2012–2016年湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站地下水位數據集

2012–2016年湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站地下水位數據集
作者：趙常明　申國珍　徐文婷　熊高明　樊大勇　周友兵　葛結林　謝宗強
2019年10月16日

本作品收錄於《中國科學數據》

趙常明, 申國珍, 徐文婷, 等. 2012–2016年湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站地下水位數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019. (2019-10-16). DOI: 10.11922/csdata.2019.0054.zh.

摘要&關鍵詞

摘要：地下水是一個地區重要的自然資源，地下水位數據可為研究地下水的長期變化提供重要的參考資料。本數據集收集整理了湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站採用人工記錄方法觀測的2012年6月至2016年12月地下水位埋深數據，共計1675條記錄。為了便於用戶了解本站地下水位的概況（如平均深度及其變化），我們計算了神農架站地下水位深度的平均值及其標準差、累計月動態、年際變化及趨勢。

關鍵詞：地下水位；北亞熱帶；神農架站

Abstract & Keywords

Abstract: Underground water is an important natural resource in a region, and the data of underground water level can provide important references for studying the long-term changes of underground water. This data set collected underground water level data recorded by manual from June 2012 to December 2016 at National Field Station for Forest Ecosystems in Shennongjia (SNF), also known as Shennongjia Biodiversity Research Station of Chinese Academy of Sciences, with a total of 1675 data items. In order to facilitate users to understand the general situation of underground water level of this site (such as average depth and its changes), the mean value, standard deviation, accumulated monthly dynamics, annual variation and trend of the groundwater level depth of each station were calculated.

Keywords: underground water level; North subtropical; SNF

數據庫（集）基本信息簡介

數據庫（集）名稱	2012–2016年湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站地下水位數據集
數據作者	趙常明、申國珍、徐文婷、熊高明、樊大勇、周友兵、葛結林、謝宗強
數據通信作者	謝宗強（xie@ibcas.ac.cn）
數據時間範圍	2012年6月至2016年12月
地理區域	31°18′N、110°28′E
數據量	84 KB，1675條記錄
數據格式	*.xlsx
數據服務系統網址	http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/874 http://snf.cern.ac.cn/meta/metaData
基金項目	CERN監測網絡，國家生態系統觀測研究共享服務平台項目（2005DKA10300）。
數據庫（集）組成	數據集由1個數據文件組成，數據記錄1675條，包含日期、地下水位觀測井代碼、樣地名稱、植被名稱、地下水埋深。

Dataset Profile

Title	A dataset of underground water level in National Field Station for Forest Ecosystems in Shennongjia (2012–2016)
Data corresponding author	Xie Zongqiang (xie@ibcas.ac.cn)
Data authors	Zhao Changming, Shen Guozhen, Xu Wenting, Xiong Gaoming, Fan Dayong, Zhou Youbing, Ge Jielin, Xie Zongqiang
Time range	from June 2012 to December 2016
Geographical scope	31°18′N, 110°28′E
Data volume	84 KB, 1675 items
Data format	*.xlsx
Data service system	< http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/874>; <http://snf.cern.ac.cn/meta/metaData>
Source of funding	CERN, Program of Sharing Service Platform of Chinese National Ecosystem Research Network (2005DKA10300).
Dataset/Database composition	The dataset consists of 1,675 items, which contains date, code of underground water well for observation, plot name, vegetation, underground water level.

引 言

地下水一般是指埋藏於地表以下能自由流動的水體，包括潛水和承壓水。而地下水位通常是指土壤水分達到飽和狀態時的深度，其變化可反映地下水的運動狀態^[1]。通過對地下水位的長期監測，可以研究一個地區的地下水形成、分布與移動規律。地下水位是地下水資源量最直接的表現形式，通過觀測地下水位可為評價和合理利用地下水資源以及工農業發展和城鎮規劃等提供科學依據。所以，地下水位觀測也是一項具有基礎性和社會公益性的工作^[2]。近年來，隨着我國經濟的快速發展，為了保持農業的高產穩產，部分地區出現對地下水過度開發的狀況^[3][4]。由於地下水的不合理開採，一些地區出現了地下水位持續下降、地面沉降、地裂縫、地面塌陷和海（咸）水入侵等生態和地質環境問題。這些問題都直接或間接與地下水位的變動相關^[5]。因此，開展地下水位監測不僅具有科學研究方面的意義，對國民經濟和社會發展也有重要意義。

湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站暨中國科學院神農架生物多樣性定位研究站（簡稱神農架站，SNF）所在的秦巴山地是全球土壤水分和降水強烈耦合的區域之一^[6]。其典型的植被類型是常綠落葉闊葉混交林。神農架站長期定點監測地下水位，積累了大量詳實的數據。本文將介紹本站2012–2016年觀測的地下水位數據情況，為其他科學工作者或用戶充分利用本數據集提供詳細的說明。

1 數據採集和處理方法

1.1 數據採集方法

數據來自於神農架站的長期水分監測。監測場地位於神農架站園區，植被類型為樹木園林間草坪。2012年建造了2.0 m深的地下水位觀測井，設置浮標進行人工觀測。觀測頻率為每天20∶00觀測1次。本數據集地下水位埋深的單位為m。

1.2 數據預處理

野外數據的整理主要包括原始記錄信息的檢查和完善、數據錄入、異常值的剔除和缺失數據插補等。

原始記錄信息的檢查和完善，包括檢查原始記錄表格的完整性，並根據情況進行完善。如有缺失，與測試人員核對並根據情況進行補充和說明。

數據錄入是將野外原始紙質記錄數據錄入計算機，形成電子版原始記錄的過程。數據錄入由測量人和記錄人負責，以保證在觀測真實數據和記錄數據之間出現差異時，真實情況可以再現。數據錄入完成時，測量人和記錄人對數據進行自查，檢查原始記錄表和電子版數據表的一致性。

2 數據樣本描述

2.1 數據樣例

2012–2016年神農架站地下水位數據集主要包含的指標見表1。

表1 2012–2016年神農架站地下水位數據表

序號	字段名稱	量綱	數據類型	實例
1	年		字符型	2015
2	月		字符型	10
3	日		字符型	18
4	地下水位觀測井代碼		字符型	SNFZH01CDX_01
5	樣地名稱		字符型	神農架站綜合觀測場地下水位觀測場
6	植被名稱		字符型	草地
7	地面高程	m	數值型	1290
8	地下水位埋深	cm	數值型	−0.532

2.2 總體統計結果

本數據集時間區間為2012年6月至2016年12月，總數據量1675條（圖1）。地下水位埋深平均−0.687 m，標準差±0.224 m（變異係數32.59％），最大值−0.210 m，最小值−1.480 m。

地下水位最高值發生在2014年9月1日，為−0.210 m；其次為2015年5月28日，−0.211 m。最低值為2016年9月23日，−1.48 m；其次為2016年，−1.47 m。

圖片

圖1 2012–2016年神農架站地下水位日動態

2.3 時間動態

2.3.1 年動態

2012–2016年地下水位逐年降低，年均地下水位埋深從−0.599 m降低到−0.781 m。年內地下水位變化幅度2012年最小，為0.729 m；其次為2014年，0.865 m。最大為2016年1.256 m，年內變幅有增加的趨勢（表2）。

表2 2001–2016年神農架站地下水位年均變化

年份	2012	2013	2014	2015	2016
地下水位（m）	−0.599	−0.625	−0.633	−0.762	−0.781
標準偏差（m）	0.127	0.185	0.191	0.247	0.252
年內變化幅度（m）	0.729	0.954	0.865	1.122	1.256

2.3.2 月動態

月均地下水位最高值在2014年9月，為−0.448 cm，最低值在2019年9月，−1.169 cm，埋深−0.686（±0.148）cm。地下水位有逐年下降趨勢，每月平均下降4.8 mm，值得關注（圖2）。

圖片

圖2 2012–2016年土壤含水量月動態

2.3.3 累計月動態

地下水位累計月動態（圖3），表明春季和夏初地下水位較高，而在冬季（12月、1月）和中夏（8月）地下水位較低。6月地下水位最低，−0.585 m，其次為4月，−0.599 m；最低為8月，−0.802 m，其次為12月，−0.783 m；月均年較差為0.217 m。

圖片

圖3 2012–2016年神農架站地下水位累計月動態

3 數據質量控制和評估

本數據集來源於長期觀測場地的實測數據。從觀測場地的布設、觀測設施的安裝、測量人員培訓、現場測量到測量後的數據處理，整個過程對數據質量進行控制。同時，諮詢相關專家並查閱相關文獻對數據進行審核驗證，以確保數據相對準確可靠。

觀測場地布設：根據《陸地生態系統水環境觀測規範》，選取神農架站園區樹木園林間空地建造觀測井。觀測井用混凝土管，下部與周圍土壤連通，上部高出地面20cm，並且用木板蓋住，防止地表水進入。觀測井周圍無人為干擾。

觀測設施的安裝：在地下水位觀測井中布設浮標和標尺。標尺從木板中部的狹縫伸出，與水面保持垂直，以準確讀數。

儀器標定與校準：每月對浮標和標尺進行檢查，每年更換浮標，保證觀測數據的準確性。

人員培訓：對測量人員進行培訓，是保證測量數據的完整性、連續性和準確性的關鍵。培訓內容包括儀器測量原理、使用方法、測量時間與頻次等。

現場測量：測量前要檢查觀測井、浮標和標尺的狀況，確保觀測井無地表水進入、浮標有效，標尺與水面垂直。

測量後數據質控。首先核對錄入數據與原始記錄的正確；然後對錄入數據進行統計分析，剔除異常數據，對缺失數據根據同一剖面的數值進行線性或對數插值；最後形成的地下水位數據集由專家進行最終審核和修訂，確保數據集的真實、可靠；紙質原始記錄數據表妥善保存，並通過複印和掃描電子版進行備份，保存於不同地方，以備將來核查。

4 數據價值

本區公開發布的原位、連續、動態的地下水位觀測數據較少，本數據集的發表是本區地下水位數據的重要補充，對森林水文學研究提供基礎數據。

神農架站所在的區域為我國重要的生物多樣性生態功能區和南水北調工程水源涵養區。地下水位數據是表徵的水源涵養和水量調節能力的重要指標，為研究本區森林水源涵養和水量調節能力提供了重要的基礎數據，對於該區生態服務功能的發揮具有重要意義。

5 數據使用方法和建議

本數據集可通過Science Data Bank在線服務網址（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 謝

本數據得到中國科學院神農架生物多樣性研究站的支持與幫助，在此表示衷心感謝！

參考文獻

1. 袁國富, 唐登銀, 孫曉敏, 等. 陸地生態系統水環境觀測規範[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2007.
2. 鄭玉峰, 王占義, 方彪, 等. 鄂爾多斯市2005–2014年地下水位變化[J]. 中國沙漠, 2015, 35(4): 1036-1040.
3. 俱戰省, 劉文兆, 鄭粉莉, 等. 陝西省乾縣地下水位動態變化特徵分析[J]. 水土保持通報, 2012, 32(2): 178-181.
4. 石建省, 李國敏, 梁杏, 等. 華北平原地下水演變機制與調控[J]. 地球學報, 2014, 35(5): 527-534.
5. 趙輝, 陳文芳, 崔亞莉, 等. 中國典型地區地下水位對環境的控制作用及閾值研究[J]. 地學前緣, 2010,17(6): 159-165.
6. Koster R D, Dirmeyer Paul, Guo Z C, et al. Regions of Strong Coupling Between Soil Moisture and Precipitation[J]. Science, 2004, 305 (5687): 1138-1140. DOI: 10.1126/science.1100217.

數據引用格式

趙常明, 申國珍, 徐文婷, 等. 2012–2016年湖北神農架森林生態系統國家野外科學觀測研究站地下水位數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-30). DOI: 10.11922/sciencedb.874.