1964–2018 年黄土丘陵沟壑区第一副区韭园沟流域降水观测数据集

2021-10-13雷欣敏玉芳郭玉梅康建芳刘思君张耀南张榆兴

中国科学数据(中英文网络版) 2021年3期

关键词：雨量计雨量站降水量

雷欣，敏玉芳，郭玉梅，康建芳，刘思君，张耀南，张榆兴

1.黄河水土保持绥德治理监督局（绥德水土保持科学试验站），陕西榆林719000

2.中国科学院西北生态环境资源研究院，兰州 730000

3.国家冰川冻土沙漠科学数据中心，兰州 730000

引言

降水是影响水土流失的重要因子，降水量观测是水文要素观测的重要组成部分[1]。为了研究黄土丘陵沟壑第一副区水土流失规律，寻求防治水土流失、合理利用水土资源的途径和方法，绥德水土保持科学试验站自建站以来在韭园沟流域布设了观测站进行雨量观测，获得大量宝贵的降水观测资料，为小流域水土保持工程设计、水土保持区划与规划治理、相关科研机构和管理部门提供了强有力的参考依据，特别是对推动黄河治理、黄土高原地区的水土保持科学研究发挥了作用。

韭园沟流域位于陕西省绥德县城北5 km 处（东经110°15′22″–110°23′41″，北纬37°32′17″–37°39′08″），是无定河中游的一条支沟，流域面积70.7 km2，主沟长18 km，200 m 以上的支沟337条，沟道平均比降为1.2%，沟壑密度为5.34 km/km2，流域海拔高度在820–1180m 之间[2]。流域内梁峁起伏，沟壑纵横，土地贫瘠，地形破碎，属于黄土丘陵沟壑区第一副区。该流域属于大陆性气候，据韭园沟1964–1979 年观测资料统计，降水年际变化为735.3 mm（1964 年）至232.0 mm（1965 年），年均值为524.4 mm，年内分配极不均匀，其中6–9 月降水量占年降水量的72.7%，且多为暴雨，历时短、强度大、灾害严重。为探索黄土丘陵沟壑区第一副区水土流失综合治理模式，有效减少入黄泥沙，黄河水利委员会于1952 年在绥德设立水土保持科学试验站时，选择韭园沟为示范小流域进行综合治理。1982 年韭园沟又被列为全国八大片水土流失重点治理区无定河流域重点治理小流域[2-3]。

1964–1979 年，韭园沟流域内布设12 个雨量站。1980–2018 年，对雨量站的站网布设进行了优化，流域内共布设9 个雨量站。雨量站布设符合《水土保持试验规范》[1]的要求。1980 年后，流域边界及雨量站布设如图1 所示。韭园沟作为试验示范基地，多年来经过许多中外专家学者和广大科技人员的大量试验研究，取得了丰硕的成果，不仅为该流域治理提供了科学依据，也为我国广大水土流失地区起到了示范作用[3-7]。本数据集包含韭园沟流域1964–1969 年、1974–2018 年的雨量站逐日降水量表、降水量摘录表数据、各时段最大降水量表。

图1 黄土丘陵沟壑区第一副区韭园沟流域边界和雨量站布设图

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集

1964–1979 年在韭园沟流域布设12 个雨量站，其中沟口、马连沟2 个雨量站采用仿苏II-I 型自记雨量计进行全年观测，其余10 个雨量站采用SM1 型普通雨量器进行汛期观测。由于历史原因，1970–1973 年所有雨量站停测，致使观测项目缺测，沟口雨量站于1974 年恢复观测后进行了测站位置调整，桑坪则、李家寨、马家川、蒲家洼、王家沟雨量站进行了撤站处理。雨量站情况见表1。

表1 韭园沟流域雨量站基本情况表（1964–1979 年）

1980 年后，韭园沟流域内布设9 个雨量站，其中沟口、吴家畔、王家坬、黑家坬4 个雨量站为全年进行观测的常年站，其余5 个雨量站为汛期进行观测的汛期站，具体情况见表2。

表2 韭园沟流域雨量站基本情况表（1980–2018 年）

1.2 数据处理

仅安装普通雨量器的雨量站以普通雨量器观测数据为准，安装自记雨量计的雨量站以自记雨量计观测数据为主，自记雨量计数据异常时使用普通雨量器数据校核。雨量站观测人员根据普通雨量器及自记雨量计观测数据，记录每次降水的起始时间、降水量，根据要求填制雨量站观测记载簿（以下称“原始观测资料”）[8]，对原始观测资料进行收集整理，进行合理性检查，摘录次降水量、时段降水量，通过制表、初校、复校、审核，形成逐日降水量表、降水量摘录表、各时段最大降水量表（1）、各时段最大降水量表（2）。

1.2.1 逐日降水量表

a.摘录各自记雨量站的逐日降水量。

b.有降水之日，填记一日内各时段降水量总和。降雪或降雹时，在降水量的右侧加注降水物符号。整编符号与降水符号并用时，整编符号记在降水符号之右。

降水物符号：*—雪；•*—有雨，也有雪；A*—有雹，也有雪；A—雹或雨加雹。

降水物的符号记于降水量数值的右侧。降水量单位以mm 表示，精度记至0.1 毫米，不足0.05毫米的降水不作记载，历时记至分钟。

c.月内部分日期有合并的降水量者，当合并的平均降水量比其余各日降水量大时，月最大的栏内填该平均数，日期填合并开始的日期。

d.月降水量填本月各日降水量之总和。全月未降水者，记为0。有跨月合并情况的，合并的量计入后月。

e.月降水日数，全月无降水日者记为0。

1.2.2 降水量摘录表

a.摘录各自记雨量站汛期内全部降水及非汛期与洪水有关的降水。

b.按2 段制进行摘录，洪水降水过程按降雨强度转折摘录；非洪水降水过程每小时摘录一次，降水总量用虹吸总量进行校正。

c.降水期间有大于15 min 的间歇时，前后分两次降水。

d.相邻各时段的降水强度等于或小于2.5 mm/h 者，可予合并，但不得跨过8 时、20 时。

e.对于产流暴雨以等时段摘录为主，并照顾到降雨强度明显变化的转折点。雨强在0.2 mm/min以上者，转折点必须摘录，必要时摘出雨量累积曲线的转折点。

f.对自记雨量记录订正时，首先进行总量的订正后将误差分配给每次虹吸处。若无订正值，按人工观测量进行订正，订正量大于5.0mm 的进行研究。

1.2.3 各时段最大降水量表（1）

a.以1 min 为最小滑动单位，记录了不同时段内的最大降水量(mm)，主要时段有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 共计13 个时段。

b.各时段最大降水量记至0.1 mm。

c.表中各时段最大降水量值，分别在全年/全汛期（常年站/汛期站）的自记记录纸上连续滑动挑选，不受时、月、日的限制。

d.自记雨量计短时间发生故障，经邻站对照分析插补修正的资料，可参与统计。

e.挑选出来的数据分记两行，上行为各时段最大降水量，下行为对应时段的开始日期，日期以零时为日分界线。

1.2.4 各时段最大降水量表（2）

a.以50 mm/min 为界，选取暴雨数值，各时段降水量表（2）以1 h 为最小滑动单位，记录了不同时段内的最大降水量(mm)，主要时段有l h、2 h、3 h、6 h、12 h 和24 h 共计6 个时段。

b.各时段起止时间限定只能为整点，不得从中间其他时刻开始或结束。

c.各时段最大降水量记至0.1 mm。

d.各小时时段最大降水量，通过降水量摘录表统计而得。

e.凡作此项统计的自记站，均按观测时段或摘录时段滑动统计。当有合并摘录时，按合并前资料滑动统计。

f.挑选出来的数据分记两行，上行为各时段最大降水量，下行为对应时段的开始日期，日期以零时为日分界线。

2 数据样本描述

本数据集包含四部分：逐日降水量表、降水量摘录表、各时段最大降水量表（1）、各时段最大降水量表（2）。样本数据展示如表3–6 所示。

表3 1964 年韭园沟沟口雨量站逐日降水量表

表4 为降水量摘录表，此表包括降水次序、月、日、时：分、实测降水量、一次降水量、一次降水量历时几个字段组成。

表4 1964 年韭园沟沟口雨量站降水量摘录表

表5 为各时段最大降水量表（1），此表以1 min 为最小滑动单位，记录了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共计13 个时段内的最大降水量(mm)。

表5 1991 年韭园沟流域各时段最大降水量表(1)

表6 为各时段最大降水量表（2），当降雨量超过50 mm/min 时，选取暴雨数值形成各时段降水量表（2），此表以1 h 为最小滑动单位，记录了l h、2 h、3 h、6 h、12 h 和24 h 共计6 个时段内的最大降水量(mm)。

表6 1991 年韭园沟流域各时段最大降水量表（2）

3 数据质量控制和评估

降水量观测过程严格按照《降水量观测规范》（SL21-2006）[8]的规定执行，观测数据按照《水土保持径流泥沙测验及资料整编须知》（黄河水利委员会水土保持处，1988 年）的要求，同时参考《水文资料整编规范》（SL247-2012）[9]的规定，对数据资料严格按照在站整编、整编、审查、复审的流程，达到了观测数据集中“一般错误的错误率不超过1/2000，最后一遍校对发现的错误率应小于1/10000”的要求，确保了资料的准确可靠。观测成果数据质量控制流程见图2。