安家溝流域地面監測數據質量及合理性評價

2018-09-18 01:16:00張佰林

中國水土保持 2018年9期

陳瑾，張佰林，王琨

(定西市水土保持科學研究所，甘肅定西 743000)

1 安家溝流域及監測站概況

1.1 流域自然情況

安家溝是黃河流域祖厲河水系關川河的一條小支溝。安家溝流域屬黃土丘陵溝壑區第Ⅴ副區，流域內年均降水量427 mm，年均水面蒸發量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 監測站監測設施布設

安家溝流域綜合典型監測站布設在定西市安定區鳳翔鎮安家溝流域內[1]。流域出口設有卡口站(控制斷面)1處，控制流域面積8.56 km2，流域中心建有常規觀測氣象園1處。在實施全國水土保持監測與公告項目過程中，分兩期建設徑流小區15個，按植被類型分為農地(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《水土保持監測技術規范》(SL 277—2002)，在監測站觀測記錄徑流小區的降水量、產流量、產沙量及土壤含水量、生物生長量；利用常規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 判斷監測資料真實性和準確性的方法

水土保持監測資料的真實性和準確性一直是人們十分關注的問題。在人工觀測過程中，除了儀器設備的精度因素，數據質量優劣主要取決于觀測人員的責任心、技術能力等。要判斷監測資料的準確性，就需要檢驗觀測人員在執行監測技術規范方面的嚴格性，以及各類監測數據之間的相關性、同步性和一致性。

(1)監測方法與規范的符合性。嚴格按照《水土保持監測技術規程》(SL 277—2002)，在卡口站采取人工值守，產流后，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測中心印發的《徑流小區和小流域水土保持監測手冊》操作，保證資料的質量。

(2)監測資料與當地水文資料統計規律對比。安家溝流域綜合典型監測站的監測數據客觀上應該與當地的水文數據在統計規律上存在一致性。

(3)不同徑流小區數據對比。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，因此不同徑流小區的產流、產沙量也不同。但在一個比較長的系列中，各個徑流小區產流產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)徑流小區數據與全流域數據對比。受多種復雜因素影響，小尺度區域與大尺度區域的徑流模數、侵蝕模數存在差異，這種差異在目前的技術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、侵蝕模數的相關性分析

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、侵蝕模數之間存在相關關系。選擇對流域卡口站2005—2016年共12年的資料系列進行統計分析，結果表明，年侵蝕性降雨量與年徑流量的相關系數為0.450，年侵蝕性降雨量與侵蝕模數的相關系數為0.599，均呈顯著相關，說明年侵蝕性降雨量與年徑流量、侵蝕模數之間有顯著的相關關系，可以認為取得的監測資料系列是正確的。

3.2 徑流小區監測資料的統計規律分析

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

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

(3)徑流量、侵蝕量年際變化特征分析。在各徑流小區監測到的徑流量、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 卡口站與徑流小區數據相關性分析

表1 20世紀90年代安家溝流域卡口站和徑流小區侵蝕模數及其相關性

對20世紀90年代觀測資料的分析結果(表1)顯示，安家溝流域平均侵蝕模數與各徑流小區的侵蝕模數系列存在一定的相關關系。流域平均侵蝕模數與農地、沙棘灌叢、荒坡、油松林小區侵蝕模數呈正相關，與人工草地小區侵蝕模數呈負相關。2005—2016年流域內陸續建設了淤地壩等溝道攔蓄工程，改變了下墊面條件和產流、侵蝕機制，使流域平均侵蝕模數與徑流小區侵蝕模數的相關關系發生了變化。流域平均侵蝕模數與農地、油松林、荒坡小區侵蝕模數呈正相關，與人工草地、沙棘灌叢小區侵蝕模數呈負相關(表2)。