基于3S技术的黄河流域特征值界定

蒋秀华 郭邵萌 李焯 王莹

摘要：为使广大治黄工作者更好地了解黄河流域河流与湖泊普查的情況，介绍了河湖普查的内容、技术路线以及河湖普查的主要地理特征信息，包括标准以上河湖数量及河湖名录，最新的黄河集水面积（813 122 km）、河长（5687 km）、河源和河口位置、标准以上河湖以及水文测站的地理水文特征值等。同时，对一些关键的地理特征提出了新的认识和界定。在此基础上，对新成果和原特征值进行了对比分析。

关键词：河湖名录;河源;河口;地理特征值;3S技术;河湖普查;黄河流域

中图分类号：TV221.2;TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000- 1379.2019.02.002

2010-2012年，国务院领导开展了第一次全国水利普查工作。其中河流与湖泊基本情况普查（以下简称河湖普查）是水利普查的基础，是我国基本国情资料和水利信息化的重要内容。河湖普查的内容：①全面查清给定标准（指流域面积在50 km以上的河流和常年水面面积在1km以上的湖泊）以上的河流和湖泊的数量、分布等情况;②编制标准以上河湖名录和编码;③普查河湖、水文站等地理水文特征值（指河长、面积、比降、河源河口和站点地理坐标、湖区水面面积、水深、咸淡水属性、流域年均降雨深和径流深、河流最大洪峰等），并建立河湖特征信息数据库，为国家经济社会可持续发展战略提供河湖基础国情资料。河湖普查在继承和应用现有成果的基础上，采取国务院第一次全国水利普查领导小组办公室（简称国普办）、流域和省级河湖基本情况普查技术工作组自上而下与自下而上相结合的工作流程，根据1：5万3D[指DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像图）、DLG（数字线划地图）]数据和中巴资源卫星及2.5 m分辨率的遥感数据，采用3S[指GPS（全球定位系统）、GIS（地理信息系统）、RS（遥感）]技术进行多元数据提取和内业分析，并通过外业调查确定重要疑难或有争议的问题，最后形成河湖普查成果[1]。黄河流域河湖普查历时3a，提交了完整、准确、权威的黄河流域河湖普查成果。为让广大治黄工作者更好地了解和掌握新的黄河流域河湖基本特征，本文对河湖普查的主要成果进行了介绍。

1 查清黄河流域河湖数量与分布，建立河湖名录和编码

河湖普查根据国家基础地理信息数据库、中巴资源卫星以及不同分辨率多时相的其他卫星影像等多源信息数据，通过内业提取流域边界、水系结构以及湖泊水面面积等信息，首次系统、准确地清查了黄河流域标准以上的河流和湖泊情况。

1.1 黄河流域河湖数量统计与分析

（1）河流统计。经统计，黄河流域内流域面积在50 km2以上的河流共有4 157条，其中：山地河流3 909条（占黄河流域全部河流的94 %），内流河（仅指鄂尔多斯内流区）有104条，平原河网区河流有144条。下面重点统计分析山地河流。

山地河流流域面积大于1 000 km2的河流有195条，占全部山地河流的5.0%;河长大于100 km的河流125条，占全部山地河流的3.2%，山地河流面积与河长统计见表1。普查规定，人海河流级别为0级，流人0级的河流称1级河流，流人1级河流的称2级河流，依此类推。黄河流域河流共分为7级，黄河干流为0级.1级支流是直接入黄的河流，有535条，占总数的13.7%，其中流域面积大于1 000 km的河流有88条、流域面积大于10 000 km的河流有11条：2级河流最多，有1 560条，占39.9%。黄河流域干支流级别见表2。

（2）湖泊统计。经统计，常年水面面积在1 km2以上的湖泊有146个，其中面积大于50 km的有3个，占总数的2.1%。湖泊按面积级别统计见表3。湖泊分布在内蒙古最多（72个），其次为青海省（43个），其他为宁夏15个、山西6个、四川5个、陕西5个、甘肃2个（其中内蒙古、宁夏、陕西、甘肃各1个跨省湖泊）。湖泊总水面面积为2 082.29 km。

1.2 河湖名录和编码

（1）河湖名录。在统一调整河湖名称、理清各水系的分界线和干支流关系的基础上编制了河湖名录。河湖名录包括河名、编码、级别、上级河流名称和编码、河长、面积、分省面积、流经的地区及河名备注等;湖泊名录包括湖泊名称和编码、所属水系、水面面积、咸淡水属性、所属行政区、跨界类型等，这些信息将成为流域和国家基础信息的重要组成部分。

（2）河湖编码。为方便河湖数据的应用，对名录中的河湖进行编码。河流编码采用按类别干支流逐类递推的编码方法。具体做法：在按干支拓扑关系对河流进行分级的基础上，根据河流集水面积、河长等属性进行分类（规模）编码，并逐类递推编码穷尽所有河流，编码为12位。湖泊编码采用湖泊所在最小流域（区域）的河流编码加该流域所有湖泊按常年水面面积从大到小的顺序编号进行，编码为15位。

（3）河湖名称。河湖名称以最新1：5万地形图上标的名称为准，黄河流域大部分的河名和全部的湖名保持了原名，对部分河名进行了调整，对原来没有河名的小河进行了命名。

2 最新的黄河集水面积、河长、河源和河口坐标位置

在清查黄河与长江、淮河、海河及西北内陆诸河流域边界线，重新评价鄂尔多斯内流区、沙珠玉河的归属，重新界定河口区面积、黄河河源河口坐标的基础上，新量算的黄河流域集水面积为813 122 km，列世界排名第21位、全国排名第2位;黄河河长5 687 km.列世界排名第5位、全国排名第2位。和现有成果（指20世纪70年代由黄委量算、水电部审批的《黄河流域特征值资料》，简称《77本》）数据比较，流域面积增大60 679 km，河长增加223 km。黄河主要特征值对比分析见表4。

2.1 面积对比分析

普查新量算的黃河流域面积比《77本》面积增加的位置和原因：①将鄂尔多斯内流区（面积42 269km）和沙珠玉河流域（面积8 264 km）正式划归黄河流域;②将原来以大堤为界的河口区（面积574 km）扩大为河口准三角洲（面积4 615 km）;③下河沿附近与腾格里沙漠接壤部位面积增大约3 500 km，三盛公附近与乌兰布和沙漠接壤部位面积增加约1 500 km：④黄河沿以上面积增加约280 km，⑤其他部分流域边界面积有增有减，变化不大。以上③、④和⑤的变化主要是由使用的地形图、量算技术和方法以及自然地理条件变化所引起的。河湖普查黄河流域边界与《77本》边界套绘示意图见图1。

2.2 河长对比分析

普查新量算的黄河河长比《77本》中河长增加的部位和原因：①原河口是刁口河流路，现河口是经过改道后的清水沟清8汊流路：②黄河平原河段主槽线或河道曲率经过40多a的冲淤摆动，均发生了很大的变化，干流上新修建了10余座水库，其河长以库水面的主流线替代了库底的主槽线：③两次量算河长所采用的技术和方法不同，河湖普查是根据DEM和DLG数据用计算机自动提取和计算的，而《77本》是先用手工在地形图上勾绘河道中泓线（或主槽线），再用两脚规分段量算，从而人为造成曲率变小、量算河长变短的系统误差。经对比，黄河干流上游河长增加155 km、中游增加53 km、下游增加15 km。

2.3 河源、河口对比分析

（1）黄河河源有了权威性的界定结论。新中国成立以来，黄委多次到黄河源区考察，从1952年开始正式确定黄河发源于约古宗列曲。但长期以来，学术界对黄河的发源地一直存有争议，并且在20世纪80年代的部分教科书、地形图以及辞海里提出黄河河源是卡日曲。河湖普查中黄委提出确定黄河河源必须综合考虑水文地理因素和历史人文传承因素的观点，得到了国普办和沿黄各省（区）的支持和肯定，并一致确认约古宗列曲为黄河的正源，这是全国河湖普查对黄河河源界定的权威结论。

（2）新界定的黄河河源。河湖普查确定黄河河源区位于约古宗列曲上游的玛曲曲果，面积约800 km。黄河的源头位于约古宗列曲向上溯源至流域分水线的交点，该交点是黄河干流最远最高之点，亦是量算黄河河长的起点。其地理坐标为东经95°55′ 02″、北纬35°00′25″，黄海高程4 724 m。和《77本》中的河源位置比较，向西北移动了16 km。变动的主要原因是《77本》使用的是20世纪60年代1： 10万的旧地形图，精度较差，若将旧图和2003年的地形图套绘比较，则可以发现流域分水线、河道线都有很大的变化，见图2。

（3）新界定的黄河河口。根据黄河河口演变的特点和对河口相对稳定的认识，根据《联合国海洋公约》第九条规定：确定黄河河口位于现行人海流路清水沟清8汊主槽（2010年测）外延与海岸平均低潮线相交，该交点象征黄河干流的最低点，表示人海河流与海洋的分界点，亦是量算黄河河长的终点。该点坐标为东经119°15′20″、北纬37°47′04″，黄海高程0.24 m。与《77本》的河口位置比较，向东南方向迁移约61 km，主要原因是《77本》的人海河口是刁口河，现人海流路是经过1976年和1996年两次人工改道的清8汊流路。

3 全面普查标准以上河湖和水文测站的地理特征值

黄河流域普查了4 157条标准以上河流的河长、面积、河源河口坐标、跨界类型、比降、流域降雨和径流深、水文站（或某地点）最大历史洪水、水文站点坐标、水文站控制面积和河长等特征数据60 000多组：普查146个标准以上湖泊的水面面积、水深、容积（部分）、咸淡水属性等特征数据700多组。这是黄河流域迄今最为全面、完整、准确的河湖及水文测站的地理特征信息，改变了过去河湖基础地理信息不系统、不完整、不准确的状况。以下重点统计对比流域面积大于1 000km的河流和水文站的地理特征值。

3.1 面积大于1000 km的河流特征值对比分析

普查黄河流域面积大于1 000 km的河流有199条，现有成果只有152条与之匹配，现将匹配的152条河流的特征值进行对比分析。

（1）流域面积、河长对比分析。流域面积和河长按新旧两次量算的相对误差的绝对值分别为3%和5%作为标准误差进行比较。在152条河流中，有25条河流的流域面积误差大于标准误差（占16.4%），有41条河流的河长误差大于标准误差（占27.0%）。经分析，超标准误差的河流中有90%位于沙丘荒漠区和平原河网区，这些河流的分水线较难划分，受人为因素影响大，还有些是河流的水系或河源、河口位置进行了调整，自然条件发生变化以及新旧两次量算的技术与方法有很大的不同等原因造成的。

（2）河源河口对比分析。河源河口按坐标差2’（直线距离约5 km）作为标准误差进行比较，现有成果只有12条河流有河源坐标，其中只有湟水河源坐标误差大于2’，原因是河源取了不同的小支沟，两河源坐标的直线距离约7.6 km;在152条河流的河口坐标对比中，有7条河的河口坐标误差大于2’，占4.6%，大部分发生在多沙平原河口段，因冲淤变化而引起河口位置的移动。

（3）黄河8条一级支流的主要特征值对比分析。黄河主要的8条一级支流特征值见表5。由表5可见，除沁河流域面积超标准误差外，其余河流的面积、河长的误差均在标准误差允许范围内。沁河流域面积误差大的原因是沁河河口位置发生改变，使得老蟒河从沁河流域中划分出来成为黄河一级支流。

3.2 水文站特征值对比分析

经普查，黄河流域現有水文站381个（指大河站、区域代表站和小河站）、水位站65个、雨量站2 290个，其中黄委管辖水文站118个、水位站45个、雨量站765个。普查时，水文站基本断面的经纬度统一用GPS在现场测量，数据记录精确到0.1″（现有成果经纬度记录到分）;将水文站的经纬度标注到1：5万电子地形图上，再自动提取水文站控制的面积和河长，使水文站点的地理特征值量算的技术、方法和标准得到统一，同时进一步提高了数据精度。现取黄委管辖的84个国家重要水文站的新旧地理坐标、控制面积、河长进行对比分析。

（1）坐标位置对比分析。经统计.有79个站的坐标经度差在0，9′以下，纬度差在1.6′以下，新旧两次测量的经纬度直线距离平均差为0.75 km。其余5个站中，安宁渡和循化两站新旧坐标的直线距离分别为20.4、7.0 km.原因是断面位置发生了变化;西霞院、花园口、夹河滩三站新旧坐标的直线距离分别差2.93、3.48、2.88 km.原因是这些水文站的基本断面都是宽阔的河床，新旧两次坐标所取的位置和量算方法不同。

（2）控制面积、河长对比分析。经统计，84个水文站控制面积新旧值平均相对误差绝对值为0.52%，最小误差为0，最大误差绝对值为-17.4%.超过标准误差的有2个站，原因是水文站所在河流位于荒漠区：84个站的河长新旧平均相对误差绝对值为2.32%，最小误差为0.最大误差绝对值为-29.4%，超过标准误差的有4个站，主要原因是水文站所在河流位于沙漠区和取不同支流作为河源。

4 河湖普查创新点

4.1 将鄂尔多斯内流区和沙珠玉河流域正式划归黄河流域

经过认真、深入的调研和分析，认为鄂尔多斯内流区（简称内流区）和沙珠玉河流域的地下水和黄河有水力联系，从地表、地下水资源总量和流域集水面积有机联系的水文学观点出发，将内流区和沙珠玉河流域正式划归黄河流域，这一做法得到许多专家、黄委领导和国普办的肯定和支持，认为“依据充分”。将以上两区域面积划归黄河流域，结束了长期以来黄河流域集水面积只考虑地表汇流条件决定流域边界的传统观念，赋予广义水文学新的含义，这也是学术观点与实际应用结合的一个范例。可以预期，将以上两区域划归黄河流域，对黄河流域今后的规划、治理、开发和科研等工作具有重大的现实意义。

4.2 提出界定黄河河口区面积的新原则和新范围

以前量算黄河河口区面积都是以当时的人海流路两岸大堤（或生产堤）以及堤端外延作为流域分界线。河湖普查在分析黄河河口演变规律的基础上，根据新时期黄河河口综合治理的新思路[2]和维持黄河健康生命的新理念，提出了界定黄河河口区面积的新原则：①河口区面积范围应属于今后黄河尾闾可能摆动改道的范围（反映河口区近中期演变规律）、河口人海流路总体规划区范围（反映新时期黄河河口采取“相对稳定、轮流行河”的治理新思路）以及黄河河口三角洲国家重点自然保护区范围（河口三角洲的生态环境是黄河健康生命的重要标志之一）;②河口区内的天然地表径流基本滞留在本区域内而不流到外流域：③符合水利部第21号令规定（即“黄河河口是指以山东省东营市垦利县宁海为顶点，北起徒骇河河口，南至支脉沟河口之间的扇形地域以及规定的容沙范围”）。根据以上原则，新界定的黄河河口区范围为：北岸取马新河规划流路左岸管理界起点（利津站断面以下2 km处）至徒骇河河口，南岸取十八户规划流路右岸管理界起点（十八户闸下，避开东营市和垦利县城）至永丰河河口，以及两河口沿海岸连线以内范围，面积约4 615km。此次界定结束了过去以沿黄大堤界量算河口区面积的传统做法，改为以黄河现代准三角洲为河口区面积。这一创新措施同样得到许多专家、黄委领导和国普办的肯定和支持，认为“河口区的面积更加科学和合理”。

4.3 提出河源、河口的新认识和新观点

（1）河源表示河流最远最高的地方，表征河流的自然地理特征属性：河源又是悠久的历史进程和人类长期认可的产物，包含着源远流长的历史文化底蕴，表征人文传承的社会文化的属性。因此，在界定河源时，既要综合考虑自然地理特征，又要注意历史人文因素。

（2）任何一条河流的河源是指该流域的干流的河源，干流确定后，河源就迎刃而解。确定干流一般以“唯长唯远”为原则，有异议时按“多原则综合判定，科学支撑约定俗成”的原则处理。具体说就是河流向上溯源出现两条以上支流时，要在支流中选择一条作为干流。选择的原则是：①以最长的一条为干流：②以集水面积最大的一条为干流;③各支流河长、面积大体接近时，则以水量明显大的一条为干流;④各支流长度、面积、水量均接近时，取河道宽广、河谷平缓顺直、上下段自然延伸的一条为干流：⑤充分尊重历史上较合理的具有人文传承意义的称呼。

（3）河源由两部分组成，一是源头，象征河流最远之处、最高之点，是量算河长的起始点，源头可以用地理坐标确定位置：二是河源区，位于源头以下由小部分的溪、沟、泉、冰川、雪山、沼泽、湖泊等组成，河源区的大小视河流大小和特点而定，一般大江大河的河源区可以是几百至上千平方千米，中小河流可以是几十到上百平方千米。如黄河发源于约古宗列曲，黄河的河源区是指约古宗列曲最上游的部分，由约古宗列曲南支和北支两条小河环抱，周围布满泉水、溪沟、湖盆、雪山，其面积约800 km。黄河的源头即沿河长较长的约古宗列曲南支向上溯源至流域分水线相交点。

（4）河口是河流与汇人对象相连的地方，表示一条河流的终止端，也是河流的最低点。河口是河流所在流域的出口断面，流域汇集的径流量（包括地下水）和泥沙量等都是通过该出口断面注入上一级河流（或湖、海）。

（5）一个般把支流中泓线与上一级河流中常水位岸边线的相交点作为支流河口。但是，对于在河口区修建了堤防或控导护岸工程的河流，确定河口位置时必须考虑工程的影响。河口位置不能侵占上一级河流，或上一级河流的水流及输沙不能侵占下一级河流的河口断面。

（6）黄河河口区有很快的延伸速度和较强的造陆能力，河口位置经常变化，小的变动是河口向外淤积延伸，大的变化是河口流路改道。因此，黄河河口确定的原则应该是“相对稳定，适时改变”，亦即黄河河口位置是相对的和可变的。河湖普查确定的黄河河口位置只能代表目前河口流路相对稳定时期的平均河口位置，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。一旦流路发生改变，必须重新测定河口的位置。

参考文献：

[1] 国务院第一次全国水利普查领导小组办公室，全国河湖基本情况普查实施方案[M].北京：中国水利水电出版社，2010：5，8，21- 23.

[2]丁大发，安催花，姚同山，等，黄河河口综合治理规划[R].郑州：黄河勘测规划设计有限公司，2007：2 -3，36- 38，161—162，208.