新疆玛纳斯河流域干旱指数计算及水面蒸发规律分析

刘利刚，时京林

新疆玛纳斯河流域干旱指数计算及水面蒸发规律分析

刘利刚1，时京林2

（1.新疆玛纳斯河流域管理局，新疆石河子832000；2.新疆石河子水文水资源勘测局，新疆石河子832000）

通过收集新疆玛纳斯河流域内1980年～2015年水面蒸发实测资料，利用肯斯瓦特水文站折算系数推求水面蒸发量，以年水面蒸发能力与年降水量的比值来表示流域干旱指数，进一步分析流域水面蒸发量年内和年际规律，以期为类似研究提供借鉴。

水面蒸发；干旱指数；水面蒸发；规律分析

1 玛纳斯河流域概况

玛纳斯河在天山北坡诸河中年径流量最大，该河发源于天山主峰南部小尤尔都斯以北冰峰地带，四条支流古仍郭勒、古仍郭合拉哈特、夏格孜郭勒和郭德郭勒经沙湾、玛纳斯、和静三县交界处汇入玛纳斯主河道。另一主要支流在呼斯台郭勒峡谷经沙湾境内汇入玛纳斯河。也盖孜河、大小白杨沟河、清水河和芦草沟河在沙湾县境内汇集于肯斯瓦特水文站断面以上，流入玛纳斯河主河道。玛纳斯河自南向北分为山区、平原区和荒漠区，地表水资源大部分用于平原区农业灌溉，河道剩余水量经老河道最后注入荒漠棕榈湖泊-玛纳斯湖，河流里程长324 km，流域面积1.98×104km2。

玛纳斯河流域地形南高北低，最高海拔高程与最低海拔高程高差4986.5 m，平均每km落差17.84 m，局部地形比较复杂，地质、气候、土壤、生物种群有明显的区域性和差异性。流域距离海洋较远，湿气团的入境被高山群峰阻挡。流域气候属干旱半干旱气候，干燥少雨，多年平均降水量约为200 mm。山区垂直气候特征明显，拥有分明的四季，光照充足，日温差较大，热能丰富[1]。

2 研究方法

2.1 资料收集与处理

通过收集到玛纳斯河流域内水面蒸发观测站点4处，邻近流域选用站1处（作为20 cm口径蒸发器与E601型蒸发皿同步观测对比代表站），其中气象站点2处，水文站点2处。对于观测年数不完整的站点，根据资料情况分别进行了插补延长。在选用的水面蒸发站点中，具有1980年～2015年完整观测资料的有3处。选用站水面蒸发观测的仪器除肯斯瓦特有E601型蒸发皿同步观测外，均为20 cm口径蒸发器（简称Φ20）。玛纳斯河流域选用蒸发站基本情况见表1。

表1 玛纳斯河流域蒸发选用站基本情况表

流域内蒸发观测站均使用Φ20蒸发器观测，需按《黄河流域（片）水资源综合规划技术细则》要求统一换算成E601型蒸发皿的蒸发量。利用流域内肯斯瓦特水文站Φ20蒸发器与E601型蒸发皿的同期对比观测资料，进行蒸发折算系数的对比分析计算。

2.2 水面蒸发量计算

以E601型蒸发器的蒸发量观测值近似代表水面蒸发量，忽略E601型蒸发器观测值与大水体水面蒸发量之间的差异。利用肯斯瓦特水文站折算系数推求水面蒸发量。各选用站月水面蒸发量计算公式如下[2]：

式中：E（J）为多年平均月水面蒸发量（mm）；E2（0J）为Φ20 cm蒸发器多年平均月观测值（mm）；K（J）为多年平均月水面蒸发折算系数。

2.3 干旱指数计算

通常以年水面蒸发能力与年降水量的比值来表示干旱指数[3]。由于流域缺乏水面蒸发能力的实测资料，近似以E601型蒸发器水面蒸发量代替水面蒸发能力。

干旱指数与气候干、湿分带关系极为密切，通常，干旱指数小于1.0时，说明该区域降水量超过水面蒸发能力，气候湿润或十分湿润；干旱指数在1.0～3.0之间时，说明该区域降水量接近水面蒸发能力，气候半湿润；干旱指数在3.0～7.0之间时，说明该区域水面蒸发能力大于降水量，气候偏于干旱；干旱指数大于7.0时，气候干旱，且干旱指数越大，气候干旱程度越强烈[4]。

3 流域水面蒸发及干旱指数规律及趋势分析

3.1 水面蒸发的年内分配

水面蒸发量受气温、湿度等气象因素的综合影响，表现出年内分配不均现象。从表2中可见，连续最大四个月水面蒸发量占年水面蒸发量的65%～69%，且各月水面蒸发量较为接近，各站均出现在5月～8月。最大月水面蒸发量除炮台气象站出现在6月外，其余各站均出现在7月，占年内蒸发量的17.8%～18.5%；最小月水面蒸发量出现在2月，占年内蒸发量的0.5%～1.0%。最大月蒸发量是最小月蒸发量的17倍～36倍。由于流域内气温年较差大，水面蒸发量的年内变幅也较高。图1分为各站1980年～2007年多年平均逐月水面蒸发量柱状图。从图中可见，各站水面蒸发量年内变化过程基本相同。

表2 流域1980年～2015年多年平均水面蒸发量年内分配

图1 1980～2015年多年平均逐月水面蒸发量及所占全年蒸发量百分率

表3 选用站水面蒸发量年际变化统计表

表4 玛纳斯河流域各站干旱指数计算表

3.2 水面蒸发量的年际变化

由于影响水面蒸发的气象要素年际变化不大，因此也决定了水面蒸发量年际变化较小。代表站水面蒸发量年际变化统计详见表3。

从表3中可以看出，水面蒸发量的年际变化不大，较为稳定，其变幅小于降水和径流。最大年水面蒸发量与最小年水面蒸发量的极值比在1.30～1.58之间，变差系数Cv值在0.076～0.104之间。在选用站中，炮台气象站水面蒸发年际变化最小，最大年与最小年水面蒸发极值比为1.30，变差系数Cv值仅为0.076。

3.3 干旱指数计算

本次干旱指数计算,采用各站多年平均年水面蒸发量（E601型蒸发器折算值）和多年平均年降水量进行。通过计算表明，在海拔较高的山区，气温较低，蒸发能力较弱，但降水量却很丰沛。干旱指数的地区分布与水面蒸发量的分布基本一致，存在明显的垂直地带性分布规律。干旱指数随着高程的增加、降水量的增大、水面蒸发量的减少而减小，山区小于平原。各站干旱指数计算值见表4。

总体而言，气温、降水、风速是影响干旱指数的重要因素。玛纳斯河流域干旱指数在流域面上分布变化范围较小，在2.37～6.76之间。流域属于半湿润、半干旱地区。

4 结论与展望

一个区域的水面蒸发量是反映当地蒸发能力的重要指标。在研究区玛纳斯河流域内，气温是影响水面蒸发的主要因素，气温高则蒸发量大，一般在低温湿润地区水面蒸发量小，高温干燥地区水面蒸发量大。而水面蒸发与降水量分布呈相反趋势，山区小，平原大，最小值在流域的南部山区，年水面蒸发值在800 mm左右，最大值在流域平原灌区及准噶尔盆地边缘地带，年水面蒸发量高达1200 mm以上。实测最小值为中低山区的八家户水文站，多年平均年蒸发量891.3 mm，实测最大值是位于灌区中部的沙湾气象站，多年平均值高达1172.3 mm，是最小站的1.32倍。影响水面蒸发量的因素包括温度、风力、湿度、辐射等，同时还受观测场周围地形、地物的影响。

[1]李小龙,杨广,何新林,赵纯,王翠,陈思,许双堆,杨明杰,乔长录.玛纳斯河流域地下水水位变化及水量平衡研究[J].水文,2016,04:85-92.

[2]赵福年,赵铭,王莺,张鹏飞.石羊河流域1960～2009年参考蒸散量与蒸发皿蒸发量变化特征[J].干旱气象,2014,04:560-568.

[3]唐凯,姜海波,何新林,吉磊,张少博.干旱区水面蒸发特性及消减技术研究[J].水资源与水工程学报,2014,06:68-71.

[4]任国玉,郭军.中国水面蒸发量的变化[J].自然资源学报,2006,01:31-44.

P333

B

1673-9000（2017）02-0159-02

2016-12-26

刘利刚（1971-），男，河南偃师人，工程师，主要从事水利工程专业研究。