水库水面蒸发：

1、 前言 

1.1研究的目的与意义 

某些地区降水量少蒸发量大，水资源总量严重不足，水资源已成为制约当地社会经济可持续发展的瓶颈。基于水资源总量的严重不足，干旱半干旱地区采取了各种形式的节水方式，但从用水的几个关键环节上来看，如何从源头上进行节水，特别是降低因水库水面蒸发而消耗的大量水资源还没有得到重视。在针对用水、输水等环节开展节水研究的同时，如何有效减小水库水面蒸发，提高水资源有效供应量已经成为该地区节水技术研究的新方向。 

1.2国内外研究进展 

对于水库节水，特别是干旱半干旱地区抑制水库水面蒸发节水，目前能检索到的相关理论研究与实际应用的报道不多。目前在国内外公开发行的刊物上，能检索到的相关理论研究与实际应用的报道不多。仅1952年澳大利亚的W.W.Mansfield开始用16碳醇在小水池试验；1956年国际水库蒸发会讨论通过单分子薄膜抑制蒸发的物理化学基础；1964年施成熙教授在南京做了16醇和18醇的抑制蒸发试验；1965年联合国教科文组织的干旱带研究计划对单分子薄膜抑制水面蒸发进行总结；1983年中国科学院新疆地理研究所也做过抑制水面蒸发试验。然而提高干旱半干旱水库蓄水利用率，投资大难度高，进展相对较为缓慢，目前国内外关于减少干旱半干旱地区水库蒸发量的研究较少。尤其对于内陆干旱半干旱地区水库抑制蒸发的措施，还没有较为系统的理论和研究成果。单分子膜技术，能否大面积用于水库，如何使用，使用后会不会对水库水质产生影响，影响程度有多大；有没有其他更好的措施来抑制水库水面蒸发，其抑制效果如何，目前这一系列问题还是未知数。

 2、 水面蒸发基本理论 

2.1水面蒸发影响因素 

影响天然水体蒸发的主要因素是气象，包括空气温度、湿度和风速。对于具体水域而言，其影响因素还包括地形、土壤、植被等陆相条件。

 2.1.1气候因素对水面蒸发的影响 

（1）水汽压力差 

水汽压力差是水面饱和水汽压与水面以上某一高度空气中的实际水汽压之差。大多数学者认为蒸发量与水汽压差成线性关系，即饱和水汽压差越大，蒸发量越大。但当上层水气压、水分子密度增大到一定程度时，水分子的扩散受到抑制，蒸发变得缓慢。 

（2）风速 

风速的大小表现在它对紊流扩散的强弱和干湿空气交换快慢的影响上。风速越大，紊动越强烈，干湿空气交换越快，蒸发量也越大。多数学者应用空气动力学原理推求，认为蒸发量与风速的1次方成比例。

（3）温度 

当风速等其他因素变化不大时，蒸发量与气温的变化呈指数关系。 

（4）相对湿度 

相对湿度是空气中的相对水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比。当相对湿度较小时，水汽向外交换和扩散的快，蒸发率大；当相对湿度增大后，它既对水面分子的外逸有抑制作用，也使水汽的扩散和交换强度减弱，蒸发率减小。 

（5）蒸发表面情况 

若表面积大则蒸发面大，蒸发作用进行的快。水体的深浅对蒸发也有一定的影响，浅水水温变化的较快，对蒸发的影响较为显著；深水水体对水温起一定的调节作用，因此蒸发量在时间上的变化比较稳定。 

（6）水质 

水中所含杂质能阻止水分子运动，减少蒸发。浑浊度影响反射率，从而影响到水体的热量平衡和水温，间接影响蒸发。水中含有盐分，因盐分子有吸水力，使水面蒸发减少。据研究显示，含盐度每增加1%，蒸发就会减少1%。平均含盐度为3.5‰的海水蒸发量比同等条件下的淡水蒸发量少2%~3%。因此，杂质越多或浓度越浓的水溶液，蒸发进行的越慢，蒸发率也就越低。 

2.1.2观测对水面蒸发的影响 

（1）蒸发器口径的影响 

在蒸发器安装方式、水深一定时，实测年蒸发量随蒸发器口径增大而减小。口径在2m内，上述关系最明显。当口径超过3.5m(水面为9.6m2)时，其蒸发量减少速度很慢，当口径增大至5.0m(水面面积为19.6m2)时，口径变化对年水面蒸发量的影响就不明显了。因此，1972年，世界气象组织仪器和观测方法委员会提出以20m2蒸发池的蒸发量作为临时国际标准。 

（2）蒸发器材料的影响 

用玻璃钢蒸发器测得的年蒸发量小于同时段、同类型金属蒸发器测得蒸发量。 

（3）蒸发器内水深的影响 

根据中国科学院新疆地理研究所1982年研究发现，在相同时段，相同水面温度的条件下，蒸发器内水深越大，蒸发量越大。 

（4）蒸发器放置位置影响 

根据《水面蒸发观测规范》(SD265-88)的规定，凡设置漂浮水面蒸发观测场的蒸发站，均应在漂浮蒸发场附近的岸上，设置陆上水面蒸发观测场，观测项目与漂浮蒸发观测场的相同。从水、陆E601型蒸发器观测值的比较发现，我国东南部绝大多数水库、湖泊漂浮E6ol型的蒸发量大于岸上同类蒸发器观测的蒸发量。 

2.2抑制水面蒸发方法 

单分子薄膜抑制水面蒸发的研究有50多年的历史，但至今收效甚微，没有得到推广应用。 

上世界80年代初，中国科学院新疆地理研究所王积强等人在阿克苏地区采用蒲草抑制水面蒸发，平均抑制率为14.2%，抑制效果不明显。另外，蒲草的种植，能否顺利越冬，是否会对当地生态环境产生影响等一系列问题尚未得到解决。因此，该技术没有得到推广。 

2004年新疆农业大学的侍克斌，严新军等提出用苯板漂浮水面的工程措施来抑制蒸发，其研究仅涉及苯板的水面稳定性，没有进行深入探讨。2006年西班牙的Alvarez等对不同颜色的聚乙烯抑制水面蒸发效果进行了测定。

 2.3水面蒸发计算方法 

现阶段我国采用的水面蒸发量确定方法主要有：器测折算法、水量平衡法、热量平衡法、气候模型计算法和等值线图五种。 

（1） 器测折算法 

器测折算法主要分两种类型：一种是在水库内设置漂浮蒸发器，将漂浮蒸发器观测的蒸发量折算成水库自然水体的水面蒸发量；另一种是无漂浮蒸发观测，只有陆地蒸发观测。对漂浮蒸发器测得的蒸发量进行适当的修正，可较好的代替水库自然大水体的水面蒸发量。将陆地蒸发器观测的蒸发量，折算成水库自然水体的水面蒸发量，因折算系数的空间变异很大，且受微地形影响严重，异地移用误差较大。 

（2） 水量平衡法 

水量平衡法是应用水量平衡原理，推求水库等自然水体某一段时间的水面蒸发量。水量平衡法计算水面蒸发量在理论上是可行的，但在实际应用中困难较多。其原因主要是入、出库水量远比蒸发量大，渗透量和水库周围的一些入库量不易观测。所以应用水量平衡法计算的蒸发量误差很大，且此方法仅适用于渗漏和出、入水量比水面蒸发量小的地区。 

（3） 热量平衡法 

热量平衡法是基于能量守恒原理和蒸发需要消耗热能的概念而提出的一种计算水面蒸发量的方法。通过测算太阳的短波辐射、大气和水面长波辐射、进出水体的热量、对流的热量和水体的储热量等来估算蒸发量。 

（4） 气候模型计算法 

气候模型计算法是对无漂浮蒸发观测的水库进行水面蒸发量计算的常用方法，一般是将附近的气象观测资料代入移用的计算模型中，求出水库月、年水面的蒸发量。 

（5） 等值线图法 

有些水库或湖泊，既没有蒸发池或其它蒸发器的观测资料，也没有普通气象要素观测资料，依靠经验公式己无法计算水面蒸发量。此时，可依靠已绘制的水面蒸发量等值线图近似计算水库、湖泊水面的蒸发量。我国己绘制了E601型多年平均年水面蒸发量的等值线图，可供计算使用。查等值线图时，需视水库、湖泊水面的大小和形状的不同而有不同的查法。若水库、湖泊面积较小，可根据水库、湖泊的地理位置查找相应位置的等值线数值，计算水库、湖泊的水面蒸发量；若水库、湖泊水面面积大且形状特殊，则应在等值线图上，读取有代表性的几点数值，再用其平均值，计算水面蒸发量。