鄧麗娟，姜卉芳

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊830052;2.新疆水利水電科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊830049)

蒸散發(fā)是水文循環(huán)中自降水到達(dá)地面后由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化為水汽返回大氣的階段。陸地上一年的降水約66%通過蒸散發(fā)返回大氣，由此可見蒸散發(fā)是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。干旱地區(qū)遠(yuǎn)離海洋、降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈，水面蒸發(fā)是地表水體如河流、湖泊、水庫(kù)等水量損失的主要組成部分，因此水面蒸發(fā)在干旱區(qū)地表水體和水資源利用研究中占有顯著的地位，也是研究土壤蒸發(fā)和潛水蒸發(fā)的基礎(chǔ)［1］。

在水面蒸發(fā)中，許多因素及其內(nèi)部之間的相互關(guān)系非常復(fù)雜。對(duì)于水面蒸發(fā)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的作用原理、系統(tǒng)因素及因素之間的關(guān)系往往是很不明確和很不清楚的，這樣就不利于人們對(duì)其分析和進(jìn)行正確有效的決策。揭示水面蒸發(fā)各要素間相互關(guān)系密切程度的傳統(tǒng)方法主要是統(tǒng)計(jì)分析，如相關(guān)分析、回歸分析和主成分分析。統(tǒng)計(jì)分析方法不僅需要大量的數(shù)據(jù)，而且還要求樣本服從典型的概率分布，但是水面蒸發(fā)與各影響因素之間的關(guān)系較為復(fù)雜，具有很強(qiáng)的模糊性和灰色性，并不具備樣本服從典型概率分布的條件，而且數(shù)據(jù)搜集也比較困難?；疑到y(tǒng)理論中的關(guān)聯(lián)度分析克服了統(tǒng)計(jì)分析的缺陷，對(duì)樣本量的大小沒有太高要求，也不需要樣本服從典型的概率分布，所以用灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)分析事物之間的相互關(guān)系，更具有廣泛性和科學(xué)性［2］。

1 影響水面蒸發(fā)的主要因素

1.1 溫度

溫度在水面蒸發(fā)過程中太陽(yáng)輻射是水汽化的主要能量，并通過氣溫和水溫的增高來(lái)影響水面蒸發(fā)。氣溫決定著水汽擴(kuò)散的快慢和接納水汽多少的能力，大氣溫度的層結(jié)直接影響著濕度梯度，進(jìn)而影響水面蒸發(fā)。氣溫高時(shí)，水面上的飽和水汽壓大，飽和差大，易于蒸發(fā)。水面溫度決定著水面水汽壓的大小及水分子的活躍程度，水面溫度高，水分子運(yùn)動(dòng)能量大，水面蒸發(fā)速率大。［3］

1.2 飽和水汽壓差

飽和水汽壓差是水面飽和水汽壓與水面上某一高度空氣中的水汽壓之差。水面飽和水汽壓是水面溫度的函數(shù)，空氣中的水汽壓是氣溫和相對(duì)濕度的函數(shù)。因此，水溫和氣溫對(duì)水面蒸發(fā)速率的影響，可以從飽和水汽壓力差中得到反映。飽和水汽壓差反映了蒸發(fā)面上的濕度和蒸發(fā)面上一定高度內(nèi)的濕度梯度，是影響水面蒸發(fā)速率的主要因素之一。根據(jù)擴(kuò)散理論，蒸發(fā)率與飽和水汽壓差成正比變化，飽和水汽壓差愈大，蒸發(fā)作用愈強(qiáng)，反之愈小。

1.3 空氣飽和差

空氣飽和差反映了蒸發(fā)水面以上空氣中的濕度狀況，但沒有反映蒸發(fā)水面上的濕度大小。水面蒸發(fā)速率與空氣飽和差成正比關(guān)系，空氣飽和差愈大，蒸發(fā)作用愈強(qiáng)，反之愈小。

1.4 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度是空氣中的實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和水汽壓的比值，它反映空氣距飽和狀態(tài)遠(yuǎn)近的程度。一般來(lái)說(shuō)，水面的濕度大(接近飽和)，其上空及外圍濕度小，存在著濕度差。因此，相對(duì)濕度的大小可以反映水面上的水汽向外擴(kuò)散和交換的快慢。當(dāng)相對(duì)濕度大時(shí)，水汽向外擴(kuò)散和交換得慢，水面蒸發(fā)速率小;當(dāng)相對(duì)濕度小時(shí)，水汽向外擴(kuò)散和交換的快，水面蒸發(fā)速率大。

1.5 風(fēng)速

風(fēng)速的大小，表現(xiàn)在它對(duì)紊流擴(kuò)散作用的強(qiáng)弱和干濕空氣交換的快慢上，是影響水面蒸發(fā)速率的主要因素之一。無(wú)風(fēng)時(shí)，水面上的水汽主要靠分子擴(kuò)散，水汽壓減少得慢，飽和差小，因而水面蒸發(fā)緩慢。有風(fēng)時(shí)，湍流加強(qiáng)，水面上的水汽隨風(fēng)和湍流迅速擴(kuò)散到廣大的空間，水面上的水汽壓很快減小，飽和差變大，水面蒸發(fā)加快。風(fēng)速愈大，紊動(dòng)愈強(qiáng)烈，干濕空氣交換得越快，故水面蒸發(fā)也越大。

2 灰色關(guān)聯(lián)方法介紹［4-6］

灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來(lái)判斷其聯(lián)系是否緊密。曲線越接近，相應(yīng)序列之間關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小。

設(shè)有一母因素?cái)?shù)列，記作 X0=(X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n))，同時(shí)有一系列子因素?cái)?shù)列，依次記作 X1，X2，X3，…，Xm。

由于關(guān)聯(lián)度是兩個(gè)序列關(guān)聯(lián)性大小的度量。根據(jù)這一理論，其計(jì)算方法與步驟敘述如下:

2.1 數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于在實(shí)際應(yīng)用中，常常會(huì)遇到數(shù)據(jù)的量綱和絕對(duì)值的大小不一樣的情況，因此需要對(duì)原始數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)進(jìn)行變換，經(jīng)過變換后的原始數(shù)據(jù)列變?yōu)?

式中:i=1，2，3，……，n;k=1，2，3，……，n，X(k)為原始數(shù)據(jù);Xi為該要素的平均值;Si為該要素的標(biāo)準(zhǔn)差;Xi(k)為標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果。

2.2 關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

對(duì)于Xi對(duì)X0在k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)可以用來(lái)表示，的表達(dá)式為:

結(jié)合當(dāng)前我國(guó)多地水利設(shè)施的建設(shè)以及使用情況來(lái)看，堤壩的滲水情況普遍存在，并且沒有得到有效治理。堤壩的滲水嚴(yán)重影響了水利設(shè)施的正常使用，因此，堤壩防滲加固施工就非常的重要，但是要想獲得良好的施工效果，必須要先了解堤壩滲水的具體原因以及類型，才能夠有針對(duì)性地選擇合適的施工方案，進(jìn)行堤壩滲水加固的施工，本文就幾類具體的堤壩滲水情況進(jìn)行詳細(xì)分析。

因?yàn)槊恳涣械臄?shù)據(jù)都有n個(gè)，所以計(jì)算出來(lái)的關(guān)聯(lián)系數(shù)也有n個(gè)，這樣信息就過于分散。如果把各點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)取平均值，就可把各點(diǎn)關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個(gè)值，即為關(guān)聯(lián)度。子因素?cái)?shù)列的關(guān)聯(lián)度大小代表了與母因素?cái)?shù)列的關(guān)系密切情況，若大，則代表關(guān)系密切，從而該因素的影響就大。

3 各氣象要素對(duì)水面蒸發(fā)量影響程度的關(guān)聯(lián)分析

本文以新疆車爾臣河流域且末縣氣象站1956至2008年多年水面蒸發(fā)量(φ20小型蒸發(fā)皿)觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，按照灰色關(guān)聯(lián)度分析法，對(duì)水面蒸發(fā)量及其影響因素進(jìn)行分析。設(shè)年水面蒸發(fā)量(φ20蒸發(fā)皿)為參考數(shù)列X0，年均氣壓、年均溫度、年均水汽壓、年均相對(duì)濕度、年均總云量、年均風(fēng)速與年日照時(shí)數(shù)與分別為 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7，各因素的年統(tǒng)計(jì)值由于篇幅所限，在此未列出。

3.1 研究區(qū)概況

車爾臣河發(fā)源于昆侖山北坡的木孜塔格峰，全長(zhǎng)813 km，年徑流量為6.8億 m3，是巴州南部最大的河流。車爾臣河流域位于東經(jīng) 83°30'～ 85°15'，北緯 36°30'～ 39°15'，南起昆侖山和阿爾金山山脈，北至塔克拉瑪干沙漠與尉犁相望，西臨且末縣的喀拉米蘭河流域，東北部在若羌縣境內(nèi)與塔里木河流域相連。流域地勢(shì)從南向北依次分為:南部阿爾金-昆侖山區(qū)與山前平原地區(qū)、中部平原區(qū)、北部塔克拉瑪干沙漠區(qū)。流域上游山區(qū)氣溫較低、降水相對(duì)較多，中下游地區(qū)由于受高山阻擋，暖濕氣流難以到達(dá)，加之受北部沙漠下墊面和東北方向蒙古高壓氣團(tuán)的影響，降水稀少，平均年降雨量?jī)H18.6 mm，而蒸發(fā)量高達(dá)2 507 mm，蒸降比高達(dá)70，形成典型的干旱荒漠大陸性氣候。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

3.2.1 原始數(shù)列進(jìn)行數(shù)據(jù)變換

將53年來(lái)的各氣象數(shù)據(jù)根據(jù)公式(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。其中:X(k)為原始數(shù)據(jù);Xi為同一氣象要素的平均值;Si為同一氣象要素的標(biāo)準(zhǔn)差;Xi(k)為標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果。

3.2.2 蒸發(fā)量(X0)和各氣象要素(Xi)的絕對(duì)差值

3.2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算

3.2.4 關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

按照關(guān)聯(lián)度公式，利用關(guān)聯(lián)度計(jì)算模型可以得到車爾臣河流域近53年來(lái)各氣象要素與水面蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度，結(jié)果 見表1。

表1 近53年蒸發(fā)量與各氣象要素的關(guān)聯(lián)度及排序

由表1可知，近53年來(lái)，影響研究區(qū)水面蒸發(fā)的主要?dú)庀笠蛩貫轱L(fēng)速與日照時(shí)數(shù)兩因素(取關(guān)聯(lián)度大于0.82)。研究區(qū)該時(shí)期各氣象要素影響排序?yàn)?日照時(shí)數(shù)＞風(fēng)速＞氣壓＞氣溫＞總云量＞相對(duì)濕度＞水汽壓。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，由于 0.821 9＞0.821 1＞0.803 2＞0.768 9＞0.744 6＞0.741 0＞0.735 7，可得出灰色關(guān)聯(lián)度的排序?yàn)?X7＞X6＞X1＞X2＞X5＞X4＞X3。從此排序中可以看出，X7是與X0關(guān)系最為密切的因素，與X0的發(fā)展趨勢(shì)最為接近，對(duì)X0的影響最大，而X3對(duì)X0的影響最弱，與X0的關(guān)系最不密切。

由灰色關(guān)聯(lián)分析可以看出，本文利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，把蒸發(fā)量和主要蒸發(fā)量構(gòu)成因素(即相關(guān)氣象要素)作為一個(gè)灰色系統(tǒng)進(jìn)行分析，能夠真實(shí)的反映各氣象要素與蒸發(fā)量之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)量主要構(gòu)成因素中日照時(shí)數(shù)對(duì)蒸發(fā)量的影響最大，其次是風(fēng)速、氣壓、氣溫、總云量、相對(duì)濕度，水汽壓與蒸發(fā)量的關(guān)聯(lián)度最小。因此，從氣象因素的角度出發(fā)，在干旱半干旱區(qū)大中型平原水庫(kù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及優(yōu)化調(diào)度中，應(yīng)當(dāng)充分考慮日照時(shí)數(shù)與風(fēng)速因素對(duì)水庫(kù)水面蒸發(fā)的影響，合理規(guī)劃、調(diào)度，減少水量損失。

［1］周金龍，姚斐.天山北坡平原區(qū)水面蒸發(fā)的實(shí)驗(yàn)研究［J］.干旱區(qū)研究.1999，16(1):41-43.

［2］鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基礎(chǔ)方法［M］.武漢:華中理工大學(xué)出版社.1987.

［3］胡順軍，郭謹(jǐn)，王舉林，等.塔里木盆地水面蒸發(fā)量的實(shí)驗(yàn)研究［J］.干旱區(qū)地理.2004，27(2):212-215.

［4］鄧聚龍.灰色預(yù)測(cè)與決策［M］.武漢:華中工學(xué)院出版社.1985.

［5］劉法貴，張?jiān)刚?，李湘?灰色數(shù)學(xué)及其應(yīng)用［M］.開封:河南大學(xué)出版社.2002.

［6］田民，劉思峰，卜志坤.灰色關(guān)聯(lián)度算法模型的研究綜述［J］.統(tǒng)計(jì)與決策.2008(1):24-27.