安家溝流域地面監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量及合理性評價

陳 瑾，張佰林，王 琨

(定西市水土保持科學(xué)研究所，甘肅 定西 743000)

1 安家溝流域及監(jiān)測站概況

1.1 流域自然情況

安家溝是黃河流域祖厲河水系關(guān)川河的一條小支溝。安家溝流域?qū)冱S土丘陵溝壑區(qū)第Ⅴ副區(qū)，流域內(nèi)年均降水量427 mm，年均水面蒸發(fā)量1 510 mm，年均氣溫6.3 ℃，≥10 ℃活動積溫2 239.1 ℃，極端最高氣溫34.3 ℃，極端最低氣溫-27.1 ℃，年日照時數(shù)2 408.6 h，無霜期141 d；海拔1 900～2 250 m，平均坡降86‰;主要土壤為黃綿土，屬粉壤土，坡面土層厚度一般為40～60 m；經(jīng)過長期的侵蝕，形成了以梁峁頂、梁峁坡、階平、溝谷為主的地貌類型。

1.2 監(jiān)測站監(jiān)測設(shè)施布設(shè)

安家溝流域綜合典型監(jiān)測站布設(shè)在定西市安定區(qū)鳳翔鎮(zhèn)安家溝流域內(nèi)[1]。流域出口設(shè)有卡口站(控制斷面)1處，控制流域面積8.56 km2，流域中心建有常規(guī)觀測氣象園1處。在實施全國水土保持監(jiān)測與公告項目過程中，分兩期建設(shè)徑流小區(qū)15個，按植被類型分為農(nóng)地(小麥)、人工草地、荒地、油松林、沙棘灌叢共5種，按坡度分為5°、10°、15°共3種。按照《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(SL 277—2002)，在監(jiān)測站觀測記錄徑流小區(qū)的降水量、產(chǎn)流量、產(chǎn)沙量及土壤含水量、生物生長量；利用常規(guī)觀測氣象園觀測氣象因子；在流域卡口站觀測全流域的徑流量、含沙量。

2 判斷監(jiān)測資料真實性和準確性的方法

水土保持監(jiān)測資料的真實性和準確性一直是人們十分關(guān)注的問題。在人工觀測過程中，除了儀器設(shè)備的精度因素，數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)劣主要取決于觀測人員的責(zé)任心、技術(shù)能力等。要判斷監(jiān)測資料的準確性，就需要檢驗觀測人員在執(zhí)行監(jiān)測技術(shù)規(guī)范方面的嚴格性，以及各類監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性、同步性和一致性。

(1)監(jiān)測方法與規(guī)范的符合性。嚴格按照《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(SL 277—2002)，在卡口站采取人工值守，產(chǎn)流后，每6 min記錄一次水位，每12 min采集一次水樣，觀測記錄徑流過程。徑流小區(qū)采用徑流池，每場降雨后人工觀測徑流量和采集混合水樣。資料整編嚴格按照水利部水土保持監(jiān)測中心印發(fā)的《徑流小區(qū)和小流域水土保持監(jiān)測手冊》操作，保證資料的質(zhì)量。

(2)監(jiān)測資料與當(dāng)?shù)厮馁Y料統(tǒng)計規(guī)律對比。安家溝流域綜合典型監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)客觀上應(yīng)該與當(dāng)?shù)氐乃臄?shù)據(jù)在統(tǒng)計規(guī)律上存在一致性。

(3)不同徑流小區(qū)數(shù)據(jù)對比。在同一場降雨條件下，由于植被覆蓋度和雨前土壤含水量不同，因此不同徑流小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙量也不同。但在一個比較長的系列中，各個徑流小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙量的年際變化趨勢大致是相同的，年際起伏變化的趨勢也具有一致性。

(4)徑流小區(qū)數(shù)據(jù)與全流域數(shù)據(jù)對比。受多種復(fù)雜因素影響，小尺度區(qū)域與大尺度區(qū)域的徑流模數(shù)、侵蝕模數(shù)存在差異，這種差異在目前的技術(shù)條件下難以定量確定，但兩者年際變化趨勢客觀上存在一定的相似性。

3 監(jiān)測資料的準確性分析

基于上述分析方法，對安家溝流域2005—2016年所有的監(jiān)測資料進行準確性分析。

3.1 卡口站降雨量、徑流量、侵蝕模數(shù)的相關(guān)性分析

降雨是形成徑流和造成土壤侵蝕的主要因子[2]，因此侵蝕性降雨量與徑流量、侵蝕模數(shù)之間存在相關(guān)關(guān)系。選擇對流域卡口站2005—2016年共12年的資料系列進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，年侵蝕性降雨量與年徑流量的相關(guān)系數(shù)為0.450，年侵蝕性降雨量與侵蝕模數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.599，均呈顯著相關(guān)，說明年侵蝕性降雨量與年徑流量、侵蝕模數(shù)之間有顯著的相關(guān)關(guān)系，可以認為取得的監(jiān)測資料系列是正確的。

3.2 徑流小區(qū)監(jiān)測資料的統(tǒng)計規(guī)律分析

(1)侵蝕性降雨量統(tǒng)計規(guī)律對比分析。對各徑流小區(qū)侵蝕性降雨量12年資料系列進行統(tǒng)計分析，侵蝕性降雨量樣本系列方差為2 643，均方差為34.8，離差系數(shù)為0.38，數(shù)據(jù)比較離散。根據(jù)《甘肅省水文圖集》，定西及附近地區(qū)降雨量的離差系數(shù)在0.35～0.36之間，與本研究計算結(jié)果較接近，符合定西降雨量年際變化較大的統(tǒng)計特征。

(2)徑流系列統(tǒng)計規(guī)律對比分析。以荒坡和油松林徑流小區(qū)為例，對兩小區(qū)徑流深12年資料系列進行統(tǒng)計分析，荒坡小區(qū)資料系列離差系數(shù)為0.40，油松小區(qū)為0.65。根據(jù)《甘肅省水文圖集》，定西附近地區(qū)年徑流深離差系數(shù)為0.4～0.6，本研究計算結(jié)果符合定西的水文資料統(tǒng)計特征。

(3)徑流量、侵蝕量年際變化特征分析。在各徑流小區(qū)監(jiān)測到的徑流量、侵蝕量的12年系列資料中，兩者年際變化趨勢相同，說明兩系列之間有比較好的同步性。

3.3 卡口站與徑流小區(qū)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

表1 20世紀90年代安家溝流域卡口站和徑流小區(qū)侵蝕模數(shù)及其相關(guān)性

對20世紀90年代觀測資料的分析結(jié)果(表1)顯示，安家溝流域平均侵蝕模數(shù)與各徑流小區(qū)的侵蝕模數(shù)系列存在一定的相關(guān)關(guān)系。流域平均侵蝕模數(shù)與農(nóng)地、沙棘灌叢、荒坡、油松林小區(qū)侵蝕模數(shù)呈正相關(guān)，與人工草地小區(qū)侵蝕模數(shù)呈負相關(guān)。2005—2016年流域內(nèi)陸續(xù)建設(shè)了淤地壩等溝道攔蓄工程，改變了下墊面條件和產(chǎn)流、侵蝕機制，使流域平均侵蝕模數(shù)與徑流小區(qū)侵蝕模數(shù)的相關(guān)關(guān)系發(fā)生了變化。流域平均侵蝕模數(shù)與農(nóng)地、油松林、荒坡小區(qū)侵蝕模數(shù)呈正相關(guān)，與人工草地、沙棘灌叢小區(qū)侵蝕模數(shù)呈負相關(guān)(表2)。

表2 2005—2016年安家溝流域卡口站與徑流小區(qū)侵蝕模數(shù)及其相關(guān)性

為了更進一步檢驗監(jiān)測資料的準確性，我們分析了2005—2016年徑流小區(qū)間徑流量系列的相關(guān)性。結(jié)果顯示，荒坡與油松林、油松林與沙棘灌叢、農(nóng)地與沙棘灌叢、農(nóng)地與人工草地、油松林與農(nóng)地、油松林與人工草地、沙棘灌叢與人工草地徑流量呈顯著正相關(guān)。由此可以斷定，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)是準確的。結(jié)果見表3。

表3 2005—2016年徑流小區(qū)徑流量系列相關(guān)性

4 結(jié) 語

安家溝流域在實施全國水土保持監(jiān)測與公告項目的過程中，嚴格按照監(jiān)測規(guī)范和相關(guān)技術(shù)手冊操作，數(shù)據(jù)的收集、整編都符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行合理性評價，認為監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性是有保證的。這些數(shù)據(jù)作為全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠為水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供技術(shù)支撐。