1. 引言
三峡库区人口稠密，三峡水库是库区工业、农业生产用水及居民生活用水的主要水源地。蒸发量是自然界水体损失的主要部分，是分析水量平衡不可或缺的要素之一。探求水面蒸发内在变化规律，演算区域水体的实际蒸发量，是准确评估库区水量平衡的重要手段。在此之前三峡库区年水面蒸发量 [1] - [7] 的计算方法一般采用陆上蒸发器 [8] 观测的蒸发量折算而得，库区年蒸发量究竟有多少，没有直接数据可供参考。2013年，巴东漂浮水面蒸发实验站落户距三峡大坝上游71 km的巴东县，获得了三峡库区水面蒸发的实测资料，其意义重大。通过分析陆上和漂浮水面蒸发的变化规律，研究两者的内在联系，探求大型水体水面蒸发量的计算方法，准确评估水体损失，从而为水库科学合理调度提供技术支撑，具有现实意义。
2. 测站概况
巴东漂浮水面蒸发实验站(以下简称巴东站)设立于2013年07月01日，隶属于长江三峡水文水资源勘测局黄陵庙分局，位于湖北省巴东县信陵镇沿江路38号(东经：110˚22'北纬：31˚03')。巴东站设有陆上水面蒸发场和漂浮水面蒸发场。观测项目包括蒸发(蒸发器为E601B型)、降水、日照、水温、风速风向、气温、相对湿度、水汽压、大气压等。漂浮水面蒸发场(漂浮筏)位于长江干流(三峡库区)上，观测场地高程随三峡水库蓄泄水而变动，其变化范围在145~175 m (吴淞，下同)之间；陆上水面蒸发场位于长江右岸边，场地高程183 m。
3. 资料收集与分析
3.1. 数据收集
巴东站于2013年08月01日开始观测并收集蒸发及气象各要素数据。水面蒸发量、蒸发池内水温和水库水温(水面下0.5 m处)每日08时观测；日照为人工观测；气象各要素为气象站(天津中环公司)观测数据；气温、大气压、湿度、风速、风向、水汽压资料采用自动气象站收集资料二十四段制整理，日平均值均采用实测段次数据的算术平均值。蒸发池内水温、水库水温采用08时数据计算月平均水温。蒸发、气象等数据均严格按照水文资料整编规范要求进行整理，数据准确可靠，数据引用时间：巴东站2013年08月至2021年12月。
3.2. 资料分析
蒸发量是指在一定时段内，水分经蒸发而散布到空中的量；漂浮水面蒸发是指蒸发器周围为自然水体的水面蒸发，陆上水面蒸发是指蒸发器位于陆上地面的水面蒸发。通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示。一般温度越高、湿度越小、风速越大、气压越低、则蒸发量就越大；反之蒸发量就越小。温度、湿度、风速等因素是影响蒸发量大小的主要因素，本文结合巴东漂浮水面蒸发和陆上水面蒸发以及同时段气温、气压、湿度、风速等观测资料，从月、年两个尺度上，分析研究漂浮水面蒸发和陆上水面蒸发的相互关系及气象因子对其变化规律的影响。
3.2.1. 陆上蒸发和漂浮蒸发的比较及关系
从图1可以看出，陆上多年月平均蒸发量、气温的变化趋势一致，即1~8月呈明显上升趋势，8~12月为下
Figure 1. Comparison of monthly average evaporation and temperature between floating and land observations
图1. 漂浮与陆上多年月平均蒸发量和气温对比图
Figure 2. Hydrograph of monthly water surface evaporation ratio between floating and land
图2. 漂浮与陆上月水面蒸发量比值过程线
降趋势，陆上多年月平均蒸发量最大值在8月；漂浮多年月平均蒸发量3~8月呈上升趋势，8~12月及次年1月月总量变化不明显，月最大值为12月或1月。对比陆上、漂浮月蒸发量发现，3~9月陆上蒸发量多于漂浮蒸发量，10月~次年2月反之；冬季(1月、11月、12月)漂浮多年月平均水面蒸发总量为261.3 mm，占年水面蒸发量的29.5%，同期相应陆上多年月平均水面蒸发总量为117.2 mm，仅占其年水面蒸发量的13.8%，漂浮是陆上的2.23倍；夏季(6~8月)漂浮多年月平均水面蒸发总量为233.7 mm，占年水面蒸发量的26.3%，同期相应陆上多年月平均水面蒸发总量为339.3 mm，占其年水面蒸发量的38.9%，漂浮仅是陆上的71.0%。
图2为漂浮与陆上逐月水面蒸发量的比值过程线图，反映了漂浮与陆上月蒸发量的相互关系，且这种关系具有明显的重复性：即每年形成一个尖锋，而峰值一般出现在12月或1月，最大值2.90，最小也有1.74。
3.2.2. 蒸发与气象因子的关系
为了解上图2这种重复性的尖峰过程线的原因，结合本站观测的项目，对大气压、气温、风速、相对湿度、水温(蒸发池内水温)五项做绝对差和相对差的对比分析，如表1所示。
Table 1. Comparison of meteorological elements between floating and land
表1. 漂浮与陆上各气象要素对比表
注：绝对差指漂浮与陆上气象要素的多年月平均值之差；相对差指漂浮与陆上气象要素的多年月平均值之差占漂浮多年月平均值的百分比。
从表1看，除水温外，陆上与漂浮其它气象要素逐月数据相差不大；两者月平均相对差(%)：气温在−4.2~3.6之间，气压在0.1~0.4之间，相对湿度在−5.6~1.7之间，水温相差较大，范围在−15.4~38.5之间；此外，3~9月陆上气温、水温明显高于漂浮气温、水温，结合图1显示的3~9月陆上蒸发量多于漂浮蒸发量这一结果，和基于上述对漂浮与陆上气象因子关系的分析和两者地理位置的特殊性，以及漂浮与陆上的风速、相对湿度、水汽压、日照气象因素基本一致，可以认为风速、相对湿度、水汽压和日照对产生上图2这种重复性的尖峰过程线的影响较小，漂浮与陆上月蒸发量出现差异的主要原因是两者的蒸发池内水温不同所造成的，而气温与蒸发池内水温息息相关。
从图3看出，逐月蒸发池内平均水温的变化与逐月蒸发量变化趋势一致，即本年10月至第二年的2月，陆上蒸发池内水温低于漂浮蒸发池内水温，3月至9月，陆上蒸发池内水温高于漂浮蒸发池内水温；蒸发池内月平均水温比值(漂浮蒸发池内月平均水温与陆上蒸发池内月平均水温之比)的变化过程与月蒸发量比值(漂浮月水面蒸发量与陆上月水面蒸发量之比)变化过程完全一致，每年形成一个尖峰，峰值对应12月或1月，水温最大比值为1.86，最小比值为1.48。此变化过程说明蒸发池内水温与形成陆上和漂浮水面蒸发量变化差异有着正相关关系。
Figure 3. Comparison of monthly evaporation and average water temperature ratio between floating and land
图3. 漂浮与陆上逐月蒸发量和平均水温比值对比图
(a) 陆上气温与蒸发池内水温关系(b) 漂浮气温与蒸发池内水温关系
Figure 4. Relationship between air and water temperature in evaporation tank in the land and floating
图4. 陆上和漂浮气温与蒸发池内水温关系
蒸发池内水温主要受气温、日照等因素影响，而漂浮与陆上日照基本一致。从图4(a)可知，陆上月平均气温与蒸发池内月平均水温相关性非常好，相关系数0.991，说明陆上蒸发池内水温受气温主要影响，其他因素影响较小；图4(b)和图5显示，漂浮月平均气温与蒸发池内月平均水温相关性不是很好，相关系数仅0.7759，漂浮蒸发池内月平均水温与水库月平均水温相关性较好，相关系数0.9632，从相关系数上看，说明水库水温对蒸发池内水温影响的比重比气温大。
(a) 漂浮蒸发池内水温与水库水温关系(b) 漂浮蒸发池内水温与水温因子关系
Figure 5. Relationship between water temperature in reservoir and the floating evaporation tank
图5. 漂浮蒸发池内水温与水库水温和与水温因子关系图
为了分析水库水温和气温对漂浮蒸发池内水温影响的主次原因，试算了一个水温因子，为漂浮气温与水库水温的加权值，并计算与蒸发池内水温相关性，经分析后选取最优加权系数，公式为A = 0.8X + 0.2Y，A为水温因子，X为水库水温，Y为漂浮气温。如下图6，水温因子与漂浮蒸发池内水温相关性非常好，相关系数0.9952。从相关性上，陆上蒸发池内水温与气温相关性好，陆上蒸发池水温主要受气温影响；漂浮蒸发池内水温受水库水温及气温共同影响，水库水温约占8成，是主要影响因子。表1可知漂浮与陆上的气温基本一致，所以漂浮与陆上蒸发池内水温差异得主要影响因子是水库水温。
Figure 6. Relationship between monthly evaporation difference and water temperature difference in evaporation tank
图6. 逐月蒸发量差与蒸发池内水温差关系图
图6为逐月漂浮水面蒸发量与陆上水面蒸发量的差值和逐月蒸发池内水温平均值的差值建立的函数关系，其相关关系线良好，漂浮与陆上蒸发池内水温差距越大，月蒸发总量相差越大，反之，越小。
通过对比分析巴东站漂浮与陆上的气象要素数据，可以知道漂浮与陆上的风速、相对湿度、水汽压和日照相差较小，漂浮与陆上月蒸发量出现差异的主要原因是蒸发池内水温不同所造成的；分析水库水温、气温与蒸发池内水温后，我们可得漂浮与陆上蒸发池内水温差异的主要影响因子是水库水温。综上图表分析可得：产生漂浮与陆上蒸发量重复尖峰趋势变化的主要影响因子是水库水温。
3.2.3. 蒸发的年内变化及年际变化
表2为漂浮与陆上多年月平均蒸发量的比值，漂浮与陆上的换算系数 [9] 随时间变化有明显的变化。年内水面蒸发换算系数分布有一定的规律，即上半年(1~6月份)的水面蒸发换算系数由大变小，呈下降趋势，下半年(8~12月份)的水面蒸发换算系数由小变大，呈上升趋势，其中5~8月份的换算系数最小，12~次年2月份的换算系数最大，最大12月2.50，最小7月0.67，呈夏低冬高型趋势。漂浮水面蒸发量和陆上水面蒸发量年换算系数为1.04 (统计资料年限较短)，漂浮与陆上两者在年蒸发量上相差较小，主要差异是年内分布。
Table 2. Conversion coefficient between floating and land
表2. 漂浮与陆上换算系数
从表3可以看出，2014~2017年，漂浮年蒸发量大于陆上年蒸发量，从2018年开始漂浮年蒸发量小于陆上年蒸发量，2021年恢复漂浮年蒸发量大于陆上年蒸发量，漂浮多年平均蒸发量为陆上的1.04倍；图7，图8，年水面蒸发量的变化趋势与年平均相对湿度变化负相关，年水面蒸发量的减少与年平均相对湿度的增大有关；漂浮年蒸发量变化趋势与水库年平均水温、漂浮气温变化趋势一致，呈正相关关系；陆上年蒸发量变化趋势与年平均气温变化趋势一致；年平均气温增大，年水面蒸发量增加，反之，减少。
Table 3. Comparison of floating and land data
表3. 漂浮与陆上数据对比表
注：水库水温、相对湿度、气温均为年平均数据，单位为%、℃，蒸发量单位mm。
(a) 漂浮年蒸发量与年平均相对湿度过程线图 (b) 陆上年蒸发量与年平均相对湿度过程线图
Figure 7. Annual evaporation and annual average relative humidity hydrograph in the floating and land
图7. 漂浮和陆上年蒸发量与年平均相对湿度过程线图
(a) 漂浮年蒸发量与年平均气温水温过程线图(b) 陆上年蒸发量与年平均气温过程线图
Figure 8. Annual average evaporation, air and reservoir water temperature hydrographs in floating and land
图8. 漂浮和陆上年蒸发量与年平均气温水温过程线图
4. 结语
本文采用三峡库区巴东站最新实测资料，经分析后得出：三峡库区巴东站漂浮水面蒸发与陆上水面蒸发在年蒸发量上相差较小，差异主要是年内分布，漂浮水面蒸发主要集中在冬季(11月、12月、1月)，漂浮冬季水面蒸发量占年蒸发量的29.5%，约为同期陆上水面蒸发量的2.23倍；陆上水面蒸发主要集中在夏季(6~8月)，占年蒸发量的38.9%，同期漂浮水面蒸发量仅为陆上水面蒸发量的71.0%，而冬季水面蒸发量仅占年蒸发量的13.7%。漂浮与陆上在月水面蒸发量和蒸发池内月平均水温的比值上，呈周期性尖峰变化，产生上述变化规律的主要影响因子是水库水温。