面蒸发量可忽略不计，因此，包气带土壤水分的消耗计算过程即小流域内年蒸发量。

1.1 土壤水分的补给及排泄量计算

1)年内降水对土壤水分的补给量SP：

Sp=P-Rs-Pr

(1)

式中：P为流域年平均降水量；Rs为年地表径流量；Pr为地下水入渗补给量。

2)地下水对土壤水分的补给量Eg：

地下水对土壤水分的补给量即潜水蒸发量，当地下水达到极限埋深时为0。

3)灌溉水对土壤水分的补给量S灌：

S灌=W灌-βW灌

(2)

式中：W灌为流域年灌溉水量；β为回归系数。

4)土壤水分的排泄量E：

土壤水分的排泄量即流域年蒸、散发量。

1.2 年水量平衡方程

根据上述分析，小流域年水水量平衡分析式为：

±△V=Sp+S灌+Eg-E

(3)

式中：△V为土壤水年蓄水变量。

将(1)、(2)式代入(3)式，整理得：

E=P-Rs-Pr+W灌-βW灌+Eg∓△V

(4)

式中，地下水入渗补给量、灌溉回归水量和地下水对土壤水分的补给量可直接利用流域内地下水位变幅计算，即：

μ·△Z=Pr-Eg+βW灌

(5)

式中：μ为流域内地下水含水层平均给水度。

将(5)式代入(4)式，即小流域年陆面蒸发量计算公式：

E=P-Rs+W灌-μ×△Z∓△V

(6)

2 小流域年陆面蒸发量计算分析

现以沙河流域下沙河站为例，验证(6)式能否利用各要素得到满意的结果。

2.1 流域概况

沙河属季节性河流，发源于盖县双台镇双顶山，向西流经安平、芦屯镇等，在鲅鱼圈区大望海寨附近注入渤海。河流全长27.5km，干流河长24km，流域面积189.8km2，河道比降3.67‰。流域内以砂壤土为主，其它大多为亚砂土。耕地面积约占全流域60%左右，以玉米为主。流域内地下水埋深大多2-6m之间。

沙河站观测项目主要有水位、流量、降水、蒸发、地下水、水质等。流域内有6处雨量站、1处土壤墒情站、4处地下水站，均以积累10a以上同步观测资料。

2.2 各要素的确定

1)流域年平均降水量P：

流域年平均降水量的计算方法直接影响流域年蒸发量。由于流域内分布6处雨量站，且观测资料精度可靠，因此采用泰森多边形法进行计算可以保障年平均降水量推求精度。

2)地面径流量Rs：

采用沙河站各年实测径流量，精度满足要求。

3)年灌溉水量W灌：

该要素对流域年蒸发量影响较大，因此必须保证其精度。文章采用每年营口市水资源公报中县区水利部门汇总的各乡镇实测和调查的农业灌溉用水量，精度较为可靠。然后将灌溉水量折成水深。

4)地下水年蓄水变量μ×△Z：

μ值由《辽宁省水资源》按流域含水层特性查得，该值为0.06。ΔZ则根据流域内各地下水站年水位变幅，利用面积加权求出流域地下水位年变幅。

5)土壤水年蓄水变量△Z：

根据流域内土壤墒情站年初、年末实测的土壤含水率垂线分布资料，以及流域内各层土壤干容重、各层厚度计算年初、年末包气带土壤蓄水量，按照面积加权推求流域年初、年末的土壤蓄水量，两者相减，变可求出流域年蓄水变量△Z。

将上述方法计算的各要素代入(6)式，便可推求出各年蒸发量。

表1 沙河站以上流域年蒸发量计算表

3 结 论

通过计算流域年蒸发量的成果可以看出：

1)流域年蒸发量年际变化较大，本流域年蒸发量最大值与最不值相差2.19倍。由此可见按照以往只推求流域多年平均蒸发量，难以满足流域内水资源调查评价以及水资源承载能力计算的使用，特别是半干旱与干旱地区，影响较大。

2)通过上述计算可以看出，多年平均地下水蓄水变量较大。传统推求蒸发量的方法只适用于天然河流，在人类活动频繁的地区，要研究流域年蒸发量，必须要收集到准确计算流域蓄水变量的要素数据，以便准确地推算流域逐年蒸发量，才能满足当前社会生产的需要。

3)流域年内蒸发量的多少主要取决于流域内年降水情况和灌溉用水的多少。但是，对于流域下垫面地形、土壤、河流、植被等因素也不可小视。

4)用此方法推求流域年蒸发量的精度，主要取决于各水量平衡要素的资料精度。因此，要提高各项要素的观测方式、方法，灌溉水量要尽要能实测或采用区域体表站法；降水量的观测设备采用0.1分辨率；各要素站网的布设尽量体现流域内的实际情况，以提高资料精度和代表性。

[1]魏永霞.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社，2005:31-35.

[2]营口市水利局.营口市水利志[R].营口：营口市水利局，1993.

[3]辽宁省水利厅.辽宁省水资源[R].沈阳：辽宁省水利厅，2006.

1007-7596(2017)08-0031-02

2017-07-26

许海东(1979-),男，辽宁阜新人，高级工程师，从事水文测验及水资源评价等工作。

P426.2

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