鄂爾多斯地表內(nèi)流區(qū)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(nèi)流區(qū)在黃河流域的特殊情況，運(yùn)用3S技術(shù)，通過(guò)河湖普查對(duì)內(nèi)流區(qū)面積進(jìn)行了重新量算，對(duì)內(nèi)流區(qū)新舊邊界線進(jìn)行了對(duì)比分析，并解釋了其變化原因。同時(shí)，對(duì)內(nèi)流區(qū)標(biāo)準(zhǔn)以上河湖地理特征值進(jìn)行了普查和技術(shù)約定。結(jié)果表明：河湖普查量算的內(nèi)流區(qū)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(zhǔn)確、更科學(xué)、更具有說(shuō)服性;內(nèi)流區(qū)流域面積大于50km²的河流有104條，占全黃河流域河流總數(shù)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(gè)，占全黃河流域湖泊總數(shù)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(shí)，內(nèi)流區(qū)的面積不包括在內(nèi)，而是單獨(dú)列出內(nèi)流區(qū)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(shí)，內(nèi)流區(qū)面積應(yīng)包括在上游區(qū)陸地面積內(nèi)和包括在黃河右岸面積內(nèi);黃河干流上的水文站以及水利工程所控制的面積仍和過(guò)去一樣都不包括內(nèi)流區(qū)面積。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù);技術(shù)約定;邊界變化;河湖特征值;鄂爾多斯地表內(nèi)流區(qū)

中圖分類號(hào)：TV212.4;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在黃河流域腹地有一個(gè)形如倒置葫蘆的區(qū)域，因該區(qū)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(nèi)流區(qū)（以下簡(jiǎn)稱內(nèi)流區(qū)）。民國(guó)時(shí)期和新中國(guó)成立初期，曾兩次勾繪和測(cè)量黃河流域的面積，當(dāng)時(shí)都認(rèn)為內(nèi)流區(qū)的河流、湖泊水體和黃河水系不連通，從而沒(méi)有把內(nèi)流區(qū)面積計(jì)入黃河流域面積內(nèi)。20世紀(jì)70年代，黃委雖然精心勾繪了內(nèi)流區(qū)邊界并量算了內(nèi)流區(qū)的面積（42 269km²），但是也以同樣的理由，并沒(méi)有把內(nèi)流區(qū)劃人黃河流域范圍內(nèi)。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，內(nèi)流區(qū)成為黃河流域的一塊“飛地”。20世紀(jì)80-90年代，由于內(nèi)流區(qū)在黃河流域的特殊位置和治黃工作需要，因此將內(nèi)流區(qū)的面積隱含地包含在黃河流域面積內(nèi)，例如“黃河流域面積752 443km²，包括鄂爾多斯內(nèi)流區(qū)則為794 712km²"“黃河流域面積79.5萬(wàn)km²（含內(nèi)流區(qū)4.2萬(wàn)km²）”等[1]。

在全國(guó)第一次河湖普查期間（2013年），黃委河流湖泊普查組與國(guó)務(wù)院河流湖泊普查辦公室經(jīng)過(guò)調(diào)研和認(rèn)真分析認(rèn)為，內(nèi)流區(qū)的地下水和黃河干支流存在密切的水力聯(lián)系，從廣義的流域集水面積概念出發(fā)，正式提出把內(nèi)流區(qū)的面積劃歸黃河流域，從而結(jié)束了內(nèi)流區(qū)是黃河流域“飛地”的尷尬局面。

本文以3S技術(shù)為支撐，對(duì)內(nèi)流區(qū)邊界的界定、標(biāo)準(zhǔn)以上河湖地理特征值普查和技術(shù)約定進(jìn)行了分析，以期使廣大學(xué)者和業(yè)內(nèi)人士對(duì)該區(qū)域情況有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也為決策者提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地形地貌

內(nèi)流區(qū)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(jù)傳，鄂爾多斯在蒙語(yǔ)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(nèi)流區(qū)也以此命名。內(nèi)流區(qū)海拔1100～1500m，區(qū)內(nèi)相對(duì)高差20～80m，北部是庫(kù)布齊沙漠，中南部是毛烏素沙地，西北部和東南部是流動(dòng)沙丘，夾雜零星基巖臺(tái)地和剝蝕平地，地表大部被現(xiàn)代風(fēng)積沙覆蓋，低凹處分布眾多的湖（淖）和凹地草灘，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，屬荒漠草原地貌景觀。內(nèi)流區(qū)地表以下分布現(xiàn)代白堊系碎屑巖裂隙巖含水層，層內(nèi)沉積了以河湖相為主體的粗、中、細(xì)砂巖，其中夾有少量的不連續(xù)的泥巖隔水層（約占1/7），成為千米厚、單一結(jié)構(gòu)、具有潛水和半承壓水性質(zhì)的地下含水層。

1.2 氣候特征

內(nèi)流區(qū)地處溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，多年平均氣溫為6.0℃，最高、最低氣溫分別接近30、-30℃，平均風(fēng)速3.6m/s，最大風(fēng)速22m/s，經(jīng)常發(fā)生沙風(fēng)暴，是黃河風(fēng)成沙的主要地區(qū)之一。區(qū)內(nèi)不同地區(qū)多年平均降水量為200～300mm，水面蒸發(fā)量為1400～1800mm，多年平均徑流深為5～15mm，徑流系數(shù)為0.036，是黃河流域平均徑流系數(shù)的1/5。少量的降雨被大量蒸發(fā)和下滲，形成的河流中途就會(huì)消失，或以星羅棋布的內(nèi)陸湖盆或凹地作為歸宿，分散的河湖很不發(fā)育，缺乏常流河，水量不平衡和地形地貌兩大因素是內(nèi)流區(qū)形成的主要原因。

2 研究方法

2.1 普查數(shù)據(jù)源

普查數(shù)據(jù)源包括：①1：50000地形圖資料;②多時(shí)相（2003年12月—2009年12月）分辨率為20m的中巴資源衛(wèi)星遙感影像（見(jiàn)圖1，紅線為提取的湖泊邊界線）;③單一時(shí)相（最近3a）分辨率為2.5m的數(shù)字正射影像（DOM）數(shù)據(jù)。

除1：50000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的DEM外，還有分辨率為30m的DEM數(shù)據(jù)、不同分辨率多時(shí)相的其他衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)以及各種與河湖普查有關(guān)的已有成果等。流域邊界劃分、數(shù)字水系提取、平原水網(wǎng)區(qū)河流選定、水面面積的提取等關(guān)鍵環(huán)節(jié)均采用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比對(duì)分析;流域面積、河長(zhǎng)等信息核對(duì)也采用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

2.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)源

（1）1：50000DEM數(shù)據(jù)是根據(jù)1：50000等高線數(shù)據(jù)和等高點(diǎn)數(shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)模型形成的間距為25m的高程點(diǎn)網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

（2）1：50000數(shù)字線劃地圖（DLG）數(shù)據(jù)指地形圖的水系（見(jiàn)圖2藍(lán)色線）數(shù)據(jù)。

（3）多時(shí)相（2003年12月—2009年12月）分辨率為20m的中巴資源衛(wèi)星遙感影像（見(jiàn)圖1）數(shù)據(jù)。

2.3 關(guān)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(jù)25m間距的數(shù)字高程網(wǎng)格數(shù)據(jù)，由GIS軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(shù)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(lán)色線、綠色線為提取的河道線）可以看出數(shù)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(shù)字流域邊界，黑色線為等高線，藍(lán)色箭頭紅色線表示每個(gè)25m網(wǎng)格中的水流方向。

2.3.2 河流提取

為方便計(jì)算流域內(nèi)任意一點(diǎn)的集水面積，本次普查沒(méi)有直接應(yīng)用1：50000DLG的水系數(shù)據(jù)，而是根據(jù)25m間距的數(shù)字高程網(wǎng)格數(shù)據(jù)，由GIS軟件提取數(shù)字河流（見(jiàn)圖5）。為提高數(shù)字河流的精度，先把1：50000DLG的水系與數(shù)字高程網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，然后再用GIS軟件提取數(shù)字河流，并提取數(shù)字河流任一斷面的集水面積、河流比降等要素。數(shù)字河流也由折線組成，折線長(zhǎng)度以25m為基本單位。由圖6可見(jiàn)數(shù)字河流（綠色線）與1：50000DLG水系（藍(lán)色線）的匹配程度較好。

圖7粉紅色線為數(shù)字流域邊界，綠色線為數(shù)字河流，粉紅色虛線為數(shù)字河流第一個(gè)斷面的流域集水邊界（面積為0.2609km²），右側(cè)黑色虛線為數(shù)字河流第一個(gè)斷面下游25m斷面新增的流域集水邊界（面積為0.0028km²），左側(cè)黑色虛線為數(shù)字河流第一個(gè)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(dá)到數(shù)字河流形成的集水面積閾值）。由此可見(jiàn)，數(shù)字河流與1：50000DLG水系的最大不同在于數(shù)字河流的每個(gè)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(jù)分辨率為20m的遙感影像數(shù)據(jù)和1：50000的DOM和DLG湖泊邊界數(shù)據(jù)，由RS和GIS軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，直接對(duì)多時(shí)相遙感影像進(jìn)行湖泊水面邊界提取，并據(jù)此計(jì)算湖泊水面面積;然后，根據(jù)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(shù)據(jù)對(duì)相應(yīng)時(shí)相的遙感影像進(jìn)行精校正;最后，再次提取湖泊的水面邊界并據(jù)此計(jì)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(jiàn)湖泊水面邊界（紅色線）與影像的匹配較好。

3 結(jié)果與分析

3.1 內(nèi)流區(qū)邊界線變化及其原因分析

3.1.1 內(nèi)流區(qū)新舊邊界線對(duì)比分析

河湖普查量算的內(nèi)流區(qū)面積為46505km²，比原面積（42269km²）增加了4236km²（即增加9.1%）。內(nèi)流區(qū)河湖普查的分界線和原分界線套繪圖見(jiàn)圖9，可以看出分界線變化較大的地方有4處。其中：內(nèi)流區(qū)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(wú)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(nèi)流區(qū)邊界線變化原因分析

內(nèi)流區(qū)大部被現(xiàn)代風(fēng)沙覆蓋，周邊沙丘流動(dòng)，地表起伏平緩，雖有眾多湖（淖）凹地草灘，但相對(duì)高差變化不大，因此邊界劃分難度較大。

20世紀(jì)70年代劃分內(nèi)流區(qū)邊界線的原則是：在1：50000地形圖上沿內(nèi)流區(qū)與黃河相鄰的每一條支溝溯源觀察，當(dāng)遇到閉流凹地時(shí)，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(gè)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(nèi)流區(qū)交界上的一個(gè)控制點(diǎn)，待各條支溝上游分水線的控制點(diǎn)都確定后，參照等高線的變化趨勢(shì)，把控制點(diǎn)連接起來(lái)，即作為內(nèi)流區(qū)的分界線。對(duì)于經(jīng)調(diào)查在特大洪水曾破淖流進(jìn)黃河支溝或黃河支溝上游人工開(kāi)挖的排水渠所能影響的范圍，均劃人黃河水系。

河湖普查時(shí)依據(jù)等高線數(shù)據(jù)（DEM）進(jìn)行內(nèi)業(yè)提取，從控制點(diǎn)等高線的變化及趨勢(shì)、湖（淖）水質(zhì)屬性以及歷史洪痕等因素進(jìn)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(xiàn)邊界線不一致的情況，河湖普查確定的邊界線更準(zhǔn)確、更科學(xué)、更具有說(shuō)服性。

3.2 內(nèi)流區(qū)邊界線變化對(duì)相鄰黃河支流的影響分析

內(nèi)流區(qū)邊界的變化勢(shì)必會(huì)影響到相鄰黃河支流的面積和河長(zhǎng)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(wú)定河支流榆溪河、海流兔河、納林河、小河，見(jiàn)表1[2]。

從表1可知：原來(lái)數(shù)據(jù)和普查數(shù)據(jù)相比，都思兔河的流域面積和河長(zhǎng)分別減小4.5%、3.6%，禿尾河的流域面積和河長(zhǎng)分別增大5.2%、0.7%，海流兔河流域面積和河長(zhǎng)分別減小18.1%、28.9%，榆溪河流域面積和河長(zhǎng)分別減小2.8%、34.8%。

3.3 內(nèi)流區(qū)河湖特征值統(tǒng)計(jì)

采用3S技術(shù)全面普查了內(nèi)流區(qū)流域面積在50km²及以上的河流名稱、位置、面積、河長(zhǎng)、比降、河源、河口坐標(biāo)、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(zhì)等。

3.3.1 河流特征值統(tǒng)計(jì)

經(jīng)普查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)流區(qū)流域面積大于50km²的河流有104條，占全黃河流域河流總數(shù)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(zhǎng)統(tǒng)計(jì)，河長(zhǎng)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(zhǎng)分別為6970km²、187km（原流域面積和河長(zhǎng)分別為5222km²、174km）;陶來(lái)溝，流域面積和河長(zhǎng)分別為3116km²、87km;摩林河支流察哈爾溝，流域面積和河長(zhǎng)分別為1905km²、100km;黑炭淖爾溝，流域面積和河長(zhǎng)分別為1019km²、72km。

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

3.3.2 湖泊特征值統(tǒng)計(jì)

經(jīng)普查統(tǒng)計(jì)，內(nèi)流區(qū)內(nèi)水面面積大于1.0km²的湖（淖）有43個(gè)（湖泊面積以2003-2009年多時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)識(shí)別的所有湖泊水面面積序列的中值為準(zhǔn)），占全黃河流域湖泊總數(shù)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(gè)，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(nèi)蒙古自治區(qū)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(nèi);察汗淖，水面面積8.1km²，屬鹽湖，位于杭錦旗境內(nèi);烏蘭淖爾，水面面積5.6km²，屬咸水湖，位于伊金霍洛旗境內(nèi)。

2012年4月，陜西省河流湖泊普查組專門組織人員對(duì)紅堿淖湖區(qū)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，量算結(jié)果表明紅堿淖水域面積為33.2km²，其中陜西省境內(nèi)27.3km²，內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)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(nèi)流區(qū)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(nèi)流區(qū)特征值的技術(shù)約定

按照辭典上的解釋，內(nèi)流區(qū)是“地表徑流不與海洋相通的地區(qū)”，由于黃河內(nèi)流區(qū)的地表河湖水體不和黃河水系連通，也即沒(méi)有與海洋相通，因此河湖普查時(shí)將該區(qū)作為一個(gè)特殊的區(qū)域?qū)Υ?duì)其特征值作某些技術(shù)約定。

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

類似這樣虛擬分級(jí)的河流還有寧夏河西綜合區(qū)（面積9216km²）、寧夏河?xùn)|南部灌區(qū)綜合區(qū)（面積6804km²）等，都是虛擬的黃河1級(jí)支流。這些綜合區(qū)的特點(diǎn)是：河流渠道縱橫交錯(cuò)，流域邊界不易分辨，綜合區(qū)內(nèi)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(shí)約定：黃河流域集水面積為813122km²（含內(nèi)流區(qū)46505km²）（第一次全國(guó)河湖普查數(shù)據(jù)）。這樣，將內(nèi)流區(qū)的面積包括在黃河流域的集水面積中，同時(shí)突顯了內(nèi)流區(qū)作為特殊的區(qū)域?qū)Υ?，在稱呼上又繼承了過(guò)去曾經(jīng)習(xí)慣的表達(dá)形式。在表示黃河上、中、下游流域集水面積時(shí)，內(nèi)流區(qū)的面積不包括在內(nèi)，而是單獨(dú)列出內(nèi)流區(qū)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(shí)，內(nèi)流區(qū)面積應(yīng)包括在上游區(qū)陸地面積內(nèi)和黃河右岸面積內(nèi)。

內(nèi)流區(qū)地下水是從西、北、東3個(gè)方向分散注入黃河干支流的，而目前還沒(méi)有很先進(jìn)的技術(shù)手段監(jiān)測(cè)地下水匯流的時(shí)空分布情況，考慮到內(nèi)流區(qū)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(guò)去一樣都不包括內(nèi)流區(qū)面積。

4 結(jié)論

河湖普查量算的內(nèi)流區(qū)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(nèi)流區(qū)北部十大孔兌以西、內(nèi)流區(qū)西南部，內(nèi)流區(qū)東南部與無(wú)定河流域、內(nèi)流區(qū)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(zhǔn)確、更科學(xué)、更具有說(shuō)服性。

內(nèi)流區(qū)邊界的變化同時(shí)對(duì)黃河支流產(chǎn)生較大影響。諸如西部的都思兔河、東部的禿尾河和無(wú)定河支流榆溪河、海流兔河、納林河、小河等。

經(jīng)普查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)流區(qū)流域面積大于50km²的河流有104條，占全黃河流域河流總數(shù)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(gè)，占全黃河流域湖泊總數(shù)的29.5%，其中41.9%的湖（淖）屬鹽湖、58.1%屬咸水湖。

河湖普查時(shí)將內(nèi)流區(qū)河流等級(jí)和黃河流域集水面積表述等作了某些技術(shù)約定。在表示黃河上、中、下游流域集水面積時(shí)，內(nèi)流區(qū)的面積不包括在內(nèi)，而是單獨(dú)列出內(nèi)流區(qū)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(shí)，內(nèi)流區(qū)面積應(yīng)包括在上游區(qū)陸地面積內(nèi)和黃河右岸面積內(nèi)。同時(shí)，黃河干流上的水文站以及水利工程所控制的面積仍和過(guò)去一樣都不包括內(nèi)流區(qū)面積。

參考文獻(xiàn)：

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

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