三峡库区水陆水面蒸发量差异特性及其原因探讨

三峡水库是中国最大的人工水资源调蓄中心,其库区蒸发深刻影响着地表生态水文过程,研究三峡库区漂浮水面蒸发和陆上水面蒸发变化差异及其原因,对于理解区域水文循环和气候变化具有重要意义。基于三峡库区巴东水面漂浮站和相邻陆面站的多年蒸发观测资料,分析库区水陆水面蒸发的季节差异;结合ERA5辐射资料,分析水陆水面蒸发能量平衡的各组分季节变化特征,探究水陆水面蒸发差异的主控因子。结果表明:(1)水陆水面蒸发存在显著的季节变化差异,其中陆面站水面蒸发峰值通常出现在8月,而漂浮站水面蒸发峰值通常出现在12月;(2)能量平衡分析表明,三峡库区水体在夏半年蓄热,在冬半年则释放热量显著增加表层水体可利用能量,进而增加潜热效能,导致漂浮站蒸发峰值出现的时间较陆面站平均滞后约4个月;(3)主控因素分析表明,水陆水面蒸发及热力性质差异受多种微气象因素非线性综合影响,其中在水体蓄热阶段(3—9月),主控因素为气温和饱和水汽压,在水体放热阶段(10月至翌年2月),主控因素为水温和水气温差。

三峡水库水面蒸发年内滞后效应分析

水面蒸发在季节变化上相比净辐射等气象要素的相位延迟反映了水体储热对水面蒸发的影响,量化这一对气象要素波动的滞后响应对理解和估算深水水库(湖泊)蒸发非常重要。三峡水库等河道型深水水库的水位和面积具有显著周期性变动,使得其水面蒸发的响应模式更为复杂,而目前对其认识非常薄弱。本文利用2013年8月—2020年7月三峡水库巴东站水面蒸发场和陆面蒸发场的蒸发和气象观测数据,分析了水面蒸发的季节变化及其年内滞后效应。结果表明:水面蒸发场蒸发量在年内的8和12月呈现双峰变化,与只有8月单峰值的陆面蒸发场蒸发量显著不同。水面蒸发场蒸发量相对净辐射、平均气温和水面温度分别存在4、3和2个月的滞后,而陆面蒸发场蒸发量相对滞后时间均在1个月以内;水面与陆面蒸发场相比,水温、蒸发量和水面与大气饱和差之间的滞后时间分别为1、3和4个月,而平均气温和净辐射之间不存在滞后。本文揭示出三峡水库巴东段水面蒸发年内滞后效应主要受到水库水温引起的水面与大气饱和差在季节上滞后的影响,需通过深入分析水温的时空变化来明确整个三峡水库的水面蒸发特征。

黄河上游水库蒸发损失估算

水面蒸发是水库水量损失的主要方式之一,水库蒸发损失的准确估算对于流域水资源管理至关重要。本文基于Penman模型和全球水库水面面积变化数据集估算了黄河上游大中型水库1985-2018年水面蒸发损失量。结果表明:黄河上游大中型水库水面面积以10.1 km^(2)/年的速率显著增加,总蒸发损失量以0.07亿m^(3)/年呈显著增加趋势;水面面积的增加是导致水库蒸发损失增加的主要因素。水库蒸发损失占黄河上游(兰州站)年径流的比例为0.27%~1.64%,多年平均值为1.05%。研究结果可为黄河流域的水资源规划与管理提供参考。

三峡库区巴东水文站蒸发模型研究

为研究三峡库区水面蒸发的变化规律,基于2013年8月至2022年7月三峡库区巴东水文站水面蒸发及气象数据,利用灰色关联度和偏相关系数分析了蒸发与气象因子(气温、水汽压、蒸发池内水温、风速、日照等)的相关度,采用5种不同的蒸发模型(通用公式、李万义修正模型、回归模型、BP和ELM神经网络)定量解析不同气象要素对蒸发趋势的贡献。结果表明:研究期内巴东站各蒸发模型拟合效果较好,模型构建准确,分别分析各个模型率定期和检验期的精度后,确定最适合巴东站蒸发计算模型为李万义修正模型。

基于Landsat影像的近40年来(1982—2021年)三峡库区水面面积及其蒸发损失变化

三峡水库蓄水引起库区水位抬升,水面面积显著增加,对区域水文循环过程产生了一定影响。为揭示三峡水库蓄水前后水面面积及蒸发损失变化规律,选取三峡库区坝前至寸滩区间作为研究区,利用Landsat影像数据提取1982—2021年水面面积,分区建立水位与面积关系曲线,进而推求库区逐日水面面积。在估计三峡库区水面面积的基础上,结合站点潜在蒸发资料推求水面蒸发损失量。研究结果表明:2010年三峡水库全面运行后,坝前至寸滩库区平均水面面积由蓄水前的372.96km^(2),增加到761.31km^(2),较蓄水前增加了1.04倍。同时,三峡水库的蓄泄调节改变了库区河段原有的水文节律,使得库区水面面积的季节性变化特征较蓄水前发生了显著变化。蓄水后,冬季水面面积最大,平均为843.81km^(2),较蓄水前增加了1.89倍;秋季、春季次之,水面面积分别为818.73和735.28km^(2),较蓄水前分别增加了97.17%和1.28倍;夏季水面面积最小,为653.03km^(2),较蓄水前仅增加了39.06%。水库全面运行后,蒸发损失量随水面面积扩大而急剧增加,多年平均蒸发损失量由蓄水前的2.68亿m^(3)增加到5.65亿m^(3)。库区水面蒸发损失量的季节性节律较蓄水前并未发生实质性变化,春季蒸发损失量为1.26亿m^(3),较蓄水前增加了1.4倍;夏季仍是蒸发损失最大的季节,其蒸发损失量为2.11亿m^(3),较蓄水前增加了61.14%,但其占全年总蒸发损失的比重却由蓄水前的48.80%减少至37.32%;秋季蒸发损失量为1.49亿m^(3),较蓄水前增加了1.23倍;而冬季水面蒸发损失量为0.80亿m^(3),较蓄水前增加了3.34倍,其占全年总蒸发损失的比重也由蓄水前的6.85%增加至14.11%,该季节水面面积虽然最大,但其蒸发量仍然最小。本文研究结果有助于更加全面地揭示三峡水库运行对库区水文循环要素的影响。

黄河流域大中型水库水面蒸发对水资源量的影响

黄河流域干支流已陆续修建了许多水库,水库的修建淹没了部分陆地面积,使陆地蒸发变成水面蒸发,因而加大了河川径流量损失。据估算,黄河流域大中型水库新增水面蒸发损失约7.7×108m3。

干旱区平原水库消减水面蒸发试验研究

为减少蒸发造成的干旱区平原水库水量损失,进行了苯板覆盖水面消减蒸发的节水试验。试验分别采用蒸发池面积的25%、50%、75%、100%的苯板覆盖水面以探析不同面积条件下苯板对蒸发的消减规律。结果表明,不同面积苯板覆盖条件下,分别减少了23.85%、39.63%、55.54%、63.85%的蒸发水量。为探索苯板实际应用的可行性,在水库进行了实际铺设研究。研究表明,苯板在合理铺设的情况下,可以抵抗一定风浪作用,进而达到消减平原水库无效蒸发的目的。本实验对提高干旱区水资源有效利用率和水资源调配能力具有重要意义。

水面蒸发对南水北调江苏段调水效率的影响

为了掌握南水北调东线江苏境内工程输水河道和调蓄湖库水面蒸发损失水量,及其所造成的泵站机组损失功率,了解水面蒸发对工程调水效率的影响,分析比较了适用于工程所在地区的水面蒸发量计算模型和计算公式,计算了工程沿线输水河道和调蓄湖库的水面蒸发量,分析了工程水面蒸发量的时间和空间分布特征.通过积分,计算了水面蒸发造成的各梯级泵站的流量损失和输入功率损失,求解并分析了水面蒸发对整个江苏段工程调水效率的影响.结果表明:工程沿线水面年蒸发量自南向北、西北方向逐渐递增;蒸发量夏季最高,冬季最低;全线平均水面年蒸发量为862.2 mm.洪泽湖、骆马湖、白马湖和输水河道蒸发损失水量分别占总蒸发损失水量的77.7%,13.3%,3.6%和5.4%,蒸发损失水量约占源头泵站抽水量的17.46%,使工程平均调水效率降低10.33%.调水工程可以考虑采用管道输水,从而避免蒸发损失.

气候变化背景下阿克苏河流域平原水库蒸发规律研究

为了定量分析阿克苏河流域平原水库蒸发量的变化规律,利用1981-2010年阿克苏河流域水平衡站20cm蒸发皿和20 m2蒸发池的蒸发数据和气象数据,分析阿克苏河流域3座平原水库蒸发量的年内变化规律和年际变化规律,重点分析水库水面蒸发量与水库水面面积的关系、蒸发量与流域气温之间的关系,并定量分析了气温变化对平原水库蒸发量的影响。结果表明:阿克苏河流域3座平原水库蒸发量的年内变化较大,蒸发量主要集中在4-10月,分别占全年总蒸发量的88.14%、87.02%和87.63%。流域平原水库的年际蒸发量变化较小,在气温上升的背景下,1981-2010年流域3座平原水库的年际蒸发量平均每年以1.5%、0.56%和0.18%的速率增加。

干旱区平原水库水面蒸发消减研究综述

蒸发强烈、降水稀少是造成西北干旱、半干旱地区平原水库水量损失的重要因素,它严重限制了水库效益的最大发挥,使当地严重短缺的水资源形势变得更加严峻。针对消减水面蒸发技术问题,根据国内外消减水面蒸发研究最新进展,分别对铺洒化学试剂法、种植水生植物法、物理材料覆盖法、风障技术法4类消减水面蒸发的方法进行了概述,对各技术方法中所存在的问题进行了分析和讨论,并对未来消减蒸发实验研究提出了相应的建议,以期为后续实验研究提供参考。

水库水面蒸发量计算方法的研究

根据水库水面蒸发机制,结合前人研究成果,提出一种新的水库水面蒸发量计算模型,利用不同气候区多站资料确定模型参数,并利用全国各地30多个水库漂浮蒸发站实验资料,对模型进行拟合检验与移用检验,结果表明,该模型的适应性很强,有推广前景。对模型特性较深入的分析说明,该模型较过去常用的几种模型有许多更合理之处。

干旱区平原水库模拟蒸发量试验研究

干旱区平原水库水面蒸发是平原水库水量损失的重要组成部分,由于水库面积大,采用常规蒸发皿测定的蒸发量与水库实际蒸发量特征不相符。为了准确模拟干旱区平原水库蒸发量,开展了模拟水库的小面积水域蒸发试验,通过水位测针测量蒸发池的蒸发量,并与蒸发皿蒸发量进行比较。试验结果表明,在实际蒸发量中,蒸发池的蒸发量波动较大,蒸发皿蒸发速率比水面蒸发速率高9.1%。蒸发皿蒸发量与水面蒸发量的比值呈现先下降后上升的趋势;蒸发池水面蒸发量主要受到温度、净辐射、风速、饱和水汽压差影响;蒸发皿水体容量小,与蒸发池相比水体热容量较小,因此与大气交换更加快速,受净辐射和气温日较差影响较大。

朱庄水库水面蒸发量损失量及变化特征分析

根据河北省衡水试验站20m2蒸发池与E601型蒸发器同步观测结果,计算出的两种仪器的折算系数,结合朱庄水库E601型蒸发器和水库观测资料,计算出水库水面蒸发量。采用朱庄水库2000年-2010年蒸发量和水库要素资料,计算出朱庄水库多年平均蒸发量为794.38万m3,单位面积蒸发量85.60万m3/km2。朱庄水库年内最大月平均蒸发量出现在5月份,为106.30万m3;最小月平均蒸发量出现在1月份,为12.96万m3。年内变化极值比为8.20,极值差为93.34万m3。

丹江口水库水面蒸发监测站的建设及运行

针对丹江口水库水面蒸发量无实测资料,国内水面漂浮蒸发站无成熟自记仪器的现状,从水文监测的专业角度介绍了水面漂浮蒸发站的选址方案和监测参数的选择方案,从现代传感器、通信、计算机技术的角度提出了蒸发量及相关参数信息的采集与传输方案。根据该方案建成的丹江口水库水面漂浮蒸发站于2017年元月建成,运行将近半年,系统运行稳定,设备自记数据与人工观测数据吻合良好,证明该监测方案是科学可行的,并根据实测情况提出了完善建议。

三峡水库水面蒸发量估算

为了准确估算三峡水库水面蒸发量,以巴东漂浮水面蒸发实验站为代表站,采用灰色关联分析和数理统计分析等方法,分析了三峡库区巴东站蒸发量主要影响因子,计算库区逐月漂浮、陆上平均水面蒸发量;利用不同蓄水条件下水位变化引起的库区水面面积变化,计算求得库区平均水面蒸发量。对比分析表明:三峡水库建库前后多年平均蒸发损失量相差较小,但蒸发量年内分布规律改变,即蒸发由建库前主要集中在夏季变为建库后主要集中在冬季。

丹江口水库蒸发量与气象因子关系分析

为研究丹江口水库水面蒸发量与不同气象因子之间的关系,采用灰色关联分析方法对影响水面蒸发量的主要气象因子进行统计分析,并建立多元线性回归模型。研究结果表明:(1)丹江口水库蒸发站气象因子对水面蒸发量影响大小顺序为:降水量>日照>水温>水汽压>气温>相对湿度>风速>气压;(2)采用多元线性回归模型进行蒸发的模拟计算具有较好的精度。研究成果可为分析大中型水库蒸发量与不同气象因子之间的关系提供借鉴。

抑制干旱区平原水库蒸发试验及蒸发模型研究

干旱区平原水库蒸发强烈,采用物理覆盖技术来抑制平原水库的无效蒸发,可节约更多的水资源。采用20m2蒸发池的蒸发试验与抑制水面蒸发试验,评价苯板覆盖抑制水面蒸发的效率,同时进行苯板覆盖技术的示范研究。结果显示,苯板覆盖以后水面的平均抑制率可达51.25%,合理的苯板连接和固定方式可以有效地消减平原水库的无效蒸发。以能量平衡原理为理论基础,综合彭曼法分别建立了适合干旱区平原水库不同时期覆盖水面的抑制蒸发计算模型。最后通过随机选取的测站月气象资料对抑制水面蒸发计算模型进行了验证。计算结果表明模型误差较小,抑制水面蒸发计算模型在月时间尺度上较为精确。