基于3S技術的黃河流域特征值界定

蔣秀華 郭邵萌 李焯 王瑩

摘要：為使廣大治黃工作者更好地了解黃河流域河流與湖泊普查的情況，介紹了河湖普查的內容、技術路線以及河湖普查的主要地理特征信息，包括標準以上河湖數量及河湖名錄，最新的黃河集水面積（813 122 km）、河長（5687 km）、河源和河口位置、標準以上河湖以及水文測站的地理水文特征值等。同時，對一些關鍵的地理特征提出了新的認識和界定。在此基礎上，對新成果和原特征值進行了對比分析。

關鍵詞：河湖名錄;河源;河口;地理特征值;3S技術;河湖普查;黃河流域

中圖分類號：TV221.2;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000- 1379.2019.02.002

2010-2012年，國務院領導開展了第一次全國水利普查工作。其中河流與湖泊基本情況普查（以下簡稱河湖普查）是水利普查的基礎，是我國基本國情資料和水利信息化的重要內容。河湖普查的內容：①全面查清給定標準（指流域面積在50 km以上的河流和常年水面面積在1km以上的湖泊）以上的河流和湖泊的數量、分布等情況;②編制標準以上河湖名錄和編碼;③普查河湖、水文站等地理水文特征值（指河長、面積、比降、河源河口和站點地理坐標、湖區水面面積、水深、咸淡水屬性、流域年均降雨深和徑流深、河流最大洪峰等），并建立河湖特征信息數據庫，為國家經濟社會可持續發展戰略提供河湖基礎國情資料。河湖普查在繼承和應用現有成果的基礎上，采取國務院第一次全國水利普查領導小組辦公室（簡稱國普辦）、流域和省級河湖基本情況普查技術工作組自上而下與自下而上相結合的工作流程，根據1：5萬3D[指DEM（數字高程模型）、DOM（數字正射影像圖）、DLG（數字線劃地圖）]數據和中巴資源衛星及2.5 m分辨率的遙感數據，采用3S[指GPS（全球定位系統）、GIS（地理信息系統）、RS（遙感）]技術進行多元數據提取和內業分析，并通過外業調查確定重要疑難或有爭議的問題，最后形成河湖普查成果[1]。黃河流域河湖普查歷時3a，提交了完整、準確、權威的黃河流域河湖普查成果。為讓廣大治黃工作者更好地了解和掌握新的黃河流域河湖基本特征，本文對河湖普查的主要成果進行了介紹。

1 查清黃河流域河湖數量與分布，建立河湖名錄和編碼

河湖普查根據國家基礎地理信息數據庫、中巴資源衛星以及不同分辨率多時相的其他衛星影像等多源信息數據，通過內業提取流域邊界、水系結構以及湖泊水面面積等信息，首次系統、準確地清查了黃河流域標準以上的河流和湖泊情況。

1.1 黃河流域河湖數量統計與分析

（1）河流統計。經統計，黃河流域內流域面積在50 km2以上的河流共有4 157條，其中：山地河流3 909條（占黃河流域全部河流的94 %），內流河（僅指鄂爾多斯內流區）有104條，平原河網區河流有144條。下面重點統計分析山地河流。

山地河流流域面積大于1 000 km2的河流有195條，占全部山地河流的5.0%;河長大于100 km的河流125條，占全部山地河流的3.2%，山地河流面積與河長統計見表1。普查規定，人海河流級別為0級，流人0級的河流稱1級河流，流人1級河流的稱2級河流，依此類推。黃河流域河流共分為7級，黃河干流為0級.1級支流是直接入黃的河流，有535條，占總數的13.7%，其中流域面積大于1 000 km的河流有88條、流域面積大于10 000 km的河流有11條：2級河流最多，有1 560條，占39.9%。黃河流域干支流級別見表2。

（2）湖泊統計。經統計，常年水面面積在1 km2以上的湖泊有146個，其中面積大于50 km的有3個，占總數的2.1%。湖泊按面積級別統計見表3。湖泊分布在內蒙古最多（72個），其次為青海?。?3個），其他為寧夏15個、山西6個、四川5個、陜西5個、甘肅2個（其中內蒙古、寧夏、陜西、甘肅各1個跨省湖泊）。湖泊總水面面積為2 082.29 km。

1.2 河湖名錄和編碼

（1）河湖名錄。在統一調整河湖名稱、理清各水系的分界線和干支流關系的基礎上編制了河湖名錄。河湖名錄包括河名、編碼、級別、上級河流名稱和編碼、河長、面積、分省面積、流經的地區及河名備注等;湖泊名錄包括湖泊名稱和編碼、所屬水系、水面面積、咸淡水屬性、所屬行政區、跨界類型等，這些信息將成為流域和國家基礎信息的重要組成部分。

（2）河湖編碼。為方便河湖數據的應用，對名錄中的河湖進行編碼。河流編碼采用按類別干支流逐類遞推的編碼方法。具體做法：在按干支拓撲關系對河流進行分級的基礎上，根據河流集水面積、河長等屬性進行分類（規模）編碼，并逐類遞推編碼窮盡所有河流，編碼為12位。湖泊編碼采用湖泊所在最小流域（區域）的河流編碼加該流域所有湖泊按常年水面面積從大到小的順序編號進行，編碼為15位。

（3）河湖名稱。河湖名稱以最新1：5萬地形圖上標的名稱為準，黃河流域大部分的河名和全部的湖名保持了原名，對部分河名進行了調整，對原來沒有河名的小河進行了命名。

2 最新的黃河集水面積、河長、河源和河口坐標位置

在清查黃河與長江、淮河、海河及西北內陸諸河流域邊界線，重新評價鄂爾多斯內流區、沙珠玉河的歸屬，重新界定河口區面積、黃河河源河口坐標的基礎上，新量算的黃河流域集水面積為813 122 km，列世界排名第21位、全國排名第2位;黃河河長5 687 km.列世界排名第5位、全國排名第2位。和現有成果（指20世紀70年代由黃委量算、水電部審批的《黃河流域特征值資料》，簡稱《77本》）數據比較，流域面積增大60 679 km，河長增加223 km。黃河主要特征值對比分析見表4。

2.1 面積對比分析

普查新量算的黃河流域面積比《77本》面積增加的位置和原因：①將鄂爾多斯內流區（面積42 269km）和沙珠玉河流域（面積8 264 km）正式劃歸黃河流域;②將原來以大堤為界的河口區（面積574 km）擴大為河口準三角洲（面積4 615 km）;③下河沿附近與騰格里沙漠接壤部位面積增大約3 500 km，三盛公附近與烏蘭布和沙漠接壤部位面積增加約1 500 km：④黃河沿以上面積增加約280 km，⑤其他部分流域邊界面積有增有減，變化不大。以上③、④和⑤的變化主要是由使用的地形圖、量算技術和方法以及自然地理條件變化所引起的。河湖普查黃河流域邊界與《77本》邊界套繪示意圖見圖1。

2.2 河長對比分析

普查新量算的黃河河長比《77本》中河長增加的部位和原因：①原河口是刁口河流路，現河口是經過改道后的清水溝清8汊流路：②黃河平原河段主槽線或河道曲率經過40多a的沖淤擺動，均發生了很大的變化，干流上新修建了10余座水庫，其河長以庫水面的主流線替代了庫底的主槽線：③兩次量算河長所采用的技術和方法不同，河湖普查是根據DEM和DLG數據用計算機自動提取和計算的，而《77本》是先用手工在地形圖上勾繪河道中泓線（或主槽線），再用兩腳規分段量算，從而人為造成曲率變小、量算河長變短的系統誤差。經對比，黃河干流上游河長增加155 km、中游增加53 km、下游增加15 km。

2.3 河源、河口對比分析

（1）黃河河源有了權威性的界定結論。新中國成立以來，黃委多次到黃河源區考察，從1952年開始正式確定黃河發源于約古宗列曲。但長期以來，學術界對黃河的發源地一直存有爭議，并且在20世紀80年代的部分教科書、地形圖以及辭海里提出黃河河源是卡日曲。河湖普查中黃委提出確定黃河河源必須綜合考慮水文地理因素和歷史人文傳承因素的觀點，得到了國普辦和沿黃各?。▍^）的支持和肯定，并一致確認約古宗列曲為黃河的正源，這是全國河湖普查對黃河河源界定的權威結論。

（2）新界定的黃河河源。河湖普查確定黃河河源區位于約古宗列曲上游的瑪曲曲果，面積約800 km。黃河的源頭位于約古宗列曲向上溯源至流域分水線的交點，該交點是黃河干流最遠最高之點，亦是量算黃河河長的起點。其地理坐標為東經95°55′ 02″、北緯35°00′25″，黃海高程4 724 m。和《77本》中的河源位置比較，向西北移動了16 km。變動的主要原因是《77本》使用的是20世紀60年代1： 10萬的舊地形圖，精度較差，若將舊圖和2003年的地形圖套繪比較，則可以發現流域分水線、河道線都有很大的變化，見圖2。

（3）新界定的黃河河口。根據黃河河口演變的特點和對河口相對穩定的認識，根據《聯合國海洋公約》第九條規定：確定黃河河口位于現行人海流路清水溝清8汊主槽（2010年測）外延與海岸平均低潮線相交，該交點象征黃河干流的最低點，表示人海河流與海洋的分界點，亦是量算黃河河長的終點。該點坐標為東經119°15′20″、北緯37°47′04″，黃海高程0.24 m。與《77本》的河口位置比較，向東南方向遷移約61 km，主要原因是《77本》的人海河口是刁口河，現人海流路是經過1976年和1996年兩次人工改道的清8汊流路。

3 全面普查標準以上河湖和水文測站的地理特征值

黃河流域普查了4 157條標準以上河流的河長、面積、河源河口坐標、跨界類型、比降、流域降雨和徑流深、水文站（或某地點）最大歷史洪水、水文站點坐標、水文站控制面積和河長等特征數據60 000多組：普查146個標準以上湖泊的水面面積、水深、容積（部分）、咸淡水屬性等特征數據700多組。這是黃河流域迄今最為全面、完整、準確的河湖及水文測站的地理特征信息，改變了過去河湖基礎地理信息不系統、不完整、不準確的狀況。以下重點統計對比流域面積大于1 000km的河流和水文站的地理特征值。

3.1 面積大于1000 km的河流特征值對比分析

普查黃河流域面積大于1 000 km的河流有199條，現有成果只有152條與之匹配，現將匹配的152條河流的特征值進行對比分析。

（1）流域面積、河長對比分析。流域面積和河長按新舊兩次量算的相對誤差的絕對值分別為3%和5%作為標準誤差進行比較。在152條河流中，有25條河流的流域面積誤差大于標準誤差（占16.4%），有41條河流的河長誤差大于標準誤差（占27.0%）。經分析，超標準誤差的河流中有90%位于沙丘荒漠區和平原河網區，這些河流的分水線較難劃分，受人為因素影響大，還有些是河流的水系或河源、河口位置進行了調整，自然條件發生變化以及新舊兩次量算的技術與方法有很大的不同等原因造成的。

（2）河源河口對比分析。河源河口按坐標差2’（直線距離約5 km）作為標準誤差進行比較，現有成果只有12條河流有河源坐標，其中只有湟水河源坐標誤差大于2’，原因是河源取了不同的小支溝，兩河源坐標的直線距離約7.6 km;在152條河流的河口坐標對比中，有7條河的河口坐標誤差大于2’，占4.6%，大部分發生在多沙平原河口段，因沖淤變化而引起河口位置的移動。

（3）黃河8條一級支流的主要特征值對比分析。黃河主要的8條一級支流特征值見表5。由表5可見，除沁河流域面積超標準誤差外，其余河流的面積、河長的誤差均在標準誤差允許范圍內。沁河流域面積誤差大的原因是沁河河口位置發生改變，使得老蟒河從沁河流域中劃分出來成為黃河一級支流。

3.2 水文站特征值對比分析

經普查，黃河流域現有水文站381個（指大河站、區域代表站和小河站）、水位站65個、雨量站2 290個，其中黃委管轄水文站118個、水位站45個、雨量站765個。普查時，水文站基本斷面的經緯度統一用GPS在現場測量，數據記錄精確到0.1″（現有成果經緯度記錄到分）;將水文站的經緯度標注到1：5萬電子地形圖上，再自動提取水文站控制的面積和河長，使水文站點的地理特征值量算的技術、方法和標準得到統一，同時進一步提高了數據精度?，F取黃委管轄的84個國家重要水文站的新舊地理坐標、控制面積、河長進行對比分析。

（1）坐標位置對比分析。經統計.有79個站的坐標經度差在0，9′以下，緯度差在1.6′以下，新舊兩次測量的經緯度直線距離平均差為0.75 km。其余5個站中，安寧渡和循化兩站新舊坐標的直線距離分別為20.4、7.0 km.原因是斷面位置發生了變化;西霞院、花園口、夾河灘三站新舊坐標的直線距離分別差2.93、3.48、2.88 km.原因是這些水文站的基本斷面都是寬闊的河床，新舊兩次坐標所取的位置和量算方法不同。

（2）控制面積、河長對比分析。經統計，84個水文站控制面積新舊值平均相對誤差絕對值為0.52%，最小誤差為0，最大誤差絕對值為-17.4%.超過標準誤差的有2個站，原因是水文站所在河流位于荒漠區：84個站的河長新舊平均相對誤差絕對值為2.32%，最小誤差為0.最大誤差絕對值為-29.4%，超過標準誤差的有4個站，主要原因是水文站所在河流位于沙漠區和取不同支流作為河源。

4 河湖普查創新點

4.1 將鄂爾多斯內流區和沙珠玉河流域正式劃歸黃河流域

經過認真、深入的調研和分析，認為鄂爾多斯內流區（簡稱內流區）和沙珠玉河流域的地下水和黃河有水力聯系，從地表、地下水資源總量和流域集水面積有機聯系的水文學觀點出發，將內流區和沙珠玉河流域正式劃歸黃河流域，這一做法得到許多專家、黃委領導和國普辦的肯定和支持，認為“依據充分”。將以上兩區域面積劃歸黃河流域，結束了長期以來黃河流域集水面積只考慮地表匯流條件決定流域邊界的傳統觀念，賦予廣義水文學新的含義，這也是學術觀點與實際應用結合的一個范例?？梢灶A期，將以上兩區域劃歸黃河流域，對黃河流域今后的規劃、治理、開發和科研等工作具有重大的現實意義。

4.2 提出界定黃河河口區面積的新原則和新范圍

以前量算黃河河口區面積都是以當時的人海流路兩岸大堤（或生產堤）以及堤端外延作為流域分界線。河湖普查在分析黃河河口演變規律的基礎上，根據新時期黃河河口綜合治理的新思路[2]和維持黃河健康生命的新理念，提出了界定黃河河口區面積的新原則：①河口區面積范圍應屬于今后黃河尾閭可能擺動改道的范圍（反映河口區近中期演變規律）、河口人海流路總體規劃區范圍（反映新時期黃河河口采取“相對穩定、輪流行河”的治理新思路）以及黃河河口三角洲國家重點自然保護區范圍（河口三角洲的生態環境是黃河健康生命的重要標志之一）;②河口區內的天然地表徑流基本滯留在本區域內而不流到外流域：③符合水利部第21號令規定（即“黃河河口是指以山東省東營市墾利縣寧海為頂點，北起徒駭河河口，南至支脈溝河口之間的扇形地域以及規定的容沙范圍”）。根據以上原則，新界定的黃河河口區范圍為：北岸取馬新河規劃流路左岸管理界起點（利津站斷面以下2 km處）至徒駭河河口，南岸取十八戶規劃流路右岸管理界起點（十八戶閘下，避開東營市和墾利縣城）至永豐河河口，以及兩河口沿海岸連線以內范圍，面積約4 615km。此次界定結束了過去以沿黃大堤界量算河口區面積的傳統做法，改為以黃河現代準三角洲為河口區面積。這一創新措施同樣得到許多專家、黃委領導和國普辦的肯定和支持，認為“河口區的面積更加科學和合理”。

4.3 提出河源、河口的新認識和新觀點

（1）河源表示河流最遠最高的地方，表征河流的自然地理特征屬性：河源又是悠久的歷史進程和人類長期認可的產物，包含著源遠流長的歷史文化底蘊，表征人文傳承的社會文化的屬性。因此，在界定河源時，既要綜合考慮自然地理特征，又要注意歷史人文因素。

（2）任何一條河流的河源是指該流域的干流的河源，干流確定后，河源就迎刃而解。確定干流一般以“唯長唯遠”為原則，有異議時按“多原則綜合判定，科學支撐約定俗成”的原則處理。具體說就是河流向上溯源出現兩條以上支流時，要在支流中選擇一條作為干流。選擇的原則是：①以最長的一條為干流：②以集水面積最大的一條為干流;③各支流河長、面積大體接近時，則以水量明顯大的一條為干流;④各支流長度、面積、水量均接近時，取河道寬廣、河谷平緩順直、上下段自然延伸的一條為干流：⑤充分尊重歷史上較合理的具有人文傳承意義的稱呼。

（3）河源由兩部分組成，一是源頭，象征河流最遠之處、最高之點，是量算河長的起始點，源頭可以用地理坐標確定位置：二是河源區，位于源頭以下由小部分的溪、溝、泉、冰川、雪山、沼澤、湖泊等組成，河源區的大小視河流大小和特點而定，一般大江大河的河源區可以是幾百至上千平方千米，中小河流可以是幾十到上百平方千米。如黃河發源于約古宗列曲，黃河的河源區是指約古宗列曲最上游的部分，由約古宗列曲南支和北支兩條小河環抱，周圍布滿泉水、溪溝、湖盆、雪山，其面積約800 km。黃河的源頭即沿河長較長的約古宗列曲南支向上溯源至流域分水線相交點。

（4）河口是河流與匯人對象相連的地方，表示一條河流的終止端，也是河流的最低點。河口是河流所在流域的出口斷面，流域匯集的徑流量（包括地下水）和泥沙量等都是通過該出口斷面注入上一級河流（或湖、海）。

（5）一個般把支流中泓線與上一級河流中常水位岸邊線的相交點作為支流河口。但是，對于在河口區修建了堤防或控導護岸工程的河流，確定河口位置時必須考慮工程的影響。河口位置不能侵占上一級河流，或上一級河流的水流及輸沙不能侵占下一級河流的河口斷面。

（6）黃河河口區有很快的延伸速度和較強的造陸能力，河口位置經常變化，小的變動是河口向外淤積延伸，大的變化是河口流路改道。因此，黃河河口確定的原則應該是“相對穩定，適時改變”，亦即黃河河口位置是相對的和可變的。河湖普查確定的黃河河口位置只能代表目前河口流路相對穩定時期的平均河口位置，而不能代表今后每一年的河口位置，更不能代表今后可能改道的河口位置。一旦流路發生改變，必須重新測定河口的位置。

參考文獻：

[1] 國務院第一次全國水利普查領導小組辦公室，全國河湖基本情況普查實施方案[M].北京：中國水利水電出版社，2010：5，8，21- 23.

[2]丁大發，安催花，姚同山，等，黃河河口綜合治理規劃[R].鄭州：黃河勘測規劃設計有限公司，2007：2 -3，36- 38，161—162，208.