曹衛(wèi)斌 葉朋 趙慧

全國(guó)河流的密度統(tǒng)計(jì)方法

曹衛(wèi)斌 葉朋 趙慧

河流水系是重要的基礎(chǔ)地理要素之一，也是一個(gè)基本的水文參數(shù)，是描述一個(gè)地區(qū)地理地貌和水文特征時(shí)不可或缺的條件之一，而河流密度是流域結(jié)構(gòu)特征的一個(gè)重要指標(biāo)。探討適合的方法，統(tǒng)計(jì)分析全國(guó)范圍內(nèi)的河流密度是本次研究的目標(biāo)，通過分析比較，綜合“在地形圖上進(jìn)行量測(cè)和分析獲取河流密度”和“GIS空間分析獲取河流密度”2種方法在全國(guó)范圍內(nèi)分區(qū)域進(jìn)行河流密度的統(tǒng)計(jì)、分析，最后得出結(jié)論。

河流密度 統(tǒng)計(jì)方法 應(yīng)用

河流水系是重要的基礎(chǔ)地理要素之一，也是一個(gè)基本的水文參數(shù)，是描述一個(gè)地區(qū)地理地貌和水文特征時(shí)不可或缺的條件之一，而河流密度是流域結(jié)構(gòu)特征的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)流域整體規(guī)劃、水資源優(yōu)化配置、水利水電開發(fā)利用以及防洪抗旱、航運(yùn)、養(yǎng)殖、灌溉和旅游等都具有十分重要的意義。

早在1894年，人們就試圖確定一個(gè)指標(biāo)來(lái)表示河流密度，當(dāng)時(shí)Penk提出用豐流長(zhǎng)度（l）與匯入主流的支流數(shù)目（n）之比來(lái)表征河流密度（D）；其后，F(xiàn)eldner提出用流域面積與河流的數(shù)目之比表示河流密度；1953年Chebotafev認(rèn)為：流域河流密度可用平均河長(zhǎng)（l）和平均相鄰面積（a）之比表示。若面積為A的流域有n條河流或河段，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則l=L/n，a=A／n，那么河流密度方程可表示為：D=L/A=nl/na=l/a；這一定義目前被普遍接受，即河流密度為單位面積內(nèi)河流的總長(zhǎng)度。

一般來(lái)說(shuō)，主要有2種方法獲取河流密度：（1）通過對(duì)流域進(jìn)行野外實(shí)地測(cè)量獲取河流密度；（2）通過在地形圖上進(jìn)行量測(cè)和分析獲取河流密度。本次研究采用了第2種方法結(jié)合GIS空間分析進(jìn)行河流密度的分析，即利用國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中水系、行政區(qū)劃要素進(jìn)行以省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃為單元的河流密度統(tǒng)計(jì)、分析。

1 技術(shù)指標(biāo)

1.1 數(shù)據(jù)源

國(guó)家基礎(chǔ)地理信息：河系要素、行政區(qū)劃要素。河系要素用于河流長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)及扣除水域面積提取；行政區(qū)劃要素用于計(jì)算單位面積基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提取。

其中，河流總長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)包括的水系要素有：常年單、雙線河流；時(shí)令單、雙線河流；單、雙線運(yùn)河；地下河、渠；消失河；干河床；輸水隧道；渠道等。區(qū)域內(nèi)水域面積包括水庫(kù)、湖泊、基塘等。

1.2 比例尺及投影系統(tǒng)

數(shù)據(jù)源為經(jīng)緯度坐標(biāo)，為合理計(jì)算，將數(shù)據(jù)源投影到平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)、比例尺為1∶100萬(wàn)的數(shù)據(jù)，投影系統(tǒng)為亞爾勃斯等積圓錐投影。

1.3 計(jì)算公式

河流密度（D）＝河流、渠道總長(zhǎng)度（L）÷單位面積（A）

其中：?jiǎn)挝幻娣e（A）＝行政區(qū)面積－行政區(qū)內(nèi)水域面積。

河流密度分級(jí)為10級(jí)，見表1。

表1 河流密度分級(jí)

2 主要工作方法

本研究是利用基礎(chǔ)地理信息，通過量測(cè)、空間疊加、統(tǒng)計(jì)分析等手段獲取河流密度信息。

2.1 研究目標(biāo)分析

基于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息，分別以省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃和水資源分區(qū)為單元的河流密度信息獲取的方法，并通過該方法的實(shí)踐應(yīng)用獲取全國(guó)河流密度分布信息。

2.2 基礎(chǔ)資料分析

明確研究目標(biāo)后，首先對(duì)收集到的國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。主要采用數(shù)據(jù)格式為空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)（Geodatabase）格式*.mdb的水系（hydnt）、行政區(qū)劃（bount）兩類基礎(chǔ)地理要素。其中水系、行政區(qū)兩類空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)包含的內(nèi)容分別為：

水系：常年單、雙線河流；時(shí)令單、雙線河流；單、雙線運(yùn)河；地下河、渠；消失河；干河床；輸水隧道；渠道；常年湖泊、時(shí)令湖泊；依比例尺水庫(kù)；海岸線、基塘等點(diǎn)、線、面要素及相關(guān)的屬性信息。

行政區(qū)劃：省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃的界線、標(biāo)注等點(diǎn)、線、面要素及相關(guān)的屬性信息。

2.3 技術(shù)方案制定

根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)和所收集的數(shù)據(jù)等資料，制定適當(dāng)?shù)娜珖?guó)河流密度統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)方案，以指導(dǎo)項(xiàng)目科學(xué)、有序地實(shí)施。

2.4 數(shù)據(jù)投影轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)源為地理坐標(biāo)系，為了更合理地統(tǒng)計(jì)河流的長(zhǎng)度、水域面積、行政區(qū)劃的面積，需要將數(shù)據(jù)統(tǒng)一投影到同一平面直角坐標(biāo)系。投影系統(tǒng)為亞爾勃斯等積圓錐投影，數(shù)據(jù)比例尺為1∶100萬(wàn)。

2.5 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理主要分為行政區(qū)劃要素、水域面要素、河流要素三類要素的整理。

2.5.1 行政區(qū)劃

主要根據(jù)最新的分省行政區(qū)劃圖對(duì)有變化的省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃進(jìn)行省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃界的更新；利用《中華人民共和國(guó)行政區(qū)劃簡(jiǎn)冊(cè)》檢查縣級(jí)行政區(qū)劃信息，并針對(duì)變化部分收集相應(yīng)的資料進(jìn)行更新。

2.5.2 水域面要素

水域面要素主要為水庫(kù)、湖泊、基塘等面狀的水系要素。提取這些水域面要素，在河流密度計(jì)算中進(jìn)行區(qū)域面積扣除。

2.5.3 河流要素

（1）河流編碼檢查、修改。

（2）河流要素提取。根據(jù)水系要素代碼提取以下要素。常年單、雙線河流；時(shí)令單、雙線河流；單、雙線運(yùn)河；地下河、渠；消失河；干河床；輸水隧道；渠道。

（3）檢查。

2.6 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)空間分析、整理

（1）將河流要素、水域面要素分別與行政區(qū)劃要素進(jìn)行空間分析，使得河流要素、水域面要素按照省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃分類，并賦上相應(yīng)的行政區(qū)劃國(guó)標(biāo)代碼和名稱，填寫對(duì)應(yīng)的屬性字段值，省級(jí)代碼（prov_code1）、省級(jí)名稱（prov1）、縣級(jí)代碼（cnty_code1）、縣級(jí)名稱（cnty1）。

（2）增加河流要素的省標(biāo)識(shí)、縣標(biāo)識(shí)、雙線河流標(biāo)識(shí)等屬性字段，對(duì)作為行政區(qū)劃界線的河流進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并在省標(biāo)識(shí)（SB）、縣標(biāo)識(shí)（XB），對(duì)雙線河流在同一行政區(qū)劃內(nèi)也需要標(biāo)識(shí)，并在雙線河流要素上填寫字段值；雙線河流的河心洲同樣需要做標(biāo)識(shí)，見表2。

表2 河流要素的標(biāo)識(shí)

2.7 空間分析數(shù)據(jù)成果輸出

將空間分析、賦值后的河流數(shù)據(jù)成果屬性信息輸出為Microsoft Excel電子數(shù)據(jù)表格文件，便于利用Excel統(tǒng)計(jì)分析功能進(jìn)行分析。

2.8 空間分析數(shù)據(jù)成果分析、統(tǒng)計(jì)

將輸出的電子表格數(shù)據(jù)按照以省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃為單元的2種統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、分類、統(tǒng)計(jì)。其中注意的幾點(diǎn)如下：

（1）作為行政區(qū)劃界線的河流需在不同的行政區(qū)內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（2）進(jìn)行省一級(jí)行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)河流時(shí)，須將雙線河流標(biāo)識(shí)（SXH）字段值為“n”、“nn”的河流刪除，以免重復(fù)統(tǒng)計(jì)。

（3）進(jìn)行縣一級(jí)行政區(qū)劃統(tǒng)計(jì)河流時(shí)須將雙線河流標(biāo)識(shí)（SXH）字段值為“nn”的河流刪除，以免重復(fù)統(tǒng)計(jì)。

（4）按照省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)劃為單元統(tǒng)計(jì)分析各省、各縣的河流密度。河流密度計(jì)算公式為：

河流密度（D）＝河流、渠道總長(zhǎng)度（L）÷單位面積（A）

其中：?jiǎn)挝幻娣e（A）＝行政區(qū)面積-行政區(qū)內(nèi)水域面積。

通過采用全國(guó)基礎(chǔ)地理信息的空間分析、統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可以初步得到全國(guó)河流密度分布情況。

3 應(yīng)用

我國(guó)的河流雖多，但在地域上分布很不均勻。通過統(tǒng)計(jì)分析，中國(guó)的河流密度總的趨勢(shì)是南方大，北方?。粬|部、西南部大，西北部小。東部及西南地區(qū)河網(wǎng)密集，其密度都在0.5以上，而西部?jī)?nèi)陸區(qū)密度幾乎都在0.3以下，并且有大片的無(wú)流區(qū)（即河流密度0.05以下）。全國(guó)沿海一帶（除遼寧省外）河流密度較大，其中長(zhǎng)江三角洲是中國(guó)河流密度最大的地區(qū)，河流密度在1.5以上。北方的山地丘陵地區(qū)，河流密度一般在0.2～0.5，地勢(shì)低平的松嫩平原、遼河平原和華北平原，一般都在0.2以下，個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)無(wú)流區(qū)。

根據(jù)用戶要求，在統(tǒng)計(jì)分析以行政區(qū)劃為單元的河流密度分布信息后，采用相同的技術(shù)方法進(jìn)行以水資源分區(qū)為單元的河流密度統(tǒng)計(jì)分析。以下分別為以行政區(qū)劃、水資源分區(qū)為單元的全國(guó)河流密度分布成果，見表3、4。

表3 全國(guó)各省、市、自治區(qū)河流密度一覽表

表4 水資源一級(jí)分區(qū)河流區(qū)域密度統(tǒng)計(jì)成果表km/km2

該統(tǒng)計(jì)分析成果已經(jīng)應(yīng)用到水利專項(xiàng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)中，為水利行業(yè)的專題規(guī)劃、設(shè)計(jì)等工作提供了可靠的基礎(chǔ)信息。

[1]黃詩(shī)峰，徐美，陳德清.GIS支持下的河網(wǎng)密度提取及其在洪水危險(xiǎn)性分析中的應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2001，10（4）：129-132.

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曹衛(wèi)斌 男 高級(jí)工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津 300222

葉朋 男 高級(jí)工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津 300222

趙慧 女 助理工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司天津 300222

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