1964–2018 年黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)韭園溝流域降水觀測(cè)數(shù)據(jù)集

雷欣，敏玉芳，郭玉梅，康建芳，劉思君，張耀南，張榆興

1.黃河水土保持綏德治理監(jiān)督局（綏德水土保持科學(xué)試驗(yàn)站），陜西榆 林719000

2.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000

3.國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心，蘭州 730000

引 言

降水是影響水土流失的重要因子，降水量觀測(cè)是水文要素觀測(cè)的重要組成部分[1]。為了研究黃土丘陵溝壑第一副區(qū)水土流失規(guī)律，尋求防治水土流失、合理利用水土資源的途徑和方法，綏德水土保持科學(xué)試驗(yàn)站自建站以來在韭園溝流域布設(shè)了觀測(cè)站進(jìn)行雨量觀測(cè)，獲得大量寶貴的降水觀測(cè)資料，為小流域水土保持工程設(shè)計(jì)、水土保持區(qū)劃與規(guī)劃治理、相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和管理部門提供了強(qiáng)有力的參考依據(jù)，特別是對(duì)推動(dòng)黃河治理、黃土高原地區(qū)的水土保持科學(xué)研究發(fā)揮了作用。

韭園溝流域位于陜西省綏德縣城北5 km 處（東經(jīng)110°15′22″–110°23′41″，北緯37°32′17″–37°39′08″），是無(wú)定河中游的一條支溝，流域面積70.7 km2，主溝長(zhǎng)18 km，200 m 以上的支溝337條，溝道平均比降為1.2%，溝壑密度為5.34 km/km2，流域海拔高度在820–1180m 之間[2]。流域內(nèi)梁峁起伏，溝壑縱橫，土地貧瘠，地形破碎，屬于黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)。該流域?qū)儆诖箨懶詺夂颍瑩?jù)韭園溝1964–1979 年觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，降水年際變化為735.3 mm（1964 年）至232.0 mm（1965 年），年均值為524.4 mm，年內(nèi)分配極不均勻，其中6–9 月降水量占年降水量的72.7%，且多為暴雨，歷時(shí)短、強(qiáng)度大、災(zāi)害嚴(yán)重。為探索黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)水土流失綜合治理模式，有效減少入黃泥沙，黃河水利委員會(huì)于1952 年在綏德設(shè)立水土保持科學(xué)試驗(yàn)站時(shí)，選擇韭園溝為示范小流域進(jìn)行綜合治理。1982 年韭園溝又被列為全國(guó)八大片水土流失重點(diǎn)治理區(qū)無(wú)定河流域重點(diǎn)治理小流域[2-3]。

1964–1979 年，韭園溝流域內(nèi)布設(shè)12 個(gè)雨量站。1980–2018 年，對(duì)雨量站的站網(wǎng)布設(shè)進(jìn)行了優(yōu)化，流域內(nèi)共布設(shè)9 個(gè)雨量站。雨量站布設(shè)符合《水土保持試驗(yàn)規(guī)范》[1]的要求。1980 年后，流域邊界及雨量站布設(shè)如圖1 所示。韭園溝作為試驗(yàn)示范基地，多年來經(jīng)過許多中外專家學(xué)者和廣大科技人員的大量試驗(yàn)研究，取得了豐碩的成果，不僅為該流域治理提供了科學(xué)依據(jù)，也為我國(guó)廣大水土流失地區(qū)起到了示范作用[3-7]。本數(shù)據(jù)集包含韭園溝流域1964–1969 年、1974–2018 年的雨量站逐日降水量表、降水量摘錄表數(shù)據(jù)、各時(shí)段最大降水量表。

圖1 黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)韭園溝流域邊界和雨量站布設(shè)圖

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

1.1 數(shù)據(jù)采集

1964–1979 年在韭園溝流域布設(shè)12 個(gè)雨量站，其中溝口、馬連溝2 個(gè)雨量站采用仿蘇II-I 型自記雨量計(jì)進(jìn)行全年觀測(cè)，其余10 個(gè)雨量站采用SM1 型普通雨量器進(jìn)行汛期觀測(cè)。由于歷史原因，1970–1973 年所有雨量站停測(cè)，致使觀測(cè)項(xiàng)目缺測(cè)，溝口雨量站于1974 年恢復(fù)觀測(cè)后進(jìn)行了測(cè)站位置調(diào)整，桑坪則、李家寨、馬家川、蒲家洼、王家溝雨量站進(jìn)行了撤站處理。雨量站情況見表1。

表1 韭園溝流域雨量站基本情況表（1964–1979 年）

1980 年后，韭園溝流域內(nèi)布設(shè)9 個(gè)雨量站，其中溝口、吳家畔、王家坬、黑家坬4 個(gè)雨量站為全年進(jìn)行觀測(cè)的常年站，其余5 個(gè)雨量站為汛期進(jìn)行觀測(cè)的汛期站，具體情況見表2。

表2 韭園溝流域雨量站基本情況表（1980–2018 年）

1.2 數(shù)據(jù)處理

僅安裝普通雨量器的雨量站以普通雨量器觀測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，安裝自記雨量計(jì)的雨量站以自記雨量計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)為主，自記雨量計(jì)數(shù)據(jù)異常時(shí)使用普通雨量器數(shù)據(jù)校核。雨量站觀測(cè)人員根據(jù)普通雨量器及自記雨量計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，記錄每次降水的起始時(shí)間、降水量，根據(jù)要求填制雨量站觀測(cè)記載簿（以下稱“原始觀測(cè)資料”）[8]，對(duì)原始觀測(cè)資料進(jìn)行收集整理，進(jìn)行合理性檢查，摘錄次降水量、時(shí)段降水量，通過制表、初校、復(fù)校、審核，形成逐日降水量表、降水量摘錄表、各時(shí)段最大降水量表（1）、各時(shí)段最大降水量表（2）。

1.2.1 逐日降水量表

a.摘錄各自記雨量站的逐日降水量。

b.有降水之日，填記一日內(nèi)各時(shí)段降水量總和。降雪或降雹時(shí)，在降水量的右側(cè)加注降水物符號(hào)。整編符號(hào)與降水符號(hào)并用時(shí)，整編符號(hào)記在降水符號(hào)之右。

降水物符號(hào)：*—雪；?*—有雨，也有雪；A*—有雹，也有雪；A—雹或雨加雹。

降水物的符號(hào)記于降水量數(shù)值的右側(cè)。降水量單位以mm 表示，精度記至0.1 毫米，不足0.05毫米的降水不作記載，歷時(shí)記至分鐘。

c.月內(nèi)部分日期有合并的降水量者，當(dāng)合并的平均降水量比其余各日降水量大時(shí)，月最大的欄內(nèi)填該平均數(shù)，日期填合并開始的日期。

d.月降水量填本月各日降水量之總和。全月未降水者，記為0。有跨月合并情況的，合并的量計(jì)入后月。

e.月降水日數(shù)，全月無(wú)降水日者記為0。

1.2.2 降水量摘錄表

a.摘錄各自記雨量站汛期內(nèi)全部降水及非汛期與洪水有關(guān)的降水。

b.按2 段制進(jìn)行摘錄，洪水降水過程按降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)折摘錄；非洪水降水過程每小時(shí)摘錄一次，降水總量用虹吸總量進(jìn)行校正。

c.降水期間有大于15 min 的間歇時(shí)，前后分兩次降水。

d.相鄰各時(shí)段的降水強(qiáng)度等于或小于2.5 mm/h 者，可予合并，但不得跨過8 時(shí)、20 時(shí)。

e.對(duì)于產(chǎn)流暴雨以等時(shí)段摘錄為主，并照顧到降雨強(qiáng)度明顯變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。雨強(qiáng)在0.2 mm/min以上者，轉(zhuǎn)折點(diǎn)必須摘錄，必要時(shí)摘出雨量累積曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

f.對(duì)自記雨量記錄訂正時(shí)，首先進(jìn)行總量的訂正后將誤差分配給每次虹吸處。若無(wú)訂正值，按人工觀測(cè)量進(jìn)行訂正，訂正量大于5.0mm 的進(jìn)行研究。

1.2.3 各時(shí)段最大降水量表（1）

a.以1 min 為最小滑動(dòng)單位，記錄了不同時(shí)段內(nèi)的最大降水量(mm)，主要時(shí)段有10 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、180 min、240 min、360 min、540 min、720 min、1440 min 共計(jì)13 個(gè)時(shí)段。

b.各時(shí)段最大降水量記至0.1 mm。

c.表中各時(shí)段最大降水量值，分別在全年/全汛期（常年站/汛期站）的自記記錄紙上連續(xù)滑動(dòng)挑選，不受時(shí)、月、日的限制。

d.自記雨量計(jì)短時(shí)間發(fā)生故障，經(jīng)鄰站對(duì)照分析插補(bǔ)修正的資料，可參與統(tǒng)計(jì)。

e.挑選出來的數(shù)據(jù)分記兩行，上行為各時(shí)段最大降水量，下行為對(duì)應(yīng)時(shí)段的開始日期，日期以零時(shí)為日分界線。

1.2.4 各時(shí)段最大降水量表（2）

a.以50 mm/min 為界，選取暴雨數(shù)值，各時(shí)段降水量表（2）以1 h 為最小滑動(dòng)單位，記錄了不同時(shí)段內(nèi)的最大降水量(mm)，主要時(shí)段有l(wèi) h、2 h、3 h、6 h、12 h 和24 h 共計(jì)6 個(gè)時(shí)段。

b.各時(shí)段起止時(shí)間限定只能為整點(diǎn)，不得從中間其他時(shí)刻開始或結(jié)束。

c.各時(shí)段最大降水量記至0.1 mm。

d.各小時(shí)時(shí)段最大降水量，通過降水量摘錄表統(tǒng)計(jì)而得。

e.凡作此項(xiàng)統(tǒng)計(jì)的自記站，均按觀測(cè)時(shí)段或摘錄時(shí)段滑動(dòng)統(tǒng)計(jì)。當(dāng)有合并摘錄時(shí)，按合并前資料滑動(dòng)統(tǒng)計(jì)。

f.挑選出來的數(shù)據(jù)分記兩行，上行為各時(shí)段最大降水量，下行為對(duì)應(yīng)時(shí)段的開始日期，日期以零時(shí)為日分界線。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集包含四部分：逐日降水量表、降水量摘錄表、各時(shí)段最大降水量表（1）、各時(shí)段最大降水量表（2）。樣本數(shù)據(jù)展示如表3–6 所示。

表3 1964 年韭園溝溝口雨量站逐日降水量表

表4 為降水量摘錄表，此表包括降水次序、月、日、時(shí)：分、實(shí)測(cè)降水量、一次降水量、一次降水量歷時(shí)幾個(gè)字段組成。

表4 1964 年韭園溝溝口雨量站降水量摘錄表

表5 為各時(shí)段最大降水量表（1），此表以1 min 為最小滑動(dòng)單位，記錄了10 min、20 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min、180 min、240 min、360 min、540 min、720 min、1440 min共計(jì)13 個(gè)時(shí)段內(nèi)的最大降水量(mm)。

表5 1991 年韭園溝流域各時(shí)段最大降水量表(1)

表6 為各時(shí)段最大降水量表（2），當(dāng)降雨量超過50 mm/min 時(shí)，選取暴雨數(shù)值形成各時(shí)段降水量表（2），此表以1 h 為最小滑動(dòng)單位，記錄了l h、2 h、3 h、6 h、12 h 和24 h 共計(jì)6 個(gè)時(shí)段內(nèi)的最大降水量(mm)。

表6 1991 年韭園溝流域各時(shí)段最大降水量表（2）

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

降水量觀測(cè)過程嚴(yán)格按照《降水量觀測(cè)規(guī)范》（SL21-2006）[8]的規(guī)定執(zhí)行，觀測(cè)數(shù)據(jù)按照《水土保持徑流泥沙測(cè)驗(yàn)及資料整編須知》（黃河水利委員會(huì)水土保持處，1988 年）的要求，同時(shí)參考《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）[9]的規(guī)定，對(duì)數(shù)據(jù)資料嚴(yán)格按照在站整編、整編、審查、復(fù)審的流程，達(dá)到了觀測(cè)數(shù)據(jù)集中“一般錯(cuò)誤的錯(cuò)誤率不超過1/2000，最后一遍校對(duì)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤率應(yīng)小于1/10000”的要求，確保了資料的準(zhǔn)確可靠。觀測(cè)成果數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程圖

4 數(shù)據(jù)使用方法和建議

本數(shù)據(jù)集提供了1964–2018 年黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)韭園溝流域雨量站降水量觀測(cè)整編數(shù)據(jù)，通過國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供全部數(shù)據(jù)下載服務(wù)，可以作為探索黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)水土流失規(guī)律的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。