衡水湖水面蒸发量计算

张学知

（河北省衡水水文水资源勘测局，河北 衡水 053000）

1 衡水湖概况

衡水湖，俗称“千顷洼”，又叫“千顷洼水库”，是华北平原第二大淡水湖，面积与蓄水规模仅次于白洋淀。

迄今为止，衡水湖已修建成为一个能引、能蓄、能排的综合利用蓄水工程，从环境演变的阶段来看，衡水湖形成今日的湿地生态环境，具有自然性、稀有性、典型性和生态脆弱等特点［1］。

1958年，冀县对衡水湖重新治理，在洼内筑西围堤，搞东洼蓄水灌溉，但因工程不配套，提水能力差，长期高水位蓄水致使周围土质盐渍化，故于1962年放水还耕。1972年冀县修建东洼水库。1974年衡水地区又组织冀县、枣强、武邑、衡水四县重修东洼。1977年扩建西洼，到1978年为止，衡水湖被建成一个能引、能蓄、能排的成套蓄水工程。

2 水面蒸发量观测与计算方法分析

水体的蒸发是自然界水分循环过程中的一个重要环节，在水文水利计算、水利工程调度运用及水资源的开发利用中都需要蒸发资料［2］。特别在水源不足的情况下，为水资源的合理开发利用，对水体蒸发的研究将日益迫切。水体蒸发量多数情况下通过间接资料分析计算取得［3］。目前我国主要采用蒸发器（池）直接观测陆上水面蒸发量，再换算为大水体的水面蒸发量，也有在水库、湖泊设立漂浮蒸发器直接观测水面蒸发量的，另外还有用经验公式、水量平衡、热量平衡及乱流扩散等方法取得蒸发资料。

水面蒸发测定方法采用器测法：20cm口径蒸发器、80cm口径套盆蒸发器、E601蒸发器、水上漂浮蒸发器、20m2蒸发池和100m2大型蒸发池［4］。

由于蒸发器本身及其周围空气的动力和热力条件与天然水体有所不同，蒸发器测得的蒸发量要比湖泊、水库等实际水体的蒸发量大。因此，蒸发器的观测值必须乘一个折减系数后，才能作为天然水体的蒸发量。

小型蒸发器观测到的蒸发量，与天然水体表面上的蒸发量仍有一定差别。观测资料表明，当蒸发器的面积大于20m2时，蒸发器观测的蒸发量与天然水体的蒸发量才基本相同［5］。 因此，用小型蒸发器（皿）观测的蒸发量数据，都应乘以折算系数，才能作为天然水体的蒸发量估计值，即：

式中 E天然为天然水面蒸发量（mm）；K为折算系数；E仪器为小型蒸发器观测的水面蒸发量（mm）。

3 衡水湖水面蒸发量

利用衡水实验站20m2蒸发池观测的水面蒸发资料，与衡水湖进行同步计算，计算衡水湖水面蒸发量。计算时段以月为单位，计算公式：

式中 Ei，衡水湖为第 i月衡水湖蒸发量（万 m3）；k 为单位换算系数；Ai，水面面积为第 i月衡水湖水面面积（km2）；Ei，水面蒸发为第 i月天然水面蒸发量（mm）。

利用1994～2012年衡水湖月平均水位、水面面积和衡水试验站同步观测的天然水面蒸发量资料系列，计算衡水湖水面蒸发量［7］。计算结果如表1。

4 衡水湖水面蒸发量变化特征

4.1 水面蒸发量年内变化特征

衡水湖水源供给主要靠引黄河水，每年冬季调水，随着时间变化，除供工农业用水外，还有蒸发、渗漏等消耗水量，水量逐渐减少，一直延续到下一年的调水进行补充，完成一个年周期变化。衡水湖属于平原淡水湖泊，水位变化随水量的变化而变化，水面面积和水位变化基本一致。图1为衡水湖1994～2012年衡水湖月平均湖面面积柱状图。

表1 衡水湖水面蒸发量计算 单位/万m3

图1 衡水湖水面面积变化过程柱状图

衡水湖水面蒸发量受气温、风速、太阳辐射等因素影响，蒸发量变化较大。根据1994～2012年多年平均值统计，衡水湖水面蒸发量2939万m3。6月份蒸发量最大，为414万m3，占全年蒸发量的14.08%。1月份蒸发量最小，为85万m3，占全年蒸发量的2.88%。衡水湖月平均蒸发量变化过程如图2。

年内分布情况：年内分布变化是春季（3～5月）占全年的 31.66%；夏季（6～8月）占 36.80%；秋季（9～11月）占 22.21%；冬季（12～2月）占 9.34%。

图2 衡水湖水面蒸发量变化过程柱状图

4.2 水面蒸发量年际变化特征

衡水湖水面蒸发量年际变化，主要影响因素除受气候因素影响外，还受年度用水量、蓄水量影响，直接影响到水面面积、湖内生物、植物等因素。

采用20m2蒸发池观测的水面蒸发量资料系列，逐年同步计算衡水湖年水面蒸发量，计算结果如表2。

表2 衡水湖水面蒸发量计算成果 单位：万m3

极差是观测变量的最大取值与最小取值之间的离差，也就是观测变量的最大观测值与最小观测值之间的区间跨度［8］。衡水湖水面蒸发量极差为最大年蒸发量与最小年蒸发量的差值。

从一定意义上来说，绝对数值的变化，更能反应一个地区自然地理特征的变化大小。衡水湖2002年水面蒸发量3434万m3，2006年2545万m3，极值差889万m3。通过极值差可以看到，年最大水面蒸发量与年最小蒸发量相差889万m3，水面蒸发量变化对当地生态环境和气候的影响非常大，极值差更能反应当地蒸发量年际变化的情况。

极值比表示年际水面量最大值与最小值之比［9］。蒸发量极值比越大，蒸发量年际变化越大；极值比越小，年际变化小，蒸发量年际之间均匀。

极值比从相对角度反映年际变化特点。衡水湖水面蒸发量极值比为最大年蒸发量与最小年蒸发量的比值，极值比1.35。

变差参数，数理统计中用均方差与均值之比作为衡量系列数据相对离散的参数，又称离差系数或离势。离差系数Cv较大，即系列的离散程度较大，亦即系列中各项的值对均值离散较大，如果Cv较小，则系列的离散程度较小，亦即系列各项的值同均值相差较小［10］。

年蒸发量变差参数Cv值越大，表示年降水量的年际变化越大，反之就越小；采用1994～2012年蒸发量资料计算，变差系数为0.1。离差系数表示系列中各项值对其均值的相对离散程度的指标。

综合上述分析，可以得出如下结论：衡水湖水面蒸发量时空分布变化较大。年际变化在1994～2012年期间为2545万～3434万m3，极值差889万m3，极值比1.35，变差系数0.1。

衡水湖水面蒸发量年际变化，主要影响因素除受降雨量、风速、气温、气压等气候因素影响外，还受年度用水量、蓄水量、引水水质影响，直接影响到水面面积、湖内生物、植物等因素影响，从而引起蒸发量的年际变化。

5 结语

由于受观测仪器条件的限制，湖泊水面蒸发量计算常采用E601型蒸发器观测资料近似代替水面蒸发量，而天然水面蒸发量与E601型蒸发器观测值存在一定误差。采用大水体蒸发池观测资料能较好地反映天然水体蒸发量。通过衡水试验站20m2蒸发池观测资料对衡水湖水面蒸发量进行同步计算，较准确地计算出衡水湖水面蒸发量。

衡水湖多年平均蒸发量2939万m3，极值差889万m3，极值比1.35，变差系数0.1。年内变化受季节影响，春季（3～5 月）占全年的 31.66%；夏季（6～8 月）占36.80%；秋季（9～11 月）占 22.21%；冬季（12～2 月）占9.34%。

衡水湖蒸发量是衡水湖水量损耗的一个重要部分。衡水湖的蒸发量对衡水湖的水平衡分析的计算等有着密切关系。衡水湖每年蒸发量接近引水量的一半，在计算过程中，加入衡水湖蒸发量可以减小水平衡分析误差，为引水调度、工农业用水、湿地环境保护提供科学依据。衡水湖的蒸发量计算对于保护、利用、研究衡水湖湿地环境有着非常重要的理论意义和实践意义。

［1］张彦增，尹俊岭，崔希东，等.衡水湖湿地恢复与生态功能［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.

［2］孙夏利，费良军，李学军.我国水面蒸发研究与进展［J］.水资源与水工程学报，2009，20（4）：17-25.

［3］洪嘉琏，傅国斌.一种新的水面蒸发计算方法［J］.地理研究，1993，12（2）：51-59.

［4］裴步祥，邹耀芳.利用小型蒸发器观测水面蒸发量的几个问题［J］.气象，1989，15（6）：12-18.

［5］刘敏，沈彦俊，曾燕，等.近50年中国蒸发器蒸发量变化趋势分析［J］.地理学报，2009，64（3）：259-269.

［6］河北省水利厅.河北省衡水实验站实验资料［R］.2012.

［7］陶澍.应用数理统计方法［M］.北京：中国环境科学出版社，1994.

［8］张文彤，董伟.SPSS 统计分析高级教程［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［9］邓集贤，杨维权，司徒荣，等.概率论及数理统计［M］.北京：高等数学出版社，2009.