河湖普查山地河流平均比降校核方法的探讨

宋 飞

(河北省张家口水文水资源勘测局，河北 张家口 075000)

河湖普查山地河流平均比降校核方法的探讨

宋 飞

(河北省张家口水文水资源勘测局，河北 张家口 075000)

2010—2012年第一次全国水利普查是新中国成立以来第一次全面的水利调查。普查共分8个专项，其中河湖普查开展最早，河湖普查是国务院第一次全国水利普查的主要任务,也是其他水利专项普查的基础。流域水系自然特征校核是河湖特征一项重要的工作，其中对于国普办提取的河流平均比降数据进行校核是一项重要的工作。

水利普查；河湖普查；自然特征；平均比降；校核方法

1 河湖普查背景

水是生命之源、生产之要、生态之基。为全面了解水利发展状况，提高水利服务经济社会发展能力，实现水资源可持续开发、利用和保护，国务院于2010年1月下发了《关于开展第一次全国水利普查的通知》，决定用3 a的时间在我国开展水利普查，这是新中国成立60多年来首次开展全国性水利普查。

第一次全国水利普查是新中国成立以来第一次全面的水利调查，普查内容不仅包括我国江河、湖泊及水资源开发情况的调查，而且涵盖了水利工程、江河湖泊治理保护状况和经济社会用水量调查等多方面状况的普查。实施第一次全国水利普查不仅有利于实行严格的水资源管理制度，推进水资源合理配置和高效利用；而且有利于深化水利管理体制改革，增强水利公共服务能力；对于提高全社会水患意识和水资源节约保护意识，推进资源节约型、环境友好型社会建设也具有重要意义[1]。

2 河流特征清查流域水系自然特征基本情况

河湖特征清查作为清查的第二阶段，主要是清查河流和湖泊的各种特征，包括河流基本特征、流域水系自然特征和水文特征。流域水系自然特征主要包括：地理位置，气候条件、土壤岩石性质、地质构造、地形、地貌、植被、以及湖泊、沼泽等。流域面积大小相近的流域，因地形、气候及下垫面条件的不同，流域的产流、产沙等情况会出现很大差异。本次普查的流域水系特征包括：包括河源地理位置和坐标、河口地理位置和坐标、河流平均比降[2]。

3 国普办量算河流平均比降的方法

河流平均比降，系河源至河口平均比降。河源点高程、河口点高程首先是由国务院水利普查办河湖组应用3s以技术从国家基础地理信息数据和影像图中提取。河长是应用地理信息系统量算获取，河流在GIS软件中是以河段组成的，河长等于每个河段长度之和。河流平均比降是由国普办河湖组应用1∶5万DEM网格数据直接量算。

4 现有资料河流比降成果分析

4.1 现有资料计算方法

现有刊印资料统计的河流比降不是河流的平均比降，基本都是直接以河源点与河口点垂直高程之差除以河长得出。这种计算方法过于简单，没有考虑到山区河流比降在河道不同河段的变化十分剧烈。以张家口市境内河道为例，河道坡度从河源到河口是从大到小变化，河源处于山顶位置，坡度陡比降大，河口多在盆地，坡度平缓比降小，现有资料计算出的河道比降结果比国普办量算出的结果往往偏大很多[3]。

4.2 现有刊印资料河源位置的问题

河源是指河流上游最初具有表面水流形态的地点。以张家口市为例，张家口市属大陆性气候，四季分明，雨热同季。全市地形特点以阴山山脉大马群山分水岭为界，分为坝上、坝下两个自然区域，境内河流均为山地河流，绝大多数河流没有基流，多为季节性河流，按照该定义很可能在整条河流都找不到具有表面水流形态的地点。现有的刊印资料有以河按照流上游河谷趋势顺延至山顶的位置为河源，还有以最初具有表面水流形态的地点为河源，已有资料定义的河流源头都是一个点，而河湖普查河源的确定方法是依据1：5万的数字高程模型数据(DEM)和数字线划数字水系(DLG水系)同化生成的河流源头区综合数字水系末端(综合数字水系的最小积水面积定义为0.2km2)作为河流的源头，即河湖普查河流源头是0.2km2的一个区域，各种刊印资料对河源的定义与河湖普查河源的定义不一致。

4.3 河湖普查确定的河流源头、河口位置很多与现有资料不一致。

河湖普查过程中按照“河源唯远”和“水量唯大”的准则，加之流域内自然地理要素气候条件一致的情况下，根据干支流交汇处以上的河长比、面积比、径流量比、河长起算点高程差等指标比对综合确定河流的河源。这样一来就打破了许多河流原来约定俗成的河流走向，河流名称不变，但是干支关系发生变化，随之河源点位置也就发生了改变。在此次普查中采用了河流概化为中弘线的方法，支流河口是指汇出支流与下一级河流(干流)中泓的交叉点。现实中河流本身就有一定宽度，由于传统的河口即是到下一级河流(干流)的岸边即可，使得此次普查的河流河口位置与现实位置不一致，对于河源河口变动的河流用现有的刊印资料来核对国普办的数据从根本上就是错误的。

5 张家口河湖组采用的校核方法

河北省张家口境内共有干流流经河流187条，均为山地河流，涉及到特征清查的河流共计110条。由于受1∶5万纸质地形图的限制，张家口河湖组只对特征清查表中干流只流经张家口的河流进行了量算校核，对于只有河源或者河口在张家口境内的河流只量取了对应的河源或者河口的高程。

本次张家口河湖组采用等面积包围法计算河道平均比降，计算公式如下：

(1)

式中：SL为河道平均比降；n为河段个数；hi为第i节点高程(i=1,2,…，n+1)；Li为第i河段长度；h0为河口高程(等于h1或hn+1)；L为河道长度。

5.1 河源、河口高程、分段河长的量取

国普办通过3s以技术从国家基础地理信息数据和影像图中提取出的经纬度坐标精度达到了0.1″。张家口河湖组采用的是1∶5万纸质地形图，地图的精度为1′，1′以下的数据需要估读，在量取分段河长时采用了传统的两脚规量取，为了避免河流弯道过多引起误差，尽量减小两脚规的间距，张家口河湖组采用的是0.5cm。1∶5万地形图两条等高线间高差为10m，分段河长的量取采用沿河道从源头向河口采用量取两个穿河等高线间距的方法，由于张家口市境内河流属山地河流河势陡等高线密集，以10m等高线来量取分段河长，在纸质地图上无法实现，故而张家口河湖组根据实际情对于河源河口高差>500m的河流设定穿河等高线高差为50m量取分段河长(河源等高线密集的区域采用穿河等高线20m高差量取分段河长)，对于河源河口高差≥500m的河流设定穿河等高线高差为20m量取分段河长。

5.2 对于入库、入湖河流河口高程采用了水边线的高程

河湖普查对于水库和湖泊的处理原则：水库和湖泊一般要进行单线化处理，河流水系的几何特征一般也不直接考虑水库的影响，根据实际情况人工确定主流中泓，在概化时用面状对象中轴线代替。入湖河口指常年水面面积时，入湖两岸横贯河口连线的中泓。对于内陆河河口指消亡区中心地带或内陆湖的入湖口。张家口境内入库、入湖的河流主要涉及到官厅水库、云州水库、壶流河水库等水库和安固里淖、察汗淖等淖泊周边河流。官厅水库库区实际上是占用的是永定河和妫水河的干流，在河湖普查中水利工程没有得到体现，整个官厅水库是概化为中泓线的，入永定河支流的河口位置都在库区内，有的深入库区几公里甚至十几公里，由于库区内淹没地形高程无法得知，对于入水库和湖泊的河流河口高程采用水库、湖泊水边线的高程，计算河长时依旧采用概化出的中泓处河口位置。

5.3 对河流分段河长按照权重进行修正

由于人工量取河道长度存在误差，两脚规跨度大或河流小湾道过多时，两脚规会因忽略小的弯曲而使两得的结果偏小，经计算人工量取河长与国普办提取河流长度数据的误差小于5%。根据国普办河湖组应用地理信息系统量算获取的河长对两脚规量取河长按权重进行了修正，减小河段河长这个因素对河道比降计算产生的影响。

6 人工校核的误差分析

张家口河湖组把人工量取计算出的数据与国普办数据对比，所有人工量取计算出河流比降与国普办数值相差不大，均在误差5%允许范围内。通过张家口河湖组的统计，量算校核计算出的河道比降数值：50%比国普办数值偏大；29%与国普办数据基本相等(两者数据之差<0.1‰)；21%数据略小于国普办数据，产生误差的原因主要以下2个方面：

6.1 纸质地图人工查图会出现误差

国普办通过3s以技术从国家基础地理信息数据和影像图中提取出的经纬度坐标精度达到了0.1″。张家口河湖组采用的是1∶5万纸质地形图，地图的精度为1′，1′以下的数据需要估读，人工查图会出现误差。1∶5万地形图两条等高线间高差为10m，特别是河源处坡度较大，等高线特别密集，距离差一点高程就会差很多。相对来说河口误差相对较小。经统计张家口河湖组选取的河流71%的河源误差在10m以内，29%的河流河源误差相对较大，基本都在30m以内；所有河流河口误差均在10m以内。

6.2 量取的密度不够。

张家口人工量算的河道平均比降偏大的主要原因是量取河长的密度不够。穿河高线高差越大对应河段越长，造成的计算结果偏差就越偏大。在纸质地图上山区地带，人工以穿河等高线高差10m来量算分段河长无法实现，由于张家口河湖组基本采用穿河等高线20m和50m高差量取分段河长，相对国普办数据来说造成的计算结果往往偏大。

7 结论建议

通过计算分析，此次国普办提供的数据和张家口河湖组计算的数据基本一致，张家口河湖组所采用的校核方法确实可行。对于入库河流，量算河流平均比降时，取用河长应该采用河源到实际入库河口段河长，不采用河源到概化中泓河口河长。由于水库概化为中泓线，造成入库河流的河长比实际河长长很多，特别是100km2以下的河流，河道长度相对较短，采用延长到中泓线的河长，由于河长增加高差不变，计算出的河流平均比降比实际偏小很多。

[1]国务院第一次全国水利普查领导小组办公室.水利普查总体方案[S].北京：中国水利水电出版社，2010.

[2]国务院第一次全国水利普查领导小组办公室.河湖基本情况普查[S].北京：中国水利水电出版社，2010.

[3]国务院第一次全国水利普查领导小组办公室.全国河流湖泊基本情况普查方案[S].北京：中国水利水电出版社，2010.

Discussion on Rivers and Lakes Census Average Gradient Checking Methods in Mountainous Area

SONG Fei

(Hebei Province Zhangjiakou Water Hydrology & Water resources Bureau，Zhangjiaokou 075000，China)

The first national census for water conservancy is the first comprehensive water conservancy survey since the establishment of China from 2010 to 2012.It has 8 special censuses，in which river and like census is the earliest one，and a main task of the first water conservancy census for the Sate Council，also the basis for other censuses.Watershed water natural feature checking is an important work of river and lake characteristics，in which checking average gradient data extracted by State Census Office is an important work.

water conservation census；river and lake census；natural characteristics；average gradient；checking method

1007-7596(2015)01-0030-03

2014-04-12

宋飞(1983-)，男 ，河北安国人，工程师。

TV211

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