干旱区平原水库物理覆盖孔隙润湿周长变化对蒸发抑制效应的影响机制研究

针对干旱区平原水库高蒸发损失问题，研究人员通过EPS泡沫板覆盖实验，探究润湿周长(Wetted Perimeter)与蒸发抑制率的关系。研究发现覆盖材料可降低水面传质系数μ达84.35%，建立非线性方程yEI=-0.47807x0.85576+85.01922，为优化覆盖结构设计提供理论依据，对提升干旱区水资源利用效率具有重要意义。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱半干旱地区水资源短缺已成为制约区域可持续发展的关键瓶颈。以中国新疆为例，564座平原水库年蒸发损失高达26.1×10⁸ m³，占库容44%。传统化学单分子膜易受风浪破坏且存在生态毒性，而物理覆盖材料虽能有效抑制蒸发，但其孔隙参数与蒸发抑制的机制关系尚未明确。特别是覆盖材料孔隙边缘与水面的接触线——润湿周长(Wetted Perimeter)对蒸发过程的影响机制，成为当前研究的空白点。这项发表于《Journal of the Indian Chemical Society》的研究，首次系统揭示了润湿周长通过调控传质系数μ影响蒸发抑制效率的定量关系。

研究团队采用控制变量法，在新疆吐鲁番 Shengjintai 水库开展野外实验。选用5组具有相同开孔率(91%)但三角形孔隙数量不同(1/10/20/40/60个)的EPS泡沫板，覆盖于直径1.2m的HDPE蒸发桶。通过Kestrel-NK5500气象站监测环境参数，结合RC-4HC温度传感器记录水温分层，采用Dalton传质模型计算传质系数μ，建立润湿周长与蒸发抑制率的定量关系。

3.1 气象数据

数据显示测试期间88.71%天数风速处于2.1-6.0m/s，3.1-4.0m/s风速下孔隙数量增加会显著降低抑制率(60孔组比单孔组低3.58%)，证实风浪通过增强孔隙边缘水汽扩散削弱覆盖效果。

3.2 水温分层

覆盖组水温始终高于对照组1.2-2.2°C，但孔隙数量对分层影响微弱。极端低温(-2.9°C)下未覆盖组出现水温逆分层现象，印证了4°C水密度最大引发的对流混合机制。

3.3 传质系数

关键发现显示传质系数μ与润湿周长呈正相关：60孔组μ值比单孔组提高18.7%，直接导致其蒸发抑制率降至81.21%。线性拟合R²达0.9939，证实边界层理论中δ∝1/μ的关系。

3.4 蒸发抑制

建立突破性非线性方程y_EI=-0.47807x^0.85576+85.01922，揭示润湿周长每增加1m，抑制率下降0.48%。单孔组抑制率84.35%显著高于60孔组(81.21%)，ANOVA分析证实差异显著性(F=44.56>F_0.05)。

这项研究首次量化了润湿周长对蒸发抑制的调控机制，提出"大孔径、少数量、光滑边缘"的覆盖优化原则。在工程应用层面，建议新建水库采用弧形岸线设计缩短润湿周长，现有水库可通过陡坡改造减少无效蒸发界面。研究不仅为物理覆盖材料设计提供理论依据，更开创性地将流体力学边界层理论与水资源管理实践相结合，对全球干旱区应对气候变化下的水资源危机具有重要指导价值。未来研究可结合CFD模拟和3D打印技术，进一步优化孔隙结构的动态响应特性。