水資源評價與管理-降水與蒸發(fā)

第二章降水與蒸發(fā)內(nèi)容摘要

本章主要介紹水汽含量的估算方法，雨量測站和資料選用的要求，降水資料的三性審查，降水量分析計算的內(nèi)容，蒸發(fā)的基本概念，水面蒸發(fā)、陸面蒸發(fā)和干旱指數(shù)的計算方法。降水量、蒸發(fā)量及Cv值等值線圖的繪制方法等。目錄第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡第二節(jié)降水資料的收集與審查第三節(jié)降水資料的插補展延第四節(jié)降水量分析計算第五節(jié)蒸發(fā)的概念第六節(jié)水面蒸發(fā)分析計算第七節(jié)陸面蒸發(fā)分析計算第八節(jié)干旱指數(shù)的確定第九節(jié)蒸發(fā)計算提供的主要成果大氣水的概念以水汽、水滴和冰晶形式存在于大氣中的水。大氣水是降水的來源。每天全球有12％的大氣水降落到陸地或海面上。其全球大氣水平均更新時間為8.1天。水汽水滴冰晶第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

①可以進行三態(tài)轉(zhuǎn)化。在地球的溫度和壓力條件下，水汽是大氣中唯一的可以進行物質(zhì)三態(tài)（氣體、液體、固體）互相轉(zhuǎn)化的物質(zhì)。氮、氧、氬，則僅以氣體狀態(tài)存在于大氣中大氣水的三個特殊性第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

②頻繁地進出下墊面。干空氣可以進、出海水和土壤（地球下墊面）的數(shù)量非常小，氣象學里幾乎忽略這個物理過程。但是，大氣水分的情況就不同了。每年進出下墊面（海洋和土壤）的水分的數(shù)量幾乎是空中水分數(shù)量的50倍。發(fā)生在大氣下界的這個激烈過程就是大氣水分以“降雨、下雪”的形式進入下墊面和以“蒸發(fā)”形式從下墊面排除。第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

③固體和液體的水分以小顆粒的集合狀態(tài)（即云）存在于空中。大氣密度大約是以固體的冰或者液體的水的千分之一，從物理學知識看，大氣中的冰或者水就應當以自由落體的高速度掉下來（析出大氣）。但是，大氣中的固體、液體水分不是一般意義下的冰和水，它們都是以非常小的顆粒狀態(tài)存在于大氣中。這些小顆粒的集體就是我們熟悉的各種“云”。這些云在大氣中廣泛存在，自由飄動。一旦以小顆粒狀態(tài)存在于地球中的水分（云）迅速變成了大顆粒，它們就加快了下降速度。幾分鐘的時間它們就從高空落到下墊面（降雨和下雪）。第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

①大氣水的含量不是常數(shù)，一般高緯度低于低緯度。在緯度70°，平均大氣水汽含量為0.2％；50°為0.9％；赤道為2.6％。②水汽密度隨高度顯著變化。大約90％的水汽含量集中在地面以上0～5km大氣層中。大氣水的分布特征第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

大氣水分循環(huán)

大氣水分循環(huán)的要素是大氣水汽含量、大氣降水和蒸發(fā)。

大陸上(或海洋上)的水分循環(huán)有兩個系統(tǒng),即水分內(nèi)循環(huán)和水分的外循環(huán)。水分的內(nèi)循環(huán)是指大陸上(或海洋上)水分蒸發(fā)的水汽進入大氣,經(jīng)凝結成云,產(chǎn)生降水,降落到原大陸上(或原海洋上)所完成的循環(huán)。水分的外循環(huán)是指從海洋上蒸發(fā)的水汽中一部分隨著氣流輸送到大陸上空與大陸上蒸發(fā)的水汽匯合,凝結成云,形成降水,降落到地面,除部分被蒸發(fā)外,其余均經(jīng)江河等逕流流回海洋,補償海洋蒸發(fā)失去的水分,所完成的海洋與大陸間的水分循環(huán)。第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

為大氣水汽含量（可降水量的變量）的變量。式中各變量可以取多年平均值。若區(qū)域大氣水平衡方程：則得第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

區(qū)域大氣水輸出方式①由大氣平流方式直接輸出研究區(qū)域；②通過降水和地表凝結，使部分大氣水轉(zhuǎn)化為地表水或地下水，其中一部分通過河網(wǎng)流出研究區(qū)；③降落在地表的雨水（雪），通過蒸發(fā)又轉(zhuǎn)化為大氣水，在一定的天氣條件下，它又有一部分降落到地面，形成河流徑流，流出區(qū)域外，剩下的部分隨著大氣環(huán)流以大氣水的形態(tài)輸出研究區(qū)外。第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

大氣水分輸送量的計算

①將評價區(qū)概化為經(jīng)向和緯向直角多邊形，采用邊界附近探空氣象站的風向、風速和溫度資料，計算各邊界的水汽輸入量和輸出量；②統(tǒng)計評價區(qū)水汽的總輸入量、輸出量和凈輸入量，并分析年內(nèi)、年際變化；③根據(jù)評價區(qū)內(nèi)探空氣象站的濕度資料，估算評價區(qū)上空大氣中的水汽含量。ps為地面氣壓；pz為計算斷面的上界氣壓（102pa）；q為比濕（g/kg）；v為風速矢量（m/s）；g為重力加速度。第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

我國大氣水分輸送量及其年內(nèi)、年際變化

中國大陸上空歷年輸入量、輸出量及其凈輸入量變化比較大。中國大陸上空的水汽主要是從南邊界輸入，占42％，東邊界輸入占23.5％；輸出主要是東邊界，占68％。所以，我國水汽輸送的特點是以經(jīng)向輸入（59.3％）和緯向輸出（69.7％）為主。水汽輸入隨季節(jié)變化，不同的邊界有不同的季節(jié)變化。第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡

第二節(jié)降水資料的收集與審查

降水資料收集

來源雨量站水文年鑒水文手冊水文資料水文特征統(tǒng)計資料要求1）盡可能使選擇資料的雨量站在評價區(qū)內(nèi)分布均勻，同時又能反映地形變化對降水量的影響。如多雨地區(qū)和降水量變化梯度大的地區(qū)，盡可能多選站；山丘區(qū)地形對降水量的影響大，盡可能多選站；平原區(qū)降水量變化梯度小，應選站均勻。2）盡可能選擇資料質(zhì)量好，系列較長的資料3）還要收集評價區(qū)域外圍的降水資料，利于資料插補延長和比照。第二節(jié)降水資料的收集與審查

降水資料審查

主要包括：可靠性、一致性和代表性審查，簡稱為“三性”審查?？煽啃詫彶榭煽啃詫彶槭侵笇υ假Y料的可靠程度進行鑒定。審查內(nèi)容觀測方法與成果可靠性；整編方法和成果質(zhì)量。重點審查特大、特小值（對頻率曲線的影響很大），解放前及“文革”期間的資料（質(zhì)量不高）。第二節(jié)降水資料的收集與審查

審查方法與鄰近站資料比較一是降水量等值線圖法（逐年的或多年的），對偏差較大或較小的進行審查；

二是相關分析法，即繪制審查站年或月降水系列同鄰近站（單站或多站平均）的相應系列的相關曲線圖，對離差較大的點據(jù)進行審查和修正。在審查和修正過程中必須考慮地形的影響。與其它水文要素比較可以根據(jù)降雨徑流關系（一般有穩(wěn)定相關關系）進行資料審查。第二節(jié)降水資料的收集與審查

一致性審查

一致性是指一個系列不同時期的資料成因是否相同。破壞一致性的原因大范圍的氣候條件變化，這在短時間內(nèi)發(fā)生的可能性較小，如溫室效應、厄爾尼諾現(xiàn)象等。第二節(jié)降水資料的收集與審查

人類活動干擾造成的周圍環(huán)境變化，如大范圍的森林砍伐、農(nóng)田灌溉、城市化等，可用順時序修正法，將變化后的資料修正變化前為“天然”狀態(tài)，若人類活動干擾前資料較短，也可以用逆時序修正法，視干擾后的狀態(tài)為“天然”。第二節(jié)降水資料的收集與審查

觀測方法改變或測站遷移（周圍環(huán)境變化），可用逆時序修正法，將變化前的資料修正到變化后的狀態(tài)。第二節(jié)降水資料的收集與審查

審查方法單累積曲線法設有年降水系列Xi（i=1，2，…

），則有式中：Xct第t時段的累積降水量。若降水資料一致性好，過程線的總趨勢呈單一直線關系或具有周期性擺動，若降水資料一致性破壞，則會形成多條斜率不同的直線。該方法也可用模比系數(shù)k值過程線來判斷。第二節(jié)降水資料的收集與審查

陜西蒲城縣雨量站年降水量單累積曲線第二節(jié)降水資料的收集與審查

雙累積曲線法當分析站周圍有較多雨量站，且認為這些雨量站降水資料一致性較好時，可通過繪制單站（分析站）累積降水量與多站平均累積降水量關系曲線，對分析站降水資料的一致性進行審查。這種方法稱為雙累積曲線法。第二節(jié)降水資料的收集與審查

陜西蒲城縣雨量站降水量雙累積曲線第二節(jié)降水資料的收集與審查

代表性審查

資料代表性是指樣本資料的統(tǒng)計特性能否很好地反映總體的統(tǒng)計特性，也稱系列代表性。主要是通過對年降水系列的周期、穩(wěn)定期和代表期分析來揭示系列對總體的代表程度的。

第二節(jié)降水資料的收集與審查

周期分析（方差分析、差積曲線、滑動平均值過程線法）方差分析法

方差分析法是一種數(shù)理統(tǒng)計學方法。設某年降水系列X（共n項）具有周期m。先設試驗周期m'（2，3，…，n/2或(n-1)/2），則n個數(shù)據(jù)按m'年時間間隔分組。各組數(shù)據(jù)間的離差平方和（S1）和組內(nèi)離差平方和（S2）為：式中：nj為第j組數(shù)據(jù)的項數(shù)；Xij為第j組數(shù)據(jù)的第i個數(shù)值；為年降水系列的平均值；為第j組的平均值。第二節(jié)降水資料的收集與審查

則，統(tǒng)計量F（均方差比）為且服從分布。第二節(jié)降水資料的收集與審查

給定一個顯著水平，可在F分布表上查得相應的臨界值，并令m=，若，不存在m年周期；，存在m年周期。但降水系列周期具有模糊性，因此，也常用模糊假設檢驗來判別。第二節(jié)降水資料的收集與審查

例：某站年降水時間序列長度22年，利用方差分析法分析周期。利用方差分析法計算結果可知：該序列由一個6年周期和一個11年周期疊加而成。試驗周期年數(shù)組間離差平方和S1組間自由度f1組內(nèi)離差平方和S2組內(nèi)自由度f2方差比F0.0520.089137.9200.054.35310.5227.5193.643.5241.23336.8180.203.1650.97437.1170.112.96623.8514.2165.352.85714.9623.1151.612.7983.96734.1140.232.76918.1819.9131.482.77104.87933.1120.202.791128.2109.79113.172.85第二節(jié)降水資料的收集與審查

第二節(jié)降水資料的收集與審查

差積曲線法

差積曲線法是將每年的降水量與多年平均降水量的離差逐年依次累加，然后繪制這種差積值與時間的關系曲線進行周期分析的方法。該法的基本計算公式為：差積曲線通常用來劃分降水、徑流的豐水期、枯水期和平水期。當差積曲線有上升時,表示豐水期;當下降時,表示枯水期;當沒有明顯的上升或下降時,表示平水期。第二節(jié)降水資料的收集與審查

第二節(jié)降水資料的收集與審查

滑動平均值過程線法所謂滑動平均，就是在一個系列中，先確定若干年為計算平均值的“滑動”計算時段，求得一個均值，將其作為中間年份的修勻值，然后向后“滑動”一年，形成新的計算時段，計算均值。重復上述步驟直至計算時段的最后一個數(shù)據(jù)為系列的最后一個數(shù)據(jù)為止。預測：知識拓展年降水量（mm）3年滑動平均5年滑動平均1976630.41977400.1550.81978622.0468.0501.81979382.0492.9513.11980474.7514.5535.11981686.7557.1574.31982510.0671.6651.01983818.1697.9666.61984765.7712.1583.61985552.4530.0601.11986271.8473.8554.41987597.3484.7499.31988585.0557.5480.71989490.1511.51990459.4第二節(jié)降水資料的收集與審查

第二節(jié)降水資料的收集與審查

水文要素周期分析方法知識拓展譜分析法

譜分析方法把時間系列看成是多種不同頻率的規(guī)則波(正弦波或余弦波)迭加而成,比較不同頻率波的方差大小,從而找出波動的主要周期。水文時間系列譜分析的主要方法有功率譜法、最大嫡譜分析法等。其中最大嫡譜分析方法具有突出的分辨能力,峰值偏離小,提取的主次周期更符合實際。小波分析法

小波分析是一種時、頻多分辨率分析方法,具有時頻局部化功能,可以對函數(shù)和信號系列進行多尺度細化分析,以分析不同尺度(周期)隨時間的演變情況。小波分析不僅能將水文時間系列的頻率特征在時間域上展現(xiàn)出來,分析出其主要周期,而且能清晰地給出各種時間尺度(周期)的強弱和分布情況以及旱澇變化趨勢和突變點。第二節(jié)降水資料的收集與審查

穩(wěn)定期與代表期分析穩(wěn)定期分析的目的：是通過降水系列某種指標或參數(shù)達到穩(wěn)定的歷時來確定代表期的方法。代表期是指樣本系列的統(tǒng)計參數(shù)能夠較好地代表總體（長系列）的時期。穩(wěn)定期或代表期的分析方法：（1）累積平均值過程線法；（2）長短系列相對誤差比較法。第二節(jié)降水資料的收集與審查

累積平均值過程線法這是一種用降水系列的累積平均值與時間的關系用圖示方法分析降水系列穩(wěn)定期的方法。該法的計算公式為：一般采用逆時序。判斷系列穩(wěn)定期，主要是看累積平均值是否接近系列（長系列）均值，即模比系數(shù)是否接近1。第二節(jié)降水資料的收集與審查

年降水量（mm）2010521521.01.012009490.9506.00.982008464.3492.10.952007532.6502.20.972006461.1494.00.962005521498.50.972004406.2485.30.942003876.1534.21.032002425.6522.11.012001457.6515.61.002000431.6508.00.98…………平均516.51983該序列的代表期為1983-2010年。長短系列相對誤差分析法當周期不長而實測系列足夠長時，累積平均值模比系數(shù)過程必然收斂于K＝1.0這條水平線。但是一些水文系列的周期不規(guī)則，資料系列較短，必須借助鄰近長系列測站分析成果來間接分析論證系列的穩(wěn)定性。通常是對長系列資料通過對長短系列統(tǒng)計參數(shù)相對誤差分析來了解其穩(wěn)定期亦即代表性的。短系列，是指對一個長系列樣本按不同時段劃分后形成的子系列。較長的系列中包含了較短的系列，即系列的起點相同，終點不同。第二節(jié)降水資料的收集與審查

1965年代表期為1965年-2000年根據(jù)相對誤差，n＝35為該站代表期較好第二節(jié)降水資料的收集與審查

第三節(jié)降水資料的插補與展延

降水資料插補延長系列的插補展延是指設法將實測系列中缺測年份的資料補起來，或?qū)⑾盗械膬啥送庋?。目?/p>

擴大樣本容量，減個抽樣誤差，提高統(tǒng)計參數(shù)的精度。在區(qū)域性水資源分析與評價中取得不同測站的同期降水資料系列，以使計算成果具有同步性。插補延長方法

常用的降水資料插補延長方法有：地理插值法、相似法、相關分析法。地理插值法地理插值法也稱為內(nèi)插法，其精度取決于測站與測站之間的地理位置（包括距離、地形等下墊面條件），以及氣候條件等。其方法有：移用法、算術平均值法、加權平均值法、降水量等值線圖法。第三節(jié)降水資料的插補與展延

移用法由于在小范圍內(nèi)降水量在面上的分布是比較均勻的，如果兩個雨量站距離相近，且氣候、地形條件一致，可直接移用鄰近站（參證站）同年或同月降水量。算術平均值法當插補站周圍有分布較均勻的雨量站，且地理與氣候條件基本一致，降水量在面的分布較均勻，各相鄰站的降水量數(shù)值較接近時，可用算術平均法插補。第三節(jié)降水資料的插補與展延

加權算術平均值法

當研究區(qū)內(nèi)地形變化不大時，可按插補站所在區(qū)的各雨量站(除插補站外)占研究區(qū)域面積的權數(shù)，計算出區(qū)域平均降水量，然后計入插補站，求出研究區(qū)內(nèi)(包括插站)各站占研究區(qū)的面積權數(shù)，并用計算的區(qū)域平均降水量的插補站的面積權數(shù)推求插補站的降水量。第三節(jié)降水資料的插補與展延

為插補站第三節(jié)降水資料的插補與展延

降水量等值線法

利用研究區(qū)已有的雨量站資料繪制降水量等值線圖，然后，根據(jù)插補站在區(qū)域內(nèi)的位置讀取該站的降水量插補值。用該方法插補或延長降水資料，精度較高，但工作量很大，尤其是需要插補或延長的年限較長時，需逐年繪制等值線圖。第三節(jié)降水資料的插補與展延

相似法

當測站實測資料系列太短，用其它方法插補降水量難度大時，可用相似法，亦稱氣候系數(shù)法。相似法假設插補站與參證站降水量長短系列的均值有等比關系，即

該法的優(yōu)點是使用方便，計算工作量少，不足是無法插補出逐年降水量值。第三節(jié)降水資料的插補與展延

相關分析法

當研究區(qū)域內(nèi)擬插補延長測站的降水量與區(qū)域內(nèi)部或外部系列較長的其它測站的降水量或其它水文、氣象要素之間有密切關系時，可建立插補站降水量與鄰近站降水量或其它水文氣象要素之間的相關關系，并用此關系來插補或延長降水系列。常將待插補的降水量（年或月）稱為研究變量，將用來建立相關關系借以插補研究變量的參變量稱為參證變量。

第三節(jié)降水資料的插補與展延

步驟：（1）選擇參證變量

選擇的參證變量除必須具備與研究變量間有較好的物理成因關系外，還應滿足兩個條件：

一是它與研究變量應有一定數(shù)量的同步觀測資料，若點據(jù)太少，不能反映兩變量間統(tǒng)計規(guī)律的全部；二是參證變量的系列要足夠長，足以用同期資料建立的關系插補出計算需要的研究變量的缺失部分。

第三節(jié)降水資料的插補與展延

（2）建立相關關系

1）點繪相關點據(jù)圖

2）建立回歸方程

3）相關系數(shù)

（3）降水資料的插補延長

必須注意假相關和輾轉(zhuǎn)相關。插補時相關系數(shù)必須大于0.8。相關線兩端外延部分不超過用于建立相關線的實測資料經(jīng)驗范圍的10％。第三節(jié)降水資料的插補與展延

第四節(jié)降水量的分析計算

內(nèi)容①各分區(qū)及全評價區(qū)同步期的年降水量系列、統(tǒng)計參數(shù)和不同頻率的年降水量；②繪制同步期平均年降水量和Cv等值線圖，分析降水的地區(qū)分布特征；③選各分區(qū)月、年資料齊全且系列較長的代表站，分析計算多年平均連續(xù)最大四個月降水量占全年降水量的百分率及發(fā)生月份，并統(tǒng)計不同頻率典型年的降水月分配；④選擇長系列測站，分析年降水量的年際變化，包括豐枯周期、連枯連豐、變差系數(shù)、極值比等。⑤根據(jù)需要，選擇一定數(shù)量的有代表性測站的同步資料，分析各流域或地區(qū)之間的年降水量豐枯遭遇情況，并可用少數(shù)長系列測站資料進行補充分析。一、面平均降水量的計算

算術平均值法適用于區(qū)域內(nèi)地形起伏不大，降水分布較均勻，或站網(wǎng)較密，測站分布均勻等情況。泰森多邊形法適用于雨量站和降水量分布較不均勻的情況。等雨量線圖法適用于地形對降水影響顯著，并有足夠水量的雨量站。第四節(jié)降水量的分析計算

二、降水量頻率分析

統(tǒng)計參數(shù)的確定

常用的統(tǒng)計參數(shù)有樣本均值、樣本系列的變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)。目前，我國普遍采用圖解適線法來確定這些統(tǒng)計參數(shù)：首先計算這些參數(shù)的初始值，然后再通過圖解適線來確定參數(shù)。參數(shù)的初始值確定方法有矩法、三點法。圖解適線計算經(jīng)驗頻率；繪制經(jīng)驗頻率曲線；計算統(tǒng)計參數(shù)。第四節(jié)降水量的分析計算

成果合理性檢查年降水量統(tǒng)計參數(shù)的合理性分析主要通過對比分析進行。通過與區(qū)域一般規(guī)律的對比分析，或與鄰近站的成果對比分析，間接地可以判斷計算成果是否合理、可靠。第四節(jié)降水量的分析計算

在配線過程中，由矩法初估的統(tǒng)計參數(shù)對應的理論頻率曲線與實測點據(jù)的配合不一定好。其原因是：

1）年降水量等實測資料有觀測和整編誤差。

2）實測點據(jù)的經(jīng)驗頻率不準確。具體樣本，有抽樣誤差。

3）統(tǒng)計參數(shù)的計算誤差。如矩法計算的統(tǒng)計參數(shù)可能偏小。4）模型誤差。用P-Ⅲ型分布具有相當大的經(jīng)驗性。測驗誤差、整編誤差可通過改進方法消減；計算誤差通過配線優(yōu)選的手段給予考慮；但另外兩項目前尚無法消除。不同頻率的年、月降水量

第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

三、年降水量統(tǒng)計參數(shù)等值線圖（一）等值線圖繪制繪制等值線圖（即均值和變差系數(shù)等值線圖）的目的：①研究年降水量年際變化的地理規(guī)律；②估算無資料地區(qū)各種指定頻率的年降水量。繪制等值線之前，要搜集本地區(qū)的水汽來向，降水成因、冷暖鋒面活動規(guī)律以及地形對降水的影響等情況，以便對降水的地區(qū)分布趨勢的了解。所有站點的統(tǒng)計參數(shù)應根據(jù)它們的精度、地形代表性、系列長短等因素分為主要點據(jù)、一般點據(jù)和參考點據(jù)三類，以不同的符號標注在工作底圖上，主要點據(jù)是勾繪等值線的骨干，參考點據(jù)僅作為參考。勾繪等值線時，一方面要考慮統(tǒng)計參數(shù)的大小和精度，另一方面要注意地理位置。第四節(jié)降水量的分析計算

年降水量等值線線距為：降水量＞2000mm，線距1000mm；降水量800～2000mm者，線距200mm；降水量100～800mm，線距100mm；降水量50～100mm，線距50mm；降水量＜50mm，線值25mm。勾繪等值線先從主要山脈各段開始，再勾繪山間盆地的四周坡地和方向一致的河谷，并分小區(qū)建立降水量與高程的關系，以內(nèi)插出各高程處的降水量，然后順著山脈和河谷的走向，參照地形等高線逐段勾繪、連接。但要注意的是，因地形等高線往往非常彎曲，而等值線卻只宜與大尺度的地形分水線走向大體一致，所以等值線不能完全按等高線走向勾繪。等值線切忌橫向穿越分水嶺。第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

（二）合理性檢查①從氣候，地形及其它地理條件等方面檢查，研究等值線的梯度分布、彎曲情況、高值區(qū)和低值區(qū)的配置等是否合理；②與相鄰區(qū)的等值線是否能拼接；③將降水量等值線圖與年徑流等值線圖、年蒸發(fā)量發(fā)等值線圖對照比較，根據(jù)水量平衡原理協(xié)調(diào)平衡。第四節(jié)降水量的分析計算

四、區(qū)域多年平均及不同頻率降水量①計算各分區(qū)的多年平均及不同頗率的年降水量。將各分區(qū)界限標繪在評價區(qū)域年降水量均值和CV值等值線圖上，用求積儀量算各分區(qū)所包圍的等值線間的面積，采用面積加權法計算出各分區(qū)的年降水量多年平均值，并確定分區(qū)面積重心處的CV值和CS/CV值，然后利用模比系數(shù)就可計算各種頻率的年降水量（單位為mm），再乘以相應各分區(qū)的面積（km2）即得各分區(qū)以億m3表示的不同頻率年降水量。②計算全區(qū)域多年平均及不同須率年降水量。全區(qū)多年平均年降水量等于各分區(qū)多年平均年降水量之和。但全區(qū)域不同頻率的年降水量，不能用各分區(qū)不同頻率年降水量相加來計算，需要首先推求全區(qū)域年降水量系列，經(jīng)頻率計算后方得全區(qū)不同頻率的年降水量。

同頻率相加是水資源評價中最易犯的錯誤第四節(jié)降水量的分析計算

四、降水量的時程分配與變化（一）降水的時程變化（1）降水量的年內(nèi)分配降水量的年內(nèi)分配可反映出年內(nèi)不同時間降水量的多少，除各月的分配外，通常還推求連續(xù)四個月最大降水量來反映降水量的集中程度。①用多年平均連續(xù)最大四個月降水量占全年降水量的百分數(shù)和相應的發(fā)生月份，粗略地反映年內(nèi)降水量分布的集中程度和發(fā)生季節(jié)；第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

②按不同降水類型劃分區(qū)域，并在各個區(qū)域中選擇代表站，統(tǒng)計不同典型年（豐、中、枯等）的降水月分配，以此反映本地區(qū)降水的年內(nèi)分配情況。由于連續(xù)四個月占全年降水量的百分數(shù)在地區(qū)上的變化較小，故不需對所有的測站進行分析計算，只需選擇資料質(zhì)量好，分布均勻，資料系列較長的測站進行，在站點較密的地區(qū)，大致可選全部分析選用測站的三分之一左右。第四節(jié)降水量的分析計算

③降水量的年內(nèi)變化程度還可采用降水不均勻系數(shù)（CL）表示，計算公式為：式中x0為年降水量平均到各月之值（以12個月計算），即年降水量/12，mm；xi為年內(nèi)各月降水量中超過x0的降水量，mm；n為大于x0的月份總數(shù)。

第四節(jié)降水量的分析計算

（2）降水量的年際變化①降水量的多年變化年降水量的Cv值或其等值線圖，可很好地反映一個雨量站或地區(qū)年降水量多年變化性征，Cv值大，說明降水量的年際變化大，反之則小。極值比法和距平發(fā)可以反映降水量的多年變化幅度。第四節(jié)降水量的分析計算

②降水量的多年變化豐、枯階段分析應著重對一些長系列測站的旱澇周期變化，連旱連澇規(guī)律以及波及范圍很大的大旱、大澇年份和情況作出分析說明，著重分析近50年來實有系列的旱澇變化。降水量的多年變化豐、枯階段分析可以用差積曲線和滑動平均過程線進行分析，但是它們只能反映大的豐枯變化趨勢，不能確切反映連豐、連枯的程度，而連豐或連枯程度對水資源多年調(diào)節(jié)和供水規(guī)劃有著很重要的意義第四節(jié)降水量的分析計算

游程理論分析

為年降水量的均方差設年降水量為離散序列，選定標準量

正變差

負變差

如果由1個負變差居先，后跟連續(xù)K個正變差項，即表示有一個長度為K的正游程，反之為負游程。正游程表示連續(xù)豐水的年數(shù)。負游程表示連續(xù)枯水的年數(shù)，連豐、連枯年段發(fā)生的概率用下式計算：

S為統(tǒng)計系列中豐水年（或枯水年）的總數(shù)；Sl為包括K＝l在內(nèi)的各種長度連豐（或連枯）年發(fā)生頻次的累積值。第四節(jié)降水量的分析計算

第四節(jié)降水量的分析計算

③降水量的變化趨勢通過建立年降水量距平值與年份（序號）之間的直線相關方程，根據(jù)斜率判斷降水量的變化趨勢的一種方法。如直線斜率為正，就表示降水量有增加趨勢；反之，如直線斜率為負，就表示降水量有減少趨勢。還有很多方法：如肯德爾秩次相關檢驗、R/S分析、滑動平均值法等。（二）降水量的空間分布降水量的空間分布可用降水量等值線圖來反映，包括多年平均降水量等值線圖及多年最大四個月平均降水量等值線圖等。第四節(jié)降水量的分析計算

①多雨帶：年降水量均值超過1600mm；②濕潤帶：年降水量均值為800～1600mm；③半濕潤帶：年降水量均值為400～800mm；④半干旱帶：年降水量均值為200～400mm；⑤干旱帶：年降水量均值少于200mm。第四節(jié)降水量的分析計算

五、降水量計算需提供主要成果降水量計算與分析應主要提供以下成果：

（1）雨量站分布圖；

（2）多年平均降水量等值線圖；

（3）年降水量變差系數(shù)等值線圖；

（4）年降水量偏差系數(shù)與變差系數(shù)比值分區(qū)圖；（5）多年平均連續(xù)最大四個月降水量占全年降水量百分率圖；（6）主要測站年降水量及其特征值統(tǒng)計表；（7）主要測站典型年降水量月份配表；（8）其它。對于評價區(qū)域小的縣級行政區(qū)，若無條件，可不提供上述各種圖件。第四節(jié)降水量的分析計算

第五節(jié)蒸發(fā)的概念一、蒸發(fā)類概念水分從液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的過程稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)過程在自然界中到處都在進行。發(fā)生在海、洋、江、河，湖、庫等水體水面的蒸發(fā)，稱為水面蒸發(fā)。發(fā)生在土壤表面或巖體表面的蒸發(fā)，通常稱為土壤蒸發(fā)。發(fā)生在植物表面的蒸發(fā)，稱為植物蒸騰或散發(fā)。有植被覆蓋的土地上的蒸發(fā)，包括土壤表面蒸發(fā)和植物表面的蒸騰，統(tǒng)稱為騰發(fā)或蒸散。潛水蒸發(fā)在地下水埋深比較淺的平原或河谷盆地，由于土壤和植物表面的蒸散作用，使土壤包氣帶含水量減少，導致潛水面處土壤水分向上運動，源源流向非飽和區(qū)而造成潛水量消耗，故稱為潛水蒸發(fā)。潛水蒸發(fā)不是直接意義上的蒸發(fā)，因為它不是直接從液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)的過程。第五節(jié)蒸發(fā)的概念蒸發(fā)與降水間的數(shù)量關系據(jù)計算，地球上每年蒸發(fā)總量約5×1023m3。陸地上的水分年蒸發(fā)總量約為降水量的70％左右。在半干旱、半濕潤的華北平原區(qū)，由于灌溉作用，多年平均蒸發(fā)總量約為年降水量的1.1～1.4倍。在干旱地帶的綠洲，如新疆農(nóng)墾區(qū)，年蒸發(fā)總量往往達到年降水量的數(shù)倍。因此，無論濕潤區(qū)或干旱區(qū)，蒸發(fā)都是這些地區(qū)水分循環(huán)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是水量平衡支出項中的主要組成部分。第五節(jié)蒸發(fā)的概念蒸發(fā)、水循環(huán)與水土環(huán)境蒸發(fā)使江、河、湖、庫損失大量水資源，使農(nóng)田土壤變干。農(nóng)田蒸發(fā)量的測試與計算是確定農(nóng)田灌溉定額和灌水制度的基本依據(jù)。蒸發(fā)不僅關系到各種水體的水分損失，而且直接關系到土壤鹽堿化和沙化等問題。蒸發(fā)是地表水、土壤水、地下水向大氣水的一種逆轉(zhuǎn)過程。這個過程是生態(tài)環(huán)境不可缺少的部分。蒸發(fā)又是“四水”轉(zhuǎn)化過程中的一個基本環(huán)節(jié)。第五節(jié)蒸發(fā)的概念第五節(jié)蒸發(fā)的概念影響蒸發(fā)的形成及蒸發(fā)率大小因素①受輻射、氣溫、濕度、氣壓、風速等氣象因素影響。這些因素雖是蒸發(fā)的外界條件，但它既決定水分在蒸發(fā)過程中的能量供給，又影響蒸發(fā)的水汽向大氣中進行擴散的過程。②受土壤含水率的大小及其分布的影響。這是提供蒸發(fā)水源的條件。第五節(jié)蒸發(fā)的概念③受植物生理特性的影響。土壤水分主要經(jīng)植物根系吸收，由葉面向大氣散失。散發(fā)強度與葉面指數(shù)有密切關系。植物種類不同，葉面指數(shù)不同，葉面的擴散功能也不同。相同植物在不同的生長階段，葉面指數(shù)也不同。④受土壤巖性、結構和潛水埋深影響。水面蒸發(fā)主要受①的影響。裸土條件下的蒸發(fā)主要受①②因素的影響。有植被條件下的陸面蒸發(fā)主要受到①②③因素的作用。而潛水蒸發(fā)則受到以上各方面因素的共同作用。第五節(jié)蒸發(fā)的概念蒸發(fā)量蒸發(fā)量可以通過兩種方法獲得：①實測方法；②計算方法。但是計算方法必須通過實驗方法檢驗。因此，觀測實驗是取得可靠蒸發(fā)量的基礎，而計算則是取得大面積上各種蒸發(fā)量的簡便方法。蒸發(fā)評價的主要內(nèi)容蒸發(fā)是影響水資源數(shù)量的重要水文要素。評價內(nèi)容包括：水面蒸發(fā)、陸面蒸發(fā)和干旱指數(shù)。第五節(jié)蒸發(fā)的概念第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算一、水面蒸發(fā)量的分析計算自然水體的水面蒸發(fā)反映一個地區(qū)的蒸發(fā)能力。水面蒸發(fā)量可以通過兩種方法獲得：實測方法和計算方法。（一）實測方法如果有實測的大面積水體蒸發(fā)資料，可直接利用，但是大水面實測資料很難得到。（二）計算方法計算方法主要包括：蒸發(fā)器折算系數(shù)法、道爾頓經(jīng)驗公式法、彭曼經(jīng)驗公式。

蒸發(fā)器折算系數(shù)法即利用觀測的小水面蒸發(fā)資料，以及小水面蒸發(fā)與大水面蒸發(fā)之間的關系，推求大水面蒸發(fā)量。國內(nèi)水文氣象站網(wǎng)使用的水面蒸發(fā)器國內(nèi)水文氣象站網(wǎng)主要使用三種類型的水面蒸發(fā)器，即φ20型、φ80（套盆）型和E601型。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算φ20型：小型水面蒸發(fā)器，口徑20cm，高10cm的金屬（鐵和銅）圓盆。應用廣泛。1960年后，水文部門主要用于冬季冰期蒸發(fā)量的測量。φ80（套盆）型：由內(nèi)筒和套盆組成，口徑80cm，筒高（器深）及水深規(guī)格由兩種：一是器深40cm，水深35cm；二是器深30cm，水深20cm。1960年以前使用較多。后改用E601型蒸發(fā)器。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算E601型蒸發(fā)器：由蒸發(fā)筒、水圈、溢流筒和測針組成。該蒸發(fā)器是我國水文部門在前蘇聯(lián)ГГИ3000型蒸發(fā)器的基礎上，結合我國的實際情況研制的?？趶?1.8cm，高68.7cm，面積3000cm2。器內(nèi)日蒸發(fā)量的計算：第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算世界氣象組織（WMO）推薦的水面蒸發(fā)器主要由三種：美國A級蒸發(fā)器、前蘇聯(lián)ГГИ3000型蒸發(fā)器、20m2蒸發(fā)池。(1)美國A級蒸發(fā)器：直徑121cm、深25.5cm。(2)前蘇聯(lián)ГГИ3000型蒸發(fā)器：口徑61.8cm，中心深度68.5cm，面積3000cm2。(3)20m2蒸發(fā)池：蒸發(fā)表面20m2的圓柱形平底蒸發(fā)池，深2m。世界氣象組織提出以20m2蒸發(fā)池國際臨時標準，ГГИ3000型蒸發(fā)器和美國A級蒸發(fā)器為站網(wǎng)用蒸發(fā)器。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算蒸發(fā)器的折算系數(shù)除標準蒸發(fā)器外，每種蒸發(fā)器必須由自己的折算系數(shù)。經(jīng)折算后的蒸發(fā)量，才與自然水體的蒸發(fā)量相接近。例如：世界氣象組織（WMO）推薦的ГГИ3000型蒸發(fā)器和美國A級蒸發(fā)器全球性折算系數(shù)分別為0.9和0.7。其折算系數(shù)計算公式為:式中：K為由某種類型的水面蒸發(fā)器實測蒸發(fā)值折算成天然水面蒸發(fā)量的折算系數(shù)；e0為某種類型水面蒸發(fā)器實測蒸發(fā)值（mm）；E0為水面蒸發(fā)標準值，即大型蒸發(fā)器觀測值（mm）。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算可以根據(jù)折算系數(shù)和實測蒸發(fā)器水面蒸發(fā)量計算大面積水面蒸發(fā)量。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算道爾頓經(jīng)驗公式法如長江水利委員會經(jīng)驗公式E20相當于20m2蒸發(fā)池的蒸發(fā)量（mm/d）；u200為2m高度處風速（m/s）；e200為2m高處百葉箱溫度條件下的水汽壓（mb）；es為水面溫度條件下的水汽壓（mb）。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算彭曼經(jīng)驗公式1948年彭曼（H.L.Penman）提出的以空氣動力學與能量平衡方程聯(lián)立的綜合法。式中：E自由水面蒸發(fā)量（mm/d）；Δ為氣溫等于Ta時飽和水汽壓曲線的斜率（mb/℃）；Rn為水面凈輻射（mm/d）；r干濕表常數(shù)；Ea為空氣干燥力函數(shù)（mm/d）。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算1956年第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算彭曼公式產(chǎn)生于歐洲低海拔的濕潤地區(qū)。由于世界各地的自然地理情況相差很大，因此，許多研究者在應用彭曼公式計算水面蒸發(fā)量或估算蒸發(fā)能力時，常常結合本地區(qū)情況對彭曼公式作某些修正。其中，一些修正對于世界各地區(qū)的應用都有參考意義，也有一些修正只適用于本地區(qū)的特定條件。我國比較典型的有中國科學院地理所洪嘉璉和中央氣象局氣象科學院裴步祥修正公式，應用時可參考有關書籍。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算二、水面蒸發(fā)量的空間分布水面蒸發(fā)是反映區(qū)域蒸發(fā)能力的主要指標。水面的空間分布特征主要是通過等值線圖的來反映。（1）水面蒸發(fā)等值線圖的繪制繪制方法與降水量等值線圖一樣。（2）水面等值線圖的合理性檢查蒸發(fā)量隨高程增加而降低（高程增加，氣溫降低，但風速和日照則相反）；山區(qū)比平原區(qū)??；植被稀疏比植被良好高等。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算三、水面蒸發(fā)量的時程分配（1）水面蒸發(fā)的年內(nèi)分配水面蒸發(fā)是反映一個地區(qū)氣候干旱與否的重要指標。一年內(nèi)不同月份的蒸發(fā)條件不同，其蒸發(fā)量也不同。因此，主要分析不同月份和不同季節(jié)蒸發(fā)量所占總蒸發(fā)量的比重。（2）水面蒸發(fā)的年際分配水面蒸發(fā)的大小，主要受氣溫、風速、太陽輻射等影響。可用統(tǒng)計參數(shù)來反映。第六節(jié)水面蒸發(fā)量分析計算一、陸面蒸發(fā)陸面蒸發(fā)即流域的實際蒸發(fā)，系流域內(nèi)土壤和水體蒸發(fā)以及植被蒸騰散發(fā)的總和。它受眾多因素的影響。其影響因素主要包括：①下墊面條件，水面、裸露面、植被面和冰川雪面等；②氣候條件，在濕潤和十分濕潤地區(qū)，主要受氣溫、太陽總輻射量、干燥度的影響。而在比較干旱的地區(qū)，主要受降水即供水條件的制約。第七節(jié)陸面蒸發(fā)量分析計算二、陸面蒸發(fā)量計算方法計算陸面蒸發(fā)量的方法有：水量平衡法、熱量平衡法、紊流擴散法和經(jīng)驗法。（一）水量平衡法即由流域的年降水量和年徑流量相減得到。方法簡便，精度低。第七節(jié)陸面蒸發(fā)量分析計算（二）熱量平衡法應用能量(或熱量)平衡原理估算蒸騰蒸發(fā)量的方法稱為能量平衡法。在蒸騰蒸發(fā)過程中，水的汽化需要消耗能量，而能量的來源是太陽輻射。下墊面（即土壤或植物表面）所得到的凈輻射能量，可用凈輻射計測得。式中：Rn為凈輻射能量；BT為土壤熱通量（可用熱通量計直接測得）；β為Bowen比；L為汽化潛熱。第七節(jié)陸面蒸發(fā)量分析計算（三）紊流擴散法紊流擴散法又稱為空氣動力學法或質(zhì)量遷移法。由于地面粗糙不平，流經(jīng)近地面的空氣質(zhì)點的流徑相互不平行，且以極不規(guī)則的方式相互摻混著，形成紊流（湍流、或稱為亂流）狀態(tài)。由于空氣紊流的這種特點，能將其中的微粒及運動屬性迅速地彌散，其速率較分子擴散大數(shù)個數(shù)量級，這種作用稱為紊流擴散。紊流擴散法是以地表和大氣間的紊流交換理淪為基礎的蒸騰蒸發(fā)量計算方法。它是假定