蔡樹香，蔡文元

(1.甘肅省張掖水文站，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省武威水文站，甘肅 武威 733000)

1 流域概況

黑河古稱弱水，是我國第二大內陸河，發(fā)源于祁連山北麓，流經(jīng)青海、甘肅、內蒙古三省區(qū)，干流全長928 km，流域面積14.3 km2。以鶯落峽、正義峽為界，分為上、中、下游，上游屬溫帶山地森林草原，生長著呈片狀、塊狀分布的灌叢和喬木林，垂直帶譜明顯；中游河流沖積平原有灌溉綠洲栽培農業(yè)和林業(yè)，是我國著名的產(chǎn)糧基地；下游生長有荒漠地區(qū)特有的荒漠河岸林、灌木林和植被，呈現(xiàn)荒漠天然綠洲景觀。

流域地處亞歐大陸腹地，遠離海洋，氣候干燥，降水稀少，太陽輻射強烈，晝夜溫差大，生態(tài)環(huán)境脆弱，占全流域面積93%的中下游地區(qū)屬于典型干旱區(qū)，有水變綠洲，無水則荒漠。黑河水資源是主宰其興衰沉浮的生命線。因此對黑河流域內代表站點蒸發(fā)能力及參數(shù)統(tǒng)計分析、研究，為流域內深入了解氣候變化、探討水分循環(huán)變化規(guī)律提供基礎理論和科學依據(jù)。

2 資料來源與分析方法

黑河流域各水文站蒸發(fā)量均使用20 cm口徑蒸發(fā)器與E601型蒸發(fā)器同步觀測，分析資料選用E601型蒸發(fā)資料，資料具有較高的精度，每年的資料已通過甘肅省水文站的審查驗收。按流域分區(qū)對流域內代表站點的E601型蒸發(fā)量資料用蒸發(fā)量的變化特征、演變趨勢、區(qū)域分布等不同方法進行統(tǒng)計分析。

3 蒸發(fā)量變化特征分析

3.1 水面蒸發(fā)量隨高程演變情況

統(tǒng)計代表站點高程及蒸發(fā)量、降水量之間的關系(如表1)，點繪出流域內代表站點高程、蒸發(fā)量、降水量相關圖，由圖1、圖2可以得出：蒸發(fā)量[3]的地區(qū)分布與降水量相反，由南部祁連山區(qū)向北部增加，由高山向低山增加，且梯度變化較大；年蒸發(fā)能力隨高程的降低而增加，蒸發(fā)量隨高程增高的遞減，由干旱地區(qū)向半干旱地區(qū)、半濕潤地區(qū)而減少。

圖1 蒸發(fā)量隨高程變化

圖2 降水量隨高程變化

表1 代表站點高程、蒸發(fā)量、降水量統(tǒng)計

3.2 水面蒸發(fā)的區(qū)域分布

根據(jù)黑河流域代表站歷年平均蒸發(fā)能力參數(shù)統(tǒng)計表可以看出，祁連山深山區(qū)多年平均蒸發(fā)量約為800 mm左右，淺山區(qū)蒸發(fā)量在1 000 mm左右，占深山區(qū)蒸發(fā)量的120%，綠洲灌溉區(qū)蒸發(fā)量在1 500 mm左右，占深山區(qū)蒸發(fā)量的180%，北部荒漠區(qū)蒸發(fā)量在1 700 mm左右，占深山區(qū)蒸發(fā)量的200%，年蒸發(fā)量的離散程度逐步增大，cv值在0.2以下，如表2。

表2 黑河流域代表站歷年平均蒸發(fā)能力參數(shù)統(tǒng)計表

點繪流域內各分區(qū)站點歷年年蒸發(fā)量過程線圖，由圖3可知：流域內深山區(qū)歷年蒸發(fā)量變化趨勢平穩(wěn)，淺山區(qū)蒸發(fā)量呈逐年減小的總體變化趨勢。

3.3 水面蒸發(fā)量的年內分配

流域內水面蒸發(fā)量分布不均，根據(jù)上游、中游、下游各代表站[4]水面蒸發(fā)年內分配表(表3)可以看出，水面蒸發(fā)量主要集中在6-8月，(11-2月)蒸發(fā)量占年蒸發(fā)量的10.7%；(3-5月，9-10月)蒸發(fā)量占年蒸發(fā)量47.9%；(6-8月)蒸發(fā)量占年蒸發(fā)量的41.7%。

圖3 分區(qū)代表站點逐年蒸發(fā)量過程線圖

3.4 干旱指數(shù)及分布

干旱指數(shù)是以平均年水面蒸發(fā)量與平均年降水量的比值，即

a=E0/P

(1)

式中：E0為多年平均年水面蒸發(fā)量(mm)；P為多年平均年降水量(mm)；a為干旱指數(shù)

干旱指數(shù)是反映氣候干旱程度的一個參數(shù)，當干旱指數(shù)a<1時，說明氣候濕潤；a介于5～10時，為干旱氣候；當a>10時，為干燥氣候。

由于干旱指數(shù)是蒸發(fā)量與降水量的比值。根據(jù)公式可得到流域各分區(qū)的干旱指數(shù)，見表4，祁連山區(qū)為1.7～3.1，屬半干旱區(qū)，綠洲灌溉區(qū)為7.5～11.9，屬干旱區(qū)，外圍荒漠區(qū)為23.3，為極端干旱區(qū)。干旱指數(shù)由東向西增加，由南向北劇增。

表3 黑河流域分區(qū)代表站水面蒸發(fā)量年內分配表

圖4 高崖水文站干旱指數(shù)過程線

對流域內代表站點觀測資料進行分析，流域內水面蒸發(fā)量一直呈下降趨勢，下降幅度不大。水面蒸發(fā)量明顯減小，而年降水量除祁連、高崖、正義峽站點略有增加外，其余站點增加或變化不大，干旱指數(shù)勢必下降。以高崖站點為例，20世紀80年代為16.5，90年代為13.7，21世紀初十年代為12.7，一十年代為9.6，變化過程如圖4。雖然仍為干旱地區(qū)，但是干旱的程度有所減輕。

3.5 代表站蒸發(fā)量的演變趨勢(以高崖站為例)

3.5.1 年內演變趨勢

高崖站多年平均蒸發(fā)量為1 514.4 mm，依據(jù)《水文情報預報規(guī)范》中的距平百分率P(距平百分率p=某年年蒸發(fā)量-多年平均蒸發(fā)量)/多年平均年蒸發(fā)量×100%)作為劃分蒸發(fā)能力強弱的標準，見表5。

高崖站的陸上水面蒸發(fā)量系列資料計算不同年代月蒸發(fā)能力，計算各年代月蒸發(fā)能力占年代年蒸發(fā)能力的百分比，同時，參考年蒸發(fā)能力強弱判定標準，統(tǒng)計黑河代表站點不同年代蒸發(fā)能力年內分配成果。如表6。

表4 黑河流域各分區(qū)多年平均陸面蒸發(fā)量及干旱指數(shù)(a)

統(tǒng)計表中反映出，黑河流域中游地區(qū)的蒸發(fā)能力在上世紀七十年代呈極強狀態(tài)，八十年代呈較強狀態(tài)，九十年代至二十一世紀初十年代呈中度狀態(tài)，一十年代呈較弱狀態(tài)。11月份到次年2月份，流域內寒冷、氣溫低、風力小，日照時間短，蒸發(fā)能力占年總量的10%；3月，氣溫回升，風力大，蒸發(fā)能力開始加強，蒸發(fā)能力占年總量的6%左右，4-9月份，氣溫高，日照時間長，這半年蒸發(fā)能力占年總量的75%，進入10月份，日照時間縮短，氣溫下降，蒸發(fā)能力減弱，蒸發(fā)能力占年總量的7%左右。

3.5.2 年際演變趨勢

流域內水面蒸發(fā)能力時空變化趨勢[5]與降水量的時空變化趨勢相反。因此，在40年系列中，往往出現(xiàn)極大值和極小值，正常年份變化較小，年際變化還受干濕程度、地區(qū)分布的影響。蒸發(fā)量變差系數(shù)cv值在0.06～0.20之間，表明水面蒸發(fā)量年際變化不大。

表5 代表站蒸發(fā)能力強弱度標準劃分

表6 代表站高崖不同年代蒸發(fā)量年內分配比例表

圖5 代表站高崖歷年蒸發(fā)量變化累積均值過程線

以高崖站點為例，點繪高崖站歷年蒸發(fā)量變化累積均值過程線如圖5，從圖5得出，高崖站蒸發(fā)能力一直是逐年代減弱，上世紀七十年代呈極強狀態(tài)，八十年代呈較強狀態(tài)，九十年代至二十一世紀初十年代呈中度狀態(tài)，二十一世紀一十年代呈較弱狀態(tài)。把年蒸發(fā)量與年份進行線性相關趨勢擬合，得出直線關系公式：

E=-16.535n+1 513.7

(2)

式中：E為高崖站的逐年年蒸發(fā)量；n為時間(1978-2020年，為43a)。

由(2)式說明高崖站年蒸發(fā)能力的長期變化趨勢呈逐年減小趨勢。

4 結語

受太陽輻射、高程、降水量[6]等綜合因素的影響，黑河流域水面蒸發(fā)量在時、空分布上有所差異。蒸發(fā)量從南部祁連山區(qū)向北部遞增，由低海拔地區(qū)向高海拔地區(qū)減少。深山區(qū)蒸發(fā)量變化趨勢平穩(wěn)，淺山區(qū)蒸發(fā)量呈逐年減小的總體變化趨勢。由于地處西北，蒸發(fā)量大于實際降水量，水面蒸發(fā)能力時空變化趨勢與降水量的時空變化趨勢相反，年蒸發(fā)能力隨高程的降低而增加，由干旱地區(qū)向半干旱地區(qū)、半濕潤地區(qū)減少。代表站點高崖站干旱指數(shù)20世紀80年代為16.5，90年為13.7，21世紀初十年代為12.7，一十年代為9.6，雖然仍為干旱地區(qū)，但是干旱的程度有所減輕。蒸發(fā)能力一直是逐年代減弱，上世紀七十年代呈極強狀態(tài)，八十年代呈較強狀態(tài)，九十年代至二十一世紀初十年代呈中度狀態(tài)，二十一世紀一十年代呈較弱狀態(tài)。說明代表站點高崖站年蒸發(fā)能力的長期變化趨勢呈逐年減小趨勢，植被蓋度增加，沙塵暴逐年減弱，候鳥種類增加就是實證。