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        渭河天水測(cè)區(qū)兩種蒸發(fā)儀器觀測(cè)資料折算系數(shù)分析

        2017-01-16 01:08:26秦學(xué)謙呂剛張俊峰楊國(guó)虎李小東
        關(guān)鍵詞:蒸發(fā)皿武山蒸發(fā)量

        秦學(xué)謙,呂剛,張俊峰,楊國(guó)虎,李小東

        (三門峽庫(kù)區(qū)水文水資源局,河南三門峽472000)

        渭河天水測(cè)區(qū)兩種蒸發(fā)儀器觀測(cè)資料折算系數(shù)分析

        秦學(xué)謙,呂剛,張俊峰,楊國(guó)虎,李小東

        (三門峽庫(kù)區(qū)水文水資源局,河南三門峽472000)

        根據(jù)天水測(cè)區(qū)武山水文站和社棠水文站1992~2010年共19年的蒸發(fā)量資料,采用圖解相關(guān)法和分析統(tǒng)計(jì)法分析計(jì)算了20 cm口徑蒸發(fā)皿對(duì)E-601蒸發(fā)器的折算系數(shù),并對(duì)其進(jìn)行誤差評(píng)定。最后,建議武山站折算系數(shù)采用0.696,社棠站折算系數(shù)采用0.778。

        渭河天水測(cè)區(qū);E-601蒸發(fā)器;20 cm口徑蒸發(fā)皿;折算系數(shù);圖解相關(guān)法;分析統(tǒng)計(jì)法

        0 引言

        1988年,我國(guó)水利電力部批準(zhǔn)發(fā)布的《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》(SD265-88)規(guī)定,E-601型蒸發(fā)器為水面蒸發(fā)觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)儀器,冰期采用E-601型蒸發(fā)器困難的,可以采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測(cè)[1]。渭河上游天水測(cè)區(qū)只有武山、社棠兩個(gè)蒸發(fā)觀測(cè)站,兩站在冰期主要采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測(cè),非冰期采用E-601蒸發(fā)器觀測(cè)。由于一直未對(duì)兩種儀器觀測(cè)的水面蒸發(fā)量的折算系數(shù)進(jìn)行分析,給資料的適用帶來很大不便。筆者根據(jù)武山水文站和社棠水文站的蒸發(fā)量資料,采用圖解相關(guān)法和分析統(tǒng)計(jì)法分析兩種蒸發(fā)儀器的關(guān)系,以期為蒸發(fā)量資料的完善提供依據(jù)。

        1 觀測(cè)儀器口徑對(duì)折算系數(shù)的影響

        眾所周知,越接近大水體的蒸發(fā)儀器觀測(cè)的資料越能代表天然水面蒸發(fā)量[2]。但是,絕大多數(shù)水文站沒有這樣的觀測(cè)儀器。所以,各國(guó)都設(shè)有專門的大型實(shí)驗(yàn)站來探求不同口徑、不同類型蒸發(fā)器的折算系數(shù)。國(guó)內(nèi)、外大量觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,水面蒸發(fā)量與蒸發(fā)器口徑有很大關(guān)系。在同一地點(diǎn)、同一時(shí)期,各類型蒸發(fā)器測(cè)得的水面蒸發(fā)量不同[3]。

        我國(guó)水利或氣象部門也做了大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,以20m2蒸發(fā)池觀測(cè)的蒸發(fā)量為準(zhǔn)的E-601型蒸發(fā)器的折算系數(shù)最大為0.93~0.98,20 cm口徑蒸發(fā)皿折算系數(shù)最小為0.51~0.69。

        由于E-601型蒸發(fā)器觀測(cè)的蒸發(fā)量與20m2蒸發(fā)池觀測(cè)的蒸發(fā)量非常接近,折算系數(shù)趨近于1,所以,我國(guó)規(guī)定改進(jìn)后的E-601蒸發(fā)器為我國(guó)水面蒸發(fā)觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。

        2 武山水文站兩種蒸發(fā)儀器折算系數(shù)分析

        小型蒸發(fā)器對(duì)E-601蒸發(fā)器的折算系數(shù)(K)定義為E-601蒸發(fā)量與小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量之比。由于蒸發(fā)量受多種因素的影響,日觀測(cè)值變動(dòng)較大,導(dǎo)致日折算系數(shù)的變動(dòng)范圍也較大,實(shí)際意義不大。所以,本文只給出了月平均折算系數(shù)。

        2.1 武山水文站基本情況

        武山水文站位于甘肅省武山縣城關(guān)北,于1974年7月1日設(shè)站,屬于國(guó)家基本站、渭河上游重要控制站。該站1975年開始觀測(cè)蒸發(fā)量,1978年至今,非冰期一直采用改進(jìn)后的E-601型蒸發(fā)器觀測(cè),冰期采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測(cè);從1991年開始,在最早出現(xiàn)蒸發(fā)器封凍的月份和最晚解凍的月份,進(jìn)行兩種儀器的重疊觀測(cè),但重疊觀測(cè)的月份略有變化。1991~2002年,重疊觀測(cè)的月份是每年的3月和11月;2003年,重疊觀測(cè)的月份是3月和10月;2004年至今,重疊觀測(cè)的月份是每年的4月和10月。

        2.2 折算系數(shù)分析

        本次計(jì)算采用的資料系列是1992~2010年共19年38組月值,計(jì)算方法分別采用圖解相關(guān)法和分析統(tǒng)計(jì)法。

        (1)圖解相關(guān)法。以1992~2010年共19年38組的月值建立E-601蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量相關(guān)關(guān)系,如圖1所示。從圖1可以看出,E-601型蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測(cè)的蒸發(fā)量關(guān)系點(diǎn)呈帶狀分布,具有較好的相關(guān)性。若以線性數(shù)學(xué)模型建立相關(guān)關(guān)系,其擬合方程為式(1),相關(guān)系數(shù)R=0.974。若關(guān)系圖相關(guān)線設(shè)置成截距為0,則折算系數(shù)為0.662,R=0.968。

        E-601型蒸發(fā)器蒸發(fā)量=20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量×0.599+6.925(1)

        (2)分析統(tǒng)計(jì)法。1992~2010年,武山站E-601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測(cè)月值及各月折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

        對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),得出武山站E-601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿3、4、10、11月的平均折算系數(shù)分別為:0.648、0.648、0.761、0.736,其平均值為0.696。

        圖1 武山水文站兩種蒸發(fā)儀器的月值相關(guān)圖Fig.1 M onthly value of two kinds of evaporating instrument in W ushan hydrologic station

        表1 武山站E-601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量月值統(tǒng)計(jì)表Tab.1 M onthly value of Wushan station E-601 evaporating pan and 20 cm diameter evaporating pan

        2.3 誤差評(píng)定

        對(duì)用圖解法計(jì)算的武山站兩種儀器觀測(cè)的折算系數(shù)和用統(tǒng)計(jì)分析法計(jì)算的各月折算系數(shù)與月樣本統(tǒng)計(jì)的折算系數(shù)均值進(jìn)行比較和相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表2所示。由表2可以看出,以月樣本統(tǒng)計(jì)得出的折算系數(shù)均值與各月和圖解法得出的折算系數(shù)的誤差均在±10%以內(nèi)。所以,建議武山站采用折算系數(shù)為0.696。

        表2 武山站折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 W ushan station convert coefficient

        3 社棠水文站兩種蒸發(fā)儀器折算系數(shù)分析

        3.1 社棠水文站基本情況

        社棠水文站于1972年1月1日設(shè)立,位于甘肅省天水市麥積區(qū)社棠鎮(zhèn),是渭河水系牛頭河支流的把口站,屬于國(guó)家基本站。社棠站從1991年開始觀測(cè)蒸發(fā)量至今,非冰期一直采用改進(jìn)后的E-601型蒸發(fā)器觀測(cè)蒸發(fā)量,冰期采用20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測(cè)蒸發(fā)量,且每年在最早出現(xiàn)蒸發(fā)器封凍的月份和最晚解凍的月份進(jìn)行兩種儀器的重疊觀測(cè),但重疊觀測(cè)的月份稍有變化。1991年、1994~2002年重疊觀測(cè)的月份是每年的3月和11月;1992年重疊觀測(cè)的月份是3月和10月;1993年重疊觀測(cè)的月份是4月和11月;2003年至今,重疊觀測(cè)的月份是每年的4月和10月。

        3.2 折算系數(shù)分析

        本次采用的數(shù)據(jù)系列是1992~2010年共19年38組月值。

        (1)圖解相關(guān)法。以1992~2010年共19年的38組月值建立E-601蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量相關(guān)關(guān)系圖,如圖2所示。

        從圖2可以看出,E-601型蒸發(fā)器和20 cm口徑蒸發(fā)皿蒸發(fā)量關(guān)系點(diǎn)呈帶狀分布,除2004年月值點(diǎn)突出外,其余關(guān)系點(diǎn)都具有較好的相關(guān)性。若以線性數(shù)學(xué)模型建立相關(guān)關(guān)系,其擬合方程為式(2),相關(guān)系數(shù)R=0.929。若關(guān)系圖相關(guān)線設(shè)置成截距為0,則折算系數(shù)為0.734,R=0.922。

        圖2 社棠水文站兩種蒸發(fā)儀器的月值相關(guān)圖Fig.2 M onthly value of two k inds of evaporating instrument of Shetang hydrologic station

        (2)分析統(tǒng)計(jì)法。1992~2010年,社棠站E-601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿觀測(cè)月值及各月折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)成果如表3所示。

        對(duì)表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),得出社棠站E-601型蒸發(fā)器與20 cm口徑蒸發(fā)皿3、4、10、11月的平均折算系數(shù)分別為:0.860、0.718、0.763、0.763,其平均值為0.778。

        表3 社棠站E-601型蒸發(fā)器與20 cm蒸發(fā)皿蒸發(fā)量月值統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Monthly value of wushan station e-601 evaporating pan and 20 cm diameter evaporating pan

        表4 社棠站折算系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Shetang station convert coefficient

        3.3 誤差評(píng)定

        社棠站用圖解法計(jì)算的兩種儀器觀測(cè)的折算系數(shù)和用統(tǒng)計(jì)分析法計(jì)算的各月折算系數(shù)與月樣本統(tǒng)計(jì)的折算系數(shù)均值進(jìn)行比較和相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表4所示。由表4可以看出,3月份樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果誤差最大,為10.5%,其他月份誤差均在±10%以內(nèi)。所以,建議社棠站采用折算系數(shù)為0.778。

        4 結(jié)語

        依據(jù)1992~2010年20 cm口徑蒸發(fā)皿和E-601型蒸發(fā)器觀測(cè)數(shù)據(jù),以數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法,分析得出了天水測(cè)區(qū)兩站的折算系數(shù)。天水測(cè)區(qū)武山站折算系數(shù)建議采用0.696,社棠站折算系數(shù)建議采用0.778。

        [1]SD265-88,水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范[S].

        [2]朱曉原,張留柱,姚永熙.水文測(cè)驗(yàn)實(shí)用手冊(cè)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2013:428.

        [3]張有芷.我國(guó)水面蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)研究概況[J].人民長(zhǎng)江,1999(3):6-8.

        [責(zé)任編輯 楊明慶]

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        10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.005

        2015-12-15

        秦學(xué)謙(1982-),男,山西萬榮人,工程師,主要從事水文水資源專業(yè)的研究工作。

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