2012–2016 年湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站地下水位数据集

赵常明，申国珍，徐文婷，熊高明，樊大勇， 周友兵，葛结林，谢宗强*

1. 中国科学院植物研究所，植被与环境变化国家重点实验室，北京 100093

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称 数据作者 2012–2016 年湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站地下水位数据集 赵常明、申国珍、徐文婷、熊高明、樊大勇、周友兵、葛结林、谢宗强 数据通信作者 谢宗强（xie@ibcas.ac.cn） 数据时间范围 2012年6月至2016年12月 地理区域 31°18′N、110°28′E 数据量 84 KB，1675条记录 数据格式 *.xlsx 数据服务系统网址 http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/874 http://snf.cern.ac.cn/meta/metaData 基金项目 CERN监测网络，国家生态系统观测研究共享服务平台项目（2005DKA10300）。 数据库（集）组成 数据集由1个数据文件组成，数据记录1675条，包含日期、地下水位观测井代码、样地名称、植被名称、地下水埋深。

引 言

地下水一般是指埋藏于地表以下能自由流动的水体，包括潜水和承压水。而地下水位通常是指土壤水分达到饱和状态时地下水的深度，其变化可反映地下水的运动状态[1]。通过对地下水位的长期监测，可以研究一个地区的地下水形成、分布与移动规律。地下水位是地下水资源量最直接的表现形式，通过观测地下水位可为评价和合理利用地下水资源以及工农业发展和城镇规划等提供科学依据。所以，地下水位观测也是一项具有基础性和社会公益性的工作[2]。近年来，随着我国经济的快速发展，为了保持农业的高产稳产，部分地区出现对地下水过度开发的状况[3-4]。由于地下水的不合理开采，一些地区出现了地下水位持续下降、地面沉降、地裂缝、地面塌陷和海（咸）水入侵等生态和地质环境问题。这些问题都直接或间接与地下水位的变动相关[5]。因此，开展地下水位监测不仅具有科学研究方面的意义，对国民经济和社会发展也有重要意义。

湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站暨中国科学院神农架生物多样性定位研究站（简称神农架站，SNF）所在的秦巴山地是全球土壤水分和降水强烈耦合的区域之一[6]。其典型的植被类型是常绿落叶阔叶混交林。神农架站长期定点监测地下水位，积累了大量详实的数据。本文将介绍本站2012–2016 年观测的地下水位数据情况，为其他科学工作者或用户充分利用本数据集提供详细的说明。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集方法

数据来自于神农架站的长期水分监测。监测场地位于神农架站园区，植被类型为树木园林间草坪。根据《陆地生态系统水环境观测规范》，2012 年选取神农架站园区树木园林间平坦的草地建造观测井。观测井用长2 m 直径20 cm 的圆柱形钢筋混凝土管埋于地下做成，下部与周围土壤连通，上部高出地面20 cm，并且用木板盖住，防止地表水进入。在地下水位观测井中布设浮标和标尺。盖住井口的木板中部留有狭缝，标尺从木板中部的狭缝伸出，与水面保持垂直，以准确读数。观测频率为每天20∶00 观测1 次。本数据集的地下水位以从地表到地下水水面的垂直距离表示，即地下水位埋深，数值≥0，单位为m（图1）。

图1 地下水位井及地下水埋深示意图

1.2 数据预处理

野外数据的整理主要包括原始记录信息的检查和完善、数据录入、异常值的剔除和缺失数据插补等。

原始记录信息的检查和完善，包括检查原始记录表格的完整性，并根据情况进行完善。如有缺失，与测试人员核对并根据情况进行补充和说明。

数据录入是将野外原始纸质记录数据录入计算机，形成电子版原始记录的过程。数据录入由测量人和记录人负责，以保证在观测真实数据和记录数据之间出现差异时，真实情况可以再现。数据录入完成时，测量人和记录人对数据进行自查，检查原始记录表和电子版数据表的一致性。

2 数据样本描述

2.1 数据样例

2012–2016 年神农架站地下水位数据集主要包含的指标见表1。

表1 2012–2016 年神农架站地下水位数据表

2.2 总体统计结果

本数据集时间区间为2012 年6 月至2016 年12 月，总数据量1675 条（图2）。地下水位埋深平均0.687 m，标准差±0.224 m（变异系数32.59%），最大值0.210 m，最小值1.480 m。

图2 2012–2016 年神农架站地下水埋深日动态

地下水位最高值发生在2014 年9 月1 日，为0.210 m；其次为2015 年5 月28 日，0.211 m。最低值为2016 年9 月23 日，1.48 m；其次为2016 年，1.47 m。

2.3 时间动态

2.3.1 年动态

2012–2016 年地下水位逐年降低，年均地下水埋深从0.599 m 降低到0.781 m。年内地下水位变化幅度2012 年最小，为0.729 m；其次为2014 年，0.865 m。最大为2016 年1.256 m，年内变幅有增加的趋势（表2）。

表2 2001–2016 年神农架站地下水埋深年均变化及年降水量

2.3.2 月动态

月均地下水位最高值在2014 年9 月，埋深为0.448 m，最低值在2019 年9 月，1.169 m，平均埋深0.686（±0.148）m。地下水位有逐年下降趋势，每月平均下降4.8 mm，而2012–2016 年降水量分别为1090.9 mm、1254.4 mm、1889.0 mm、1280.1 mm 和1659.76 mm，有上升的趋势，平均每年递增116.34 mm。因此，2012–2016 年地下水位逐年下降，与降水量相反，值得关注（图3）。地下水位下降的原因待持续观测及进一步深入分析。可能与气温升高，蒸发量增加有关。

图3 2012–2016 年神农架站地下水埋深变化与月降水量的关系

2.3.3 月均动态

地下水位月均动态（图4），表明春季和夏初地下水位较高，而在冬季（12 月、1 月）和中夏（8月）地下水位较低。6 月地下水位最高，埋深0.585 m，其次为4 月，埋深0.599 m；最低为8 月，埋深0.802 m，其次为12 月，埋深0.783 m；月均年较差为0.217 m。

图4 2012–2016 年神农架站地下水埋深月均动态

3 数据质量控制和评估

本数据集来源于长期观测场地的实测数据。从观测场地的维护、仪器标定与校准、测量人员培训、现场测量到测量后的数据处理，整个过程对数据质量进行控制。同时，咨询相关专家并查阅相关文献对数据进行审核验证，以确保数据相对准确可靠。

观测场地维护：每年检查观测井用混凝土管有无裂缝，检查盖住井口的木板有无破损，防止地表水进入。除观测人员外，禁止人员接近观测井，减少人为干扰。

仪器标定与校准：每月对浮标和标尺进行检查，每年更换浮标，保证观测数据的准确性。

人员培训：对测量人员进行培训，是保证测量数据的完整性、连续性和准确性的关键。培训内容包括仪器测量原理、使用方法、测量时间与频次等。

现场测量：测量前要检查观测井、盖板、浮标和标尺的状况，确保观测井无地表水进入、浮标有效、标尺与水面垂直。

测量后数据质控：首先核对录入数据与原始记录的正确；然后对录入数据进行统计分析，剔除异常数据，对缺失数据根据同一剖面的数值进行线性或对数插值；最后形成的地下水位数据集由专家进行最终审核和修订，确保数据集的真实、可靠；纸质原始记录数据表妥善保存，并通过复印和扫描电子版进行备份，保存于不同地方，以备将来核查。

4 数据价值

本区公开发布的原位、连续、动态的地下水位观测数据较少，本数据集的发表是本区地下水位数据的重要补充，对森林水文学研究提供基础数据。

神农架站所在的区域为我国重要的生物多样性生态功能区和南水北调工程水源涵养区。地下水位数据是表征的水源涵养和水量调节能力的重要指标，为研究本区森林水源涵养和水量调节能力提供了重要的基础数据，对于该区生态服务功能的发挥具有重要意义。

5 数据使用方法和建议

本数据集可通过Science Data Bank 在线服务网址（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/874）获取数据服务；也可通过湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站网络（http://snf.cern.ac.cn/meta/metaData）获取数据服务，登录首页后点“资源服务”下的数据服务，进入相应页面下载数据。下载的数据可以通过日期、地下水位观测井代码、样地名称、植被名称、地下水埋深测等字段进行查询。

致 谢

本数据得到中国科学院神农架生物多样性研究站的支持与帮助，在此表示衷心感谢！

数据作者分工职责

赵常明（1973—），男，四川人，博士，高级工程师，植物生态学。主要承担工作：数据质量控制、数据分析与论文撰写。

申国珍（1973—），男，内蒙人，博士，副研究员，林学。主要承担工作：场地布设与数据质量控制。

徐文婷（1973—），女，河南人，博士，高级工程师，研究方向为生态遥感。主要承担工作：仪器校准与数据质量控制。

熊高明（1969—），男，江西人，博士，助理研究员，保护生态学。主要承担工作：数据测量与质量控制。

樊大勇（1973—），男，湖南人，博士，副研究员，生理生态学。主要承担工作：数据测量与质量控制。

周友兵（1980—），男，安徽人，博士，副研究员，研究方向为动植物关系。主要承担工作：数据测量与质量控制。

葛结林（1986—），男，安徽人，博士，助理研究员，研究方向为森林生态学。主要承担工作：数据测量与质量控制。

谢宗强（1965—），男，内蒙人，博士，研究员，研究方向为生态学。主要承担工作：项目组织、数据库建设与管理。