鄂爾多斯地表內流區河湖普查分析

張春嵐 張萍 高源 李曉

摘要：基于鄂爾多斯地表內流區在黃河流域的特殊情況，運用3S技術，通過河湖普查對內流區面積進行了重新量算，對內流區新舊邊界線進行了對比分析，并解釋了其變化原因。同時，對內流區標準以上河湖地理特征值進行了普查和技術約定。結果表明：河湖普查量算的內流區面積為46505km²，比原面積增大9.1%，分界線變化的主要原因是兩次普查所采用的地形圖、量算工具和判斷因素不同，河湖普查的分界線更準確、更科學、更具有說服性;內流區流域面積大于50km²的河流有104條，占全黃河流域河流總數的2.5%，其中面積大于100km²的河流有73條、大于500km²的河流有17條、大于1000km²的河流有4條、大于3000km²的河流有2條;水面面積大于1.0km²的湖（淖）有43個，占全黃河流域湖泊總數的29.5%，其中41.9%的湖（淖）屬鹽湖、58.1%屬咸水湖;在表示黃河上、中、下游流域集水面積時，內流區的面積不包括在內，而是單獨列出內流區的面積;在表示黃河上、中、下游流域陸地面積或黃河左、右岸面積時，內流區面積應包括在上游區陸地面積內和包括在黃河右岸面積內;黃河干流上的水文站以及水利工程所控制的面積仍和過去一樣都不包括內流區面積。

關鍵詞：3S技術;技術約定;邊界變化;河湖特征值;鄂爾多斯地表內流區

中圖分類號：TV212.4;TV882.1 文獻標志碼：A

在黃河流域腹地有一個形如倒置葫蘆的區域，因該區域位于鄂爾多斯高原，其地表水不匯入黃河水系，故被稱作鄂爾多斯地表內流區（以下簡稱內流區）。民國時期和新中國成立初期，曾兩次勾繪和測量黃河流域的面積，當時都認為內流區的河流、湖泊水體和黃河水系不連通，從而沒有把內流區面積計入黃河流域面積內。20世紀70年代，黃委雖然精心勾繪了內流區邊界并量算了內流區的面積（42 269km²），但是也以同樣的理由，并沒有把內流區劃人黃河流域范圍內。因此，長期以來，內流區成為黃河流域的一塊“飛地”。20世紀80-90年代，由于內流區在黃河流域的特殊位置和治黃工作需要，因此將內流區的面積隱含地包含在黃河流域面積內，例如“黃河流域面積752 443km²，包括鄂爾多斯內流區則為794 712km²"“黃河流域面積79.5萬km²（含內流區4.2萬km²）”等[1]。

在全國第一次河湖普查期間（2013年），黃委河流湖泊普查組與國務院河流湖泊普查辦公室經過調研和認真分析認為，內流區的地下水和黃河干支流存在密切的水力聯系，從廣義的流域集水面積概念出發，正式提出把內流區的面積劃歸黃河流域，從而結束了內流區是黃河流域“飛地”的尷尬局面。

本文以3S技術為支撐，對內流區邊界的界定、標準以上河湖地理特征值普查和技術約定進行了分析，以期使廣大學者和業內人士對該區域情況有一個清晰的認識，同時也為決策者提供理論依據。

1 研究區概況

1.1 地形地貌

內流區位于黃河河套以南，西、北、東三面為黃河干支流，南面以白于山與黃土高原為界。據傳，鄂爾多斯在蒙語中的意思是“眾多的宮帳（殿）”，因明代成吉思汗陵寢移至此處，故鄂爾多斯高原、鄂爾多斯內流區也以此命名。內流區海拔1100～1500m，區內相對高差20～80m，北部是庫布齊沙漠，中南部是毛烏素沙地，西北部和東南部是流動沙丘，夾雜零星基巖臺地和剝蝕平地，地表大部被現代風積沙覆蓋，低凹處分布眾多的湖（淖）和凹地草灘，生態環境極其脆弱，屬荒漠草原地貌景觀。內流區地表以下分布現代白堊系碎屑巖裂隙巖含水層，層內沉積了以河湖相為主體的粗、中、細砂巖，其中夾有少量的不連續的泥巖隔水層（約占1/7），成為千米厚、單一結構、具有潛水和半承壓水性質的地下含水層。

1.2 氣候特征

內流區地處溫帶大陸性干旱氣候區，多年平均氣溫為6.0℃，最高、最低氣溫分別接近30、-30℃，平均風速3.6m/s，最大風速22m/s，經常發生沙風暴，是黃河風成沙的主要地區之一。區內不同地區多年平均降水量為200～300mm，水面蒸發量為1400～1800mm，多年平均徑流深為5～15mm，徑流系數為0.036，是黃河流域平均徑流系數的1/5。少量的降雨被大量蒸發和下滲，形成的河流中途就會消失，或以星羅棋布的內陸湖盆或凹地作為歸宿，分散的河湖很不發育，缺乏常流河，水量不平衡和地形地貌兩大因素是內流區形成的主要原因。

2 研究方法

2.1 普查數據源

普查數據源包括：①1：50000地形圖資料;②多時相（2003年12月—2009年12月）分辨率為20m的中巴資源衛星遙感影像（見圖1，紅線為提取的湖泊邊界線）;③單一時相（最近3a）分辨率為2.5m的數字正射影像（DOM）數據。

除1：50000基礎地理信息數據庫中的DEM外，還有分辨率為30m的DEM數據、不同分辨率多時相的其他衛星影像數據以及各種與河湖普查有關的已有成果等。流域邊界劃分、數字水系提取、平原水網區河流選定、水面面積的提取等關鍵環節均采用多源數據進行綜合比對分析;流域面積、河長等信息核對也采用多源數據進行綜合分析。

2.2 內業數據源

（1）1：50000DEM數據是根據1：50000等高線數據和等高點數據，用數學模型形成的間距為25m的高程點網格數據。

（2）1：50000數字線劃地圖（DLG）數據指地形圖的水系（見圖2藍色線）數據。

（3）多時相（2003年12月—2009年12月）分辨率為20m的中巴資源衛星遙感影像（見圖1）數據。

2.3 關鍵基本要素的提取

2.3.1 流域邊界提取

流域邊界的提取主要根據25m間距的數字高程網格數據，由GIS軟件來實現，可提高流域邊界劃分的工作效率和成果精度，克服人工勾繪流域邊界的可能誤差。

數字流域邊界是由25m為基本單位的折線組成的封閉多邊形，由圖3（藍色線、綠色線為提取的河道線）可以看出數字流域邊界（粉紅色線）與等高線（黑色線）的匹配程度。

圖4中，粉紅色線為數字流域邊界，黑色線為等高線，藍色箭頭紅色線表示每個25m網格中的水流方向。

2.3.2 河流提取

為方便計算流域內任意一點的集水面積，本次普查沒有直接應用1：50000DLG的水系數據，而是根據25m間距的數字高程網格數據，由GIS軟件提取數字河流（見圖5）。為提高數字河流的精度，先把1：50000DLG的水系與數字高程網格數據進行融合，然后再用GIS軟件提取數字河流，并提取數字河流任一斷面的集水面積、河流比降等要素。數字河流也由折線組成，折線長度以25m為基本單位。由圖6可見數字河流（綠色線）與1：50000DLG水系（藍色線）的匹配程度較好。

圖7粉紅色線為數字流域邊界，綠色線為數字河流，粉紅色虛線為數字河流第一個斷面的流域集水邊界（面積為0.2609km²），右側黑色虛線為數字河流第一個斷面下游25m斷面新增的流域集水邊界（面積為0.0028km²），左側黑色虛線為數字河流第一個斷面上游25m斷面新增的流域集水邊界（面積為0.0712km²，上游25m斷面的集水面積為0.1897km²，未達到數字河流形成的集水面積閾值）。由此可見，數字河流與1：50000DLG水系的最大不同在于數字河流的每個斷面均有確切的集水邊界。

2.4 湖泊水面面積提取

湖泊水面面積的提取主要依據分辨率為20m的遙感影像數據和1：50000的DOM和DLG湖泊邊界數據，由RS和GIS軟件來實現。首先，直接對多時相遙感影像進行湖泊水面邊界提取，并據此計算湖泊水面面積;然后，根據湖泊水面面積邊界線，確定普查選用的湖泊水面面積，再利用1：50000的DOM數據對相應時相的遙感影像進行精校正;最后，再次提取湖泊的水面邊界并據此計算普查的湖泊水面面積。

湖泊水面邊界是由折線組成的封閉多邊形，以20m為基本單位，由圖8可見湖泊水面邊界（紅色線）與影像的匹配較好。

3 結果與分析

3.1 內流區邊界線變化及其原因分析

3.1.1 內流區新舊邊界線對比分析

河湖普查量算的內流區面積為46505km²，比原面積（42269km²）增加了4236km²（即增加9.1%）。內流區河湖普查的分界線和原分界線套繪圖見圖9，可以看出分界線變化較大的地方有4處。其中：內流區北部十大孔兌以西的邊界，面積增加約1600km²;西南部面積增加約2800km²;東南部與無定河流域邊界面積有增有減，以減為主，總體上減少約600km²;西部與都思兔河流域邊界面積有增有減，以增為主，總體上增加約400km²，其他部位邊界變幅較小。

3.1.2 內流區邊界線變化原因分析

內流區大部被現代風沙覆蓋，周邊沙丘流動，地表起伏平緩，雖有眾多湖（淖）凹地草灘，但相對高差變化不大，因此邊界劃分難度較大。

20世紀70年代劃分內流區邊界線的原則是：在1：50000地形圖上沿內流區與黃河相鄰的每一條支溝溯源觀察，當遇到閉流凹地時，分析凹地水面與凹地周圍最低部位的高差，若凹地的水面抬高10m（即一個等高距）也不能從凹地邊沿最低溢出的地方，則把其作為與內流區交界上的一個控制點，待各條支溝上游分水線的控制點都確定后，參照等高線的變化趨勢，把控制點連接起來，即作為內流區的分界線。對于經調查在特大洪水曾破淖流進黃河支溝或黃河支溝上游人工開挖的排水渠所能影響的范圍，均劃人黃河水系。

河湖普查時依據等高線數據（DEM）進行內業提取，從控制點等高線的變化及趨勢、湖（淖）水質屬性以及歷史洪痕等因素進行綜合判斷。由于兩者采用的地形圖、量算工具和判斷因素不同，因此出現邊界線不一致的情況，河湖普查確定的邊界線更準確、更科學、更具有說服性。

3.2 內流區邊界線變化對相鄰黃河支流的影響分析

內流區邊界的變化勢必會影響到相鄰黃河支流的面積和河長的改變。影響較大的河流有西部的都思兔河、東部的禿尾河和無定河支流榆溪河、海流兔河、納林河、小河，見表1[2]。

從表1可知：原來數據和普查數據相比，都思兔河的流域面積和河長分別減小4.5%、3.6%，禿尾河的流域面積和河長分別增大5.2%、0.7%，海流兔河流域面積和河長分別減小18.1%、28.9%，榆溪河流域面積和河長分別減小2.8%、34.8%。

3.3 內流區河湖特征值統計

采用3S技術全面普查了內流區流域面積在50km²及以上的河流名稱、位置、面積、河長、比降、河源、河口坐標、流域降雨量以及徑流深等，普查了水面面積在1km²及以上的湖泊名稱、位置、水面面積和水質等。

3.3.1 河流特征值統計

經普查統計發現，內流區流域面積大于50km²的河流有104條，占全黃河流域河流總數的2.5%，其中面積大于100km²的河流有73條，大于500km²的河流有17條，大于1000km²的河流有4條，大于3000km²·的河流有2條。按河長統計，河長大于7km的河流有104條，大于20km的河流有77條，大于50km的河流有12條，大于100km的河流有2條。

流域面積大于1000km²的河流分別是：摩林河，流域面積和河長分別為6970km²、187km（原流域面積和河長分別為5222km²、174km）;陶來溝，流域面積和河長分別為3116km²、87km;摩林河支流察哈爾溝，流域面積和河長分別為1905km²、100km;黑炭淖爾溝，流域面積和河長分別為1019km²、72km。

內流區共有12條河流是跨省界河，其中跨內蒙古、陜西界有4條，跨寧夏、陜西界有5條，跨內蒙古、寧夏界有3條。其他在內蒙古境內67條，寧夏境內17條，陜西境內8條。

3.3.2 湖泊特征值統計

經普查統計，內流區內水面面積大于1.0km²的湖（淖）有43個（湖泊面積以2003-2009年多時相遙感影像數據識別的所有湖泊水面面積序列的中值為準），占全黃河流域湖泊總數的29.5%，其中41.9%的湖（淖）屬鹽湖，58.1%屬咸水湖。

水面面積大于5km²的湖（淖）有4個，分別為：紅堿淖，水面面積41.4km²，屬咸水湖，位于陜西省神木縣和內蒙古自治區伊金霍洛旗交界處;胡同察汗淖爾，水面面積20.0km²，屬咸水湖，位于烏審旗境內;察汗淖，水面面積8.1km²，屬鹽湖，位于杭錦旗境內;烏蘭淖爾，水面面積5.6km²，屬咸水湖，位于伊金霍洛旗境內。

2012年4月，陜西省河流湖泊普查組專門組織人員對紅堿淖湖區進行外業測量，量算結果表明紅堿淖水域面積為33.2km²，其中陜西省境內27.3km²，內蒙古自治區境內5.9km²，湖泊容積1.071億m³，平均水深2.75m，最大水深5.1m。

河湖普查內流區多年平均降水量為263mm，占全流域平均降水量的60%;徑流深為9.6mm，占全流域徑流深的12.8%。

3.4 內流區特征值的技術約定

按照辭典上的解釋，內流區是“地表徑流不與海洋相通的地區”，由于黃河內流區的地表河湖水體不和黃河水系連通，也即沒有與海洋相通，因此河湖普查時將該區作為一個特殊的區域對待，并對其特征值作某些技術約定。

全國河湖普查實施方案中規定，把流入海洋、匯入內陸湖和消亡于戈壁沙漠的河流定義為0級河流（亦是干流），流入0級河流的稱1級河流，流入1級河流的稱2級河流，以此類推。這樣，黃河干流就是。級河流，諸如渭河、洛河等是黃河的1級支流。但是，河湖普查在處理內流區的河湖編碼時，將內流區作為黃河虛擬的一級支流對待，內流區內直接注入湖（淖）或消失在沙漠中的獨立河流虛擬為黃河的2級河流（46條），而流入2級河流的稱為3級河流（43條），以此類推，流入3級河流的稱為4級河流（14條），流入4級河流的稱為5級河流（1條）。

類似這樣虛擬分級的河流還有寧夏河西綜合區（面積9216km²）、寧夏河東南部灌區綜合區（面積6804km²）等，都是虛擬的黃河1級支流。這些綜合區的特點是：河流渠道縱橫交錯，流域邊界不易分辨，綜合區內的退水渠道和地下水排泄（指排入黃河的水）很分散。

在表述黃河流域集水面積時約定：黃河流域集水面積為813122km²（含內流區46505km²）（第一次全國河湖普查數據）。這樣，將內流區的面積包括在黃河流域的集水面積中，同時突顯了內流區作為特殊的區域對待，在稱呼上又繼承了過去曾經習慣的表達形式。在表示黃河上、中、下游流域集水面積時，內流區的面積不包括在內，而是單獨列出內流區的面積。在表示黃河上、中、下游流域陸地面積或黃河左、右岸面積時，內流區面積應包括在上游區陸地面積內和黃河右岸面積內。

內流區地下水是從西、北、東3個方向分散注入黃河干支流的，而目前還沒有很先進的技術手段監測地下水匯流的時空分布情況，考慮到內流區地下水匯入黃河的水量比較少，故約定黃河干流上的水文站以及水利工程所控制的面積仍和過去一樣都不包括內流區面積。

4 結論

河湖普查量算的內流區面積為46505km²，比原面積增大9.1%，分界線變化較大的地方有4處，分別位于內流區北部十大孔兌以西、內流區西南部，內流區東南部與無定河流域、內流區西部與都思兔河流域處。分界線變化的主要原因是兩次普查所采用的地形圖、量算工具和判斷因素不同，河湖普查的分界線更準確、更科學、更具有說服性。

內流區邊界的變化同時對黃河支流產生較大影響。諸如西部的都思兔河、東部的禿尾河和無定河支流榆溪河、海流兔河、納林河、小河等。

經普查統計發現，內流區流域面積大于50km²的河流有104條，占全黃河流域河流總數的2.5%，其中：面積大于100km²的河流有73條，大于500km²的河流有17條，大于1 000km²的河流有4條，大于3 000km²·的河流有2條。水面面積大于1.0km²的湖（淖）有43個，占全黃河流域湖泊總數的29.5%，其中41.9%的湖（淖）屬鹽湖、58.1%屬咸水湖。

河湖普查時將內流區河流等級和黃河流域集水面積表述等作了某些技術約定。在表示黃河上、中、下游流域集水面積時，內流區的面積不包括在內，而是單獨列出內流區的面積。在表示黃河上、中、下游流域陸地面積或黃河左、右岸面積時，內流區面積應包括在上游區陸地面積內和黃河右岸面積內。同時，黃河干流上的水文站以及水利工程所控制的面積仍和過去一樣都不包括內流區面積。

參考文獻：

[1]黃河水利委員會.黃河流域特征值資料[R].鄭州：黃河水利委員會，1977：5-6.

[2]黃河水利委員會水文局.黃河流域河湖普查成果表[R].鄭州：黃河水利委員會水文局，2012：22-36.