安家沟流域地面监测数据质量及合理性评价

陈 瑾，张佰林，王 琨

(定西市水土保持科学研究所，甘肃 定西 743000)

1 安家沟流域及监测站概况

1.1 流域自然情况

安家沟是黄河流域祖厉河水系关川河的一条小支沟。安家沟流域属黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区，流域内年均降水量427 mm，年均水面蒸发量1 510 mm，年均气温6.3 ℃，≥10 ℃活动积温2 239.1 ℃，极端最高气温34.3 ℃，极端最低气温-27.1 ℃，年日照时数2 408.6 h，无霜期141 d；海拔1 900～2 250 m，平均坡降86‰;主要土壤为黄绵土，属粉壤土，坡面土层厚度一般为40～60 m；经过长期的侵蚀，形成了以梁峁顶、梁峁坡、阶平、沟谷为主的地貌类型。

1.2 监测站监测设施布设

安家沟流域综合典型监测站布设在定西市安定区凤翔镇安家沟流域内[1]。流域出口设有卡口站(控制断面)1处，控制流域面积8.56 km2，流域中心建有常规观测气象园1处。在实施全国水土保持监测与公告项目过程中，分两期建设径流小区15个，按植被类型分为农地(小麦)、人工草地、荒地、油松林、沙棘灌丛共5种，按坡度分为5°、10°、15°共3种。按照《水土保持监测技术规范》(SL 277—2002)，在监测站观测记录径流小区的降水量、产流量、产沙量及土壤含水量、生物生长量；利用常规观测气象园观测气象因子；在流域卡口站观测全流域的径流量、含沙量。

2 判断监测资料真实性和准确性的方法

水土保持监测资料的真实性和准确性一直是人们十分关注的问题。在人工观测过程中，除了仪器设备的精度因素，数据质量优劣主要取决于观测人员的责任心、技术能力等。要判断监测资料的准确性，就需要检验观测人员在执行监测技术规范方面的严格性，以及各类监测数据之间的相关性、同步性和一致性。

(1)监测方法与规范的符合性。严格按照《水土保持监测技术规程》(SL 277—2002)，在卡口站采取人工值守，产流后，每6 min记录一次水位，每12 min采集一次水样，观测记录径流过程。径流小区采用径流池，每场降雨后人工观测径流量和采集混合水样。资料整编严格按照水利部水土保持监测中心印发的《径流小区和小流域水土保持监测手册》操作，保证资料的质量。

(2)监测资料与当地水文资料统计规律对比。安家沟流域综合典型监测站的监测数据客观上应该与当地的水文数据在统计规律上存在一致性。

(3)不同径流小区数据对比。在同一场降雨条件下，由于植被覆盖度和雨前土壤含水量不同，因此不同径流小区的产流、产沙量也不同。但在一个比较长的系列中，各个径流小区产流产沙量的年际变化趋势大致是相同的，年际起伏变化的趋势也具有一致性。

(4)径流小区数据与全流域数据对比。受多种复杂因素影响，小尺度区域与大尺度区域的径流模数、侵蚀模数存在差异，这种差异在目前的技术条件下难以定量确定，但两者年际变化趋势客观上存在一定的相似性。

3 监测资料的准确性分析

基于上述分析方法，对安家沟流域2005—2016年所有的监测资料进行准确性分析。

3.1 卡口站降雨量、径流量、侵蚀模数的相关性分析

降雨是形成径流和造成土壤侵蚀的主要因子[2]，因此侵蚀性降雨量与径流量、侵蚀模数之间存在相关关系。选择对流域卡口站2005—2016年共12年的资料系列进行统计分析，结果表明，年侵蚀性降雨量与年径流量的相关系数为0.450，年侵蚀性降雨量与侵蚀模数的相关系数为0.599，均呈显著相关，说明年侵蚀性降雨量与年径流量、侵蚀模数之间有显著的相关关系，可以认为取得的监测资料系列是正确的。

3.2 径流小区监测资料的统计规律分析

(1)侵蚀性降雨量统计规律对比分析。对各径流小区侵蚀性降雨量12年资料系列进行统计分析，侵蚀性降雨量样本系列方差为2 643，均方差为34.8，离差系数为0.38，数据比较离散。根据《甘肃省水文图集》，定西及附近地区降雨量的离差系数在0.35～0.36之间，与本研究计算结果较接近，符合定西降雨量年际变化较大的统计特征。

(2)径流系列统计规律对比分析。以荒坡和油松林径流小区为例，对两小区径流深12年资料系列进行统计分析，荒坡小区资料系列离差系数为0.40，油松小区为0.65。根据《甘肃省水文图集》，定西附近地区年径流深离差系数为0.4～0.6，本研究计算结果符合定西的水文资料统计特征。

(3)径流量、侵蚀量年际变化特征分析。在各径流小区监测到的径流量、侵蚀量的12年系列资料中，两者年际变化趋势相同，说明两系列之间有比较好的同步性。

3.3 卡口站与径流小区数据相关性分析

表1 20世纪90年代安家沟流域卡口站和径流小区侵蚀模数及其相关性

对20世纪90年代观测资料的分析结果(表1)显示，安家沟流域平均侵蚀模数与各径流小区的侵蚀模数系列存在一定的相关关系。流域平均侵蚀模数与农地、沙棘灌丛、荒坡、油松林小区侵蚀模数呈正相关，与人工草地小区侵蚀模数呈负相关。2005—2016年流域内陆续建设了淤地坝等沟道拦蓄工程，改变了下垫面条件和产流、侵蚀机制，使流域平均侵蚀模数与径流小区侵蚀模数的相关关系发生了变化。流域平均侵蚀模数与农地、油松林、荒坡小区侵蚀模数呈正相关，与人工草地、沙棘灌丛小区侵蚀模数呈负相关(表2)。

表2 2005—2016年安家沟流域卡口站与径流小区侵蚀模数及其相关性

为了更进一步检验监测资料的准确性，我们分析了2005—2016年径流小区间径流量系列的相关性。结果显示，荒坡与油松林、油松林与沙棘灌丛、农地与沙棘灌丛、农地与人工草地、油松林与农地、油松林与人工草地、沙棘灌丛与人工草地径流量呈显著正相关。由此可以断定，这些监测数据是准确的。结果见表3。

表3 2005—2016年径流小区径流量系列相关性

4 结 语

安家沟流域在实施全国水土保持监测与公告项目的过程中，严格按照监测规范和相关技术手册操作，数据的收集、整编都符合相关技术规范。通过对监测数据进行合理性评价，认为监测数据准确性是有保证的。这些数据作为全国水土保持监测网络的基础数据，能够为水土保持生态环境建设提供技术支撑。