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 中华文库

摘要：地下水是一个地区重要的自然资源，地下水位数据可为研究地下水的长期变化提供重要的参考资料。本数据集收集整理了湖北神农架森林生态系统国家野外科学观测研究站采用人工记录方法观测的2012年6月至2016年12月地下水位埋深数据，共计1675条记录。为了便于用户了解本站地下水位的概况（如平均深度及其变化），我们计算了神农架站地下水位深度的平均值及其标准差、累计月动态、年际变化及趋势。

关键词：地下水位；北亚热带；神农架站

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

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。

1.1 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。2012年建造了2.0 m深的地下水位观测井，设置浮标进行人工观测。观测频率为每天20∶00观测1次。本数据集地下水位埋深的单位为m。

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。

2.1 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1）。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。

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。

图1 2012–2016年神农架站地下水位日动态

2.3 时间动态

2.3.1 年动态

2012–2016年地下水位逐年降低，年均地下水位埋深从−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年神农架站地下水位年均变化

2.3.2 月动态

月均地下水位最高值在2014年9月，为−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趋势，每月平均下降4.8 mm，值得关注（图2）。

图2 2012–2016年土壤含水量月动态

2.3.3 累计月动态

地下水位累计月动态（图3），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月地下水位最低，−0.585 m，其次为4月，−0.599 m；最低为8月，−0.802 m，其次为12月，−0.783 m；月均年较差为0.217 m。

图3 2012–2016年神农架站地下水位累计月动态

本数据集来源于长期观测场地的实测数据。从观测场地的布设、观测设施的安装、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。

观测场地布设：根据《陆地生态系统水环境观测规范》，选取神农架站园区树木园林间空地建造观测井。观测井用混凝土管，下部与周围土壤连通，上部高出地面20cm，并且用木板盖住，防止地表水进入。观测井周围无人为干扰。

观测设施的安装：在地下水位观测井中布设浮标和标尺。标尺从木板中部的狭缝伸出，与水面保持垂直，以准确读数。

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、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。

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。

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。

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！

赵常明, 申国珍, 徐文婷, 等. 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[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-30). DOI: 10.11922/sciencedb.874.