充分应用新技术查清河流湖泊基本情况

2013-08-15蔡建元刘九夫魏新平

中国水利 2013年7期

邓坚，蔡建元，刘九夫，魏新平

（1.水利部水文局，100053，北京；2.南京水利科学研究院，210029，南京）

在国务院第一次全国水利普查领导小组办公室的统一部署和领导下，在各地水利普查机构的共同努力下，河湖基本情况普查工作按期完成并取得了丰硕的成果，全面系统查清了我国流域面积50 km2及以上河流和常年水面面积1 km2及以上湖泊的数量、分布等基本情况，编制了全国河流湖泊名录，形成了全国河流湖泊数字水系，建立了河流湖泊主要特征基础数据库，填补了河流湖泊基础国情信息空白。

一、河流普查

1.河流普查方法

我国幅员辽阔，河流众多，流域和区域差异极大，既有地势平坦的平原区，也有崇山峻岭、内陆高寒、甚至是人迹罕至的区域。在有限时间、有限投入的条件下，如何对全国河流进行全面调查，是本次普查需要解决的重大技术问题。通过不同流域（区域）试点和反复专家咨询论证，形成了内外业相结合普查方法和基于3S技术为代表的技术路线。

（1）统一标准、统一要求、统一方法的普查原则

本次河流基本情况普查统一使用1∶5万第二代国家基础地理信息数据、近期2.5 m分辨率遥感影像数据等，确定统一的技术路线和普查方法，遵循统一的质量控制标准，为构建高质量的基本国情资料数据库提供了可靠保证。

（2）外业调查资料—内业综合分析—复核再调查的普查方法

外业调查资料主要包括1∶5万第二代国家基础地理信息数据、近期2.5 m分辨率遥感影像数据等。国家基础地理信息数据包括数字线划图（DLG）、数字高程模型数据（DEM）和数字正射影像（DOM），这些资料成果和数据为河流普查的内业综合分析提供了第一手资料。

内业综合分析指在GIS、RS等计算机软件平台的支撑下，通过1∶5万DEM、DLG水系开展河流流域边界、数字河流水系的提取工作，并利用近期2.5 m分辨率遥感影像、外业调查资料与已有的河流相关资料开展内业清查普查与复核工作。

复核再调查指对内业清查与复核工作中存在疑问、不能准确确定的问题开展外业调查，主要包括河流流域（区域）边界、河流干支流关系、河口位置等。

本次普查中特别强调了内业与外业相结合、自上而下与自下而上相结合的方法。内业为外业提供基础信息和技术支撑，外业为内业不能完成、不能准确确定、存在疑问的内容提供了必不可少的补充手段。自上而下指国普办河湖组侧重河流的内业清查普查，自下而上则指流域、省（自治区、直辖市）普查办侧重本辖区河流的内外业清查和普查。两者结合，反复交互，为普查成果质量奠定了基础。

（3）充分应用3S技术为代表的先进手段

3S技术是地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感系统（RS）技术的简称。本次普查的技术方案设计了以3S高新技术支撑河流长度、流域面积、流域边界划分等河流自然特征的清查，大大提高了工作效率，保证了成果质量。如近期高分辨率遥感影像数据提供最新下垫面信息，为河流普查成果的复核等工作服务；充分应用GPS技术装备采集野外普查点、线、面对象高精度的经纬度坐标；GIS为流域边界和数字水系的自动提取、普查成果检查提供关键技术平台。

2.河流普查主要成果

（1）全国河流名录成果

通过逐条河流的清查和普查，形成了全国河流名录成果，全面查清了我国标准以上河流的名称、数量等基本情况。河流名录成果主要包括河流编码、河流名称、河流级别、上一级河流代码与名称、河流长度、流域面积、流经县级行政区和备注（大多备注河流的又名、别名以及河段名称等）的内容。全国河流名录成果构建了可按内流区和外流区、全国10大一级流域（区域）、全国69个二级水系乃至31个省（自治区、直辖市）等不同要求、适应各种属性检索要求的河流数据库。

（2）河流数量统计成果

本次普查的成果显示，我国流域面积分别在 50 km2、100 km2、1 000 km2和10 000 km2及以上的河流总数分别为45 203条、22 909条、2 221条和228条。通过对河流普查成果海量数据的搜索和组合，可以得到不同流域水系的河流密度、跨界河流的跨界类型与数量、入境与出境的定量统计等。

（3）河流水系自然特征成果

河流水系的自然特征成果包括流域水系的河网密度、给定标准以上河流的流域面积与河长数据、河流的面积长度结构、河流比降结构等等。如普查数据显示：我国流域面积在 50 km2、100 km2、1 000 km2和10 000 km2以上的河流总长度分别为 150.85万 km、111.46万 km、38.65万km和13.25万km。

（4）河流水系水文特征成果

河流水系水文特征成果包括综合数字流域水系、调查和实测洪水数据、水文水位站分布以及多年平均年降水深、年径流深等数据成果。本次普查以第二代国家基础地理信息数据为基础，结合外业查勘数据和近期2.5 m分辨率遥感影像数据，利用GIS和空间分析技术，形成了综合数字流域水系成果，包括数字河流、数字流域边界、数字水系图以及基于DEM和DOM的三维数字流域水系图等。共普查调查和实测的历史洪水总数9 452个。本次普查对全国水文（水位）站的位置、分布、观测项目、站网密度等有了全面掌握，同时分析计算了以河流为单元的多年平均年降水深和多年平均年径流深资料。

3.河流普查成果评价

本次普查，全面查清了我国河流的基本情况，形成了全面系统的河流基本情况普查成果。

（1）河流普查数量比对分析

在全面收集获取河流普查数据后，开展了普查成果分析，将河流普查成果与以往历史资料在全国、省级、具体流域（如长江）等不同层面进行对比分析。如对流域面积1万km2及以上河流的数量与《河湖大典·长江卷》《中国自然地理纲要》的比对分析。对流域面积1 000 km2及以上河流的数量与《河湖大典·长江卷》《河流概论》《中国自然地理纲要》《中国主要江河水系要览》以及1957年我国第一次水力资源普查资料进行比对分析。对流域面积100 km2及以上河流数量与《中国自然地理总论》和有关专家学者论文中数据进行比对分析。广东省对全省100 km2及以上河流数量与以往已有资料进行了比对分析。部分省（自治区）流域面积50 km2及以上河流数量与20世纪80年代资料（河流流域特征值）进行比对分析。在成果比对分析中，凡出现差异的均分析了差异性质、误差大小以及造成差异的原因。

（2）与以往数据差异原因分析

本次普查，全国河流的数量和以往已有数据存在较大差异，主要原因有三：一是统计口径不同。以10 000 km2河流数量为例，普查数据为228条，《中国自然地理纲要》为79条，经深入分析，《中国自然地理纲要》上的79条只统计干流入海、出境、入内陆湖和消亡于沙漠的流域面积大于10 000 km2及以上的河流，未统计流入这些河流大于10 000 km2及以上的支流。二是统计方法不同。本次普查，以包括河口和河源的整条河流为对象，采用了先数干流再数支流的干支流逐级递推统计方法，确保了河流统计不重不漏，客观科学，不因人而异。如长江从长江河口到源头只算一条河流，金沙江由于只是长江干流的一段，不重复进行统计。三是技术手段不同。本次普查以1∶5万第二代国家基础地理信息数据、近期分辨率为2.5 m的遥感影像数据为主要数据源，充分利用3S技术，大大提高了工作效率，确保了普查成果的质量。以往已有的河流数据，如1958年第2期水利学报和1960年3月北京师范大学学报提出的全国100 km2及以上河流5万条以上，由于受当时基础资料局限，是估算得出的，因此误差较大。

（3）河流普查成果初步评价

①在统一标准、统一要求、统一方法下，不同流域、不同河流的普查成果具有较高的可比性；技术方案中的编码方法、干支流逐级递推统计法等能满足今后工作中任意给定标准的调整，使普查成果具有可继承性。

②根据对河流普查成果与以往已有数据的对比分析，本次河湖基本情况普查成果的质量是可靠的，数据是可信的。

③在普查完成填表上报并形成汇总成果后，进行了事后质量抽查。该质量抽查由流域普查机构具体组织实施，采取分省实地抽查或集中抽查的方式独立开展，共抽取全国十大一级流域（区域）和31个省（自治区、直辖市）的河流样本207个，抽查评价结果显示，河流基本情况普查抽查样本的填报数据及成果优良率达到规定要求。

4.河流普查成果应用前景

河流基本情况普查成果是国家重大的基础性国情资料，其应用集中体现在经济社会宏观管理、工程技术应用和基础理论研究等三个方面。

①经济社会宏观管理，包括为防灾减灾提供支撑和保障、为水资源管理提供科学依据、为水生态建设提供重要支持、为应对涉水突发公共事件提供有力保障等。

②工程技术应用，如涉水工程建设和运行、中小流域规划与治理、中小河流突发性洪水预测预报、数字化流域水系建设等。

③基础理论研究，如河流源区发育研究、河流演变控制因素研究、河流水系形成理论等。

二、湖泊普查

1.湖泊普查方法

我国湖泊分布广泛、数量众多，一些湖泊位于内陆高原高寒地区，甚至是人迹罕至的地区。湖泊普查方法的确定，经过了试点和反复专家咨询论证，形成了内外业相结合普查方法和基于3S技术为代表的技术路线。

与河流基本情况普查相同，湖泊基本情况普查按统一标准、统一要求和统一方法的原则，“三统一”的原则从普查数据源、技术路线、普查方法、质量控制标准等方面，确保了湖泊普查成果在技术上的统一性和可比性，为全国湖泊数据库的建设提供良好基础。

用于湖泊普查的外业调查资料主要包括：多时相分辨率20 m的资源卫星遥感影像数据、1∶5万第二代国家基础地理信息数据中的DLG（数字线划图）等电子数据资料、近期分辨率为2.5 m的遥感影像数据、部分省（自治区）及重点湖泊水下地形数据等。

湖泊普查采用内业与外业相结合、自上而下与自下而上相结合的方法。工作流程包括外业资料收集、内业提取分析、内业外业调查复核等，内业为外业提供基础数据和技术支撑，外业为内业不能完成、不能准确确定、存在疑问的内容提供重要补充，两者结合，反复交互。

在湖泊基本情况普查中，地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感系统（RS）技术得到充分运用，为湖泊水面面积的提取和内业成果复核等工作提供服务，为湖泊水深和容积外业测量提供了关键技术支撑。

2.湖泊普查主要成果

（1）全国湖泊名录成果

通过逐个湖泊的清查和普查，形成了全国湖泊名录成果，全面查清了我国常年水面面积1 km2及以上湖泊的名称、数量等基本情况。湖泊名录成果主要包括流域、水系、湖泊名称、湖泊编码、水面面积、所属行政区、所在省级行政单位、备注等。该名录成果构建了可按内流区和外流区、全国十大一级流域（区域）、全国69个二级水系乃至31个省（自治区、直辖市）等不同要求、适应各种属性检索要求的湖泊数据库。

（2）湖泊数量统计成果

本次普查全国常年水面面积1 km2及以上湖泊总数为2 865个，水面总面积7.8万km2（不含跨国界湖泊境外面积）。通过普查，全面掌握了各种给定水面面积标准以上湖泊在全国、流域（区域）、省（自治区、直辖市）的分布情况。

（3）部分湖泊特征成果

经普查汇总，全国水面面积1 km2及以上湖泊按淡水、咸水和盐湖三种属性分类分别有1 594个、945个和166个，占湖泊总数百分比分别为55.6%、33.0%和5.8%，另有160个湖泊因地处西部高原无人区等原因目前尚无咸淡水属性资料。

（4）部分西部重要湖泊容积测量成果

本次普查对青海的青海湖、西藏的纳木错、新疆的艾比湖按照1∶5万比例尺地形测量规范要求，采用统一的技术路线和测量方法开展了湖泊容积测量工作，取得了湖容测量成果表、湖容曲线等宝贵的实测数据，以及据此绘出的湖盆三维立体图等重要成果。

3.湖泊普查成果分析评价

本次普查设定的普查指标共有10项，通过普查，取得了系统和丰富的成果数据。

（1）湖泊普查成果的对比分析

在目前最常用的湖泊资料中，《中国湖泊名称代码》（SL 261-1998）给出了水面面积1 km2及以上湖泊2 928个，其中水面面积大于1 000 km2的湖泊数量13个，水面面积500～1 000 km2的湖泊数量18个，水面面积100～500 km2湖泊数量107个。

湖泊普查成果与《中国湖泊名称代码》的对比分析显示：水面面积大于1 000 km2的湖泊数量相差3个，包括罗布泊、察尔汗盐湖、昆特依干盐湖。其中罗布泊本次普查作为特殊湖泊处理；昆特依干盐湖为干盐湖，本次普查不作统计；察尔汗盐湖为我国最大的固液相并存盐湖湖泊群，现已分为东达布逊湖、西达布逊湖、南霍布逊湖、北霍布逊湖、团结湖等，普查中已分别进行了统计。水面面积500～1 000 km2的湖泊数量相差2个，包括玛纳斯湖和大浪滩干盐湖。其中玛纳斯湖已干涸，本次普查作为特殊湖泊处理；大浪滩干盐湖为干盐湖，本次普查不作统计。水面面积100～500 km2的湖泊数量相差4个，本次普查新增18个，减少22个。在新增的18个湖泊中，16个湖泊因水面面积变化后大于100 km2，2个湖泊因母湖分离出来的子湖水面面积大于100 km2；在减少的22个湖泊中，10个湖泊因水面面积变化后小于100 km2，7个湖泊干涸，3个湖泊由母湖分离出子湖后水面面积均小于100 km2，2个作为水库工程进行普查。

（2）湖泊普查成果初步评价

①通过对湖泊基本情况普查成果与以往数据的对比分析说明，本次普查成果质量是可靠的，数据是可信的。

②西部部分重要湖泊的容积测量虽然涉及湖泊数量不多，但填补了历史资料空白。

③通过普查事后质量抽查工作，对湖泊对象共抽取样本24个，抽查评价结果达到了规定要求。

④普查成果为我国湖泊变化趋势研究提供了数据支撑。常年水面面积1 km2以上的2 865个普查湖泊中，通过对遥感影像数据提取的每个湖泊不同时期水面面积序列进行分析可以发现，以普查的常年水面面积为基准，系列水面面积最大最小值的差值占基准值的百分比大于10%的湖泊数约占普查湖泊总数的91%，百分比大于20%的湖泊数约占普查湖泊总数的72%，由此可见湖泊的水面面积变化是较为明显的。