摘要：根据怀柔水库库区水文站E601型蒸发器、20cm口径蒸发皿的观测数据，计算两者之间的折算系数，并对两者的相互关系
进行对比，分析了两者产生差异的原因以及影响蒸发观测值的因素，供水文、水利工程及气象部门等参考。

关键词：怀柔水库 不同蒸发器 对比分析

中图分类号P413 文献标志码B 文章编号1673-4637 （2012） 05-0049-03

蒸发是水文循环的一个重要环节，研究水面蒸发不仅能对水循环获得科学认识，而且在水文、气象、水资源开发、利用等方面
具有重要意义。影响水面蒸发的因素可归纳为气象因素和水体因素两类，气象因素主要包括太阳辐射、温度、湿度、风速及气
压等，水体因素主要包括水面大小和形状、水深及水质等[1]。常见的蒸发观测器皿有20cm口径蒸发皿、E601型蒸发器，由于他
们本身器型大小、设置条件不同，因而水面周围的空气动力条件也不相同，造成的观测值也不一样。因此，有必要研究不同蒸
发器型观测蒸发值，分析其相互关系，为科学研究、生产生活等提供依据。

1研究区域概况

怀柔水库属于大Ⅱ型水库，库容1.44 亿m3，是北京市重要水源地，连接京密引水渠，具有密云水库调节库的功能，对北京城市
供水起着十分重要的作用。水库流域地处燕山山脉南麓，是华北平原与山区的结合部，属半干旱地区,受东南暖湿气流影响，多
年平均降雨量650mm，流域降雨量的年内分配和年际间变化不均匀，汛期雨量丰沛，6—9月份降水量占全年的80%左右。根据北
京市水利志稿记载，水库地区年最高气温可达40℃以上，年最低气温为零下20℃，多年平均气温11.7℃。无霜期为216 d，冰冻
期为12月至次年2月，平均结冰日数为132.2 d，冻结厚度最大约1m。

2 资料来源及观测方法

怀柔水库库区水文站始建于1958 年，系国家级水文站。20世纪70年代开始蒸发观测，蒸发器采用20cm口径蒸发皿，每日进行观
测。2005 年，加入E601型蒸发器，与20cm口径蒸发皿的蒸发量进行对比观测。冰冻期，20cm口径蒸发皿每日观测，E601型蒸发
器每月观测1次。观测场地的选择、仪器设备的安置、观测的方法等均严格执行《水面蒸发观测规范》(SD265-88)，观测资料保
持了较高的精度，每年资料均已通过北京市水文总站的审查验收。

3 两种水面蒸发器型的比较

E601型蒸发器，由蒸发桶、水圈、测针、溢流桶4个部分组成，蒸发桶埋于地下，器口面积3 000cm2，器口缘高于地面30cm。该
型蒸发器稳定性较好，但冰冻期受冰冻影响，采用称重法测量，测量误差较大。

20cm口径蒸发皿安装在地面以上70cm处，观测、换水方便，易于管理，但蒸发皿受温度、气流影响较大，稳定性较差。在冰冻
期，可替代E601型蒸发器进行观测[2]。

4 蒸发量关系分析比较

4.1蒸发量分布情况

本文选择水库水文站E601型蒸发器和20cm口径蒸发皿2006—2011年度同步观测资料，计算两种蒸发器蒸发各月平均值、多年平
均值、比值及差值。由表1可见，两种蒸发器蒸发量年内分布规律相似，11—次年2月，蒸发量较小，最小值出现在1月份；3—
10月蒸发量较大，最大值出现在5月份；E601型蒸发器蒸发值小于20cm口径蒸发皿蒸发值，二者月平均蒸发量比值在0.50~ 0.74
之间。

表1蒸发量月平均分配表 mm

4.2 蒸发系数折算

不同蒸发器，由于周围热动力条件不同，蒸发量也不相同。为此，须推求不同器皿所观测的水面蒸发量对标准蒸发器的折算系
数。通常认为，E601型蒸发器的蒸发量可以代表天然水体水面蒸发量[3]。20cm口径蒸发皿观测值与E601型蒸发器观测值的折算
系数可用下式表示：

K=E601/E20(1)

式中： K为折算系数；E601为E601型蒸发器水面蒸发量/mm；E20为20cm口径蒸发皿水面蒸发量/mm。

4.2.1多年平均值折算

由表1可知，20cm口径蒸发皿与E601型蒸发器蒸发量年折算系数在0.50~ 0.74之间，多年平均值为0.66。

4.2.2回归分析折算

根据两种蒸发器观测资料，逐年各月进行相关分析，绘出散点图，发现其呈线性分布，采用线性回归分析，得出如下结果：

回归系数为0.658，相关系数R2=0.9502，查相关系数临界值表可知，当置信水平α=0.01时，相关系数通过检验，说明E601型蒸
发器与20cm口径蒸发皿的蒸发量之间具有很好的线性关系。

5 两种蒸发器蒸发量差异原因分析

根据道尔顿（Dalton）蒸发定律：

E= C (e0-e) /P (2)

式中，E为水面蒸发量/（mm/d)；C为与风速相关的系数，通常由实验分析确定；e0为水面温度下的饱和水汽压/hPa；e为水面上
空气实际水汽压/hPa；P为水面上的大气压/hPa。

由式(2) 可以看出，C 不变时，水面蒸发量与水汽压饱和差（e0-e）成正比，与大气压强P 成反比。大气压强、水面上空气中
的实际水气压e跟高度相关，两种蒸发器之间因高度差异较小，大气压强、水汽压对两种蒸发器蒸发速率影响差异较小，故由P
、e 引起的两种蒸发速率变化可忽略不计[4]。又，根据彭曼（Penman）公式，水面蒸发亦受到太阳辐射的影响[1]。因此，导
致两种蒸发器蒸发量差异的主要原因是风速、水面温度下的饱和水气压以及太阳辐射。

5.1风速影响

由式（2）可知，当其他条件不变时，风速跟蒸发呈正比，风速愈大，蒸发愈快。E601型蒸发器安装在地面上，20cm口径蒸发皿
安装地上70cm处，由于摩擦作用的影响，使得风速随高度增加而增大，E601型蒸发器较20cm口径蒸发皿低，因而其水面上的风
速小，蒸发量也就较小。

5.2 太阳辐射影响

20cm口径蒸发皿为金属材质，容量小、器体外露，导热快，在阳光的直射下，器内水温极易升高；E601型蒸发器容量大，器身
埋藏在地下，四周有水圈，散热慢，水温升高较为缓慢。饱和水汽压随温度增加而增大，温度越高，蒸发越快，因而20cm口径
蒸发皿在温度较高情况下，其蒸发量要比E601型大许多。

5.3 冷气流影响

受冷空气影响时，气温迅速下降，从而使饱和水汽压也迅速下降，蒸发速率迅速变小。由于20cm口径蒸发皿容器小，器身暴露
，水温下降较快，蒸发速率也下降较快；E601型容量大，散热慢，水温下降较慢，蒸发速率也下降较慢。因此，在冬季时，受
冷气流影响，E601型蒸发器和20cm口径蒸发皿蒸发量均较小，但两者相差不大。

5.4 其他影响

抛去观读、计量、仪器本身误差之外，溅水影响也是一个不可忽视的因素。20cm口径蒸发皿安装较高，口径小，降雨时蒸发皿
中的部分水会溅出器外，雨量越大溅出越多。而E601型蒸发器周围有水圈，降雨时有溅出的也有溅进的，因而蒸发器水量损失
较20cm口径蒸发皿小[4]。

此外，蒸发速率亦受到水体内水质影响，当水中溶解有化学物质时，水面蒸发量一般会减小。水的混浊度也会影响水对热量的
吸收和水温的变化，因而对水面蒸发有间接影响[1]。

6 结语

本文通过对两种蒸发器观测资料进行分析，得出20cm口径