遼寧省水文地理區(qū)劃研究

莊玉峰

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

水文分區(qū)是設(shè)計(jì)暴雨洪水基礎(chǔ)的前提，水利工程設(shè)計(jì)迫切需要更精細(xì)化的水文地理分區(qū)，從而提高設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算精度，使得水利工程投資更加合理[1]。在山洪災(zāi)害調(diào)查與評(píng)價(jià)項(xiàng)目中，調(diào)查和評(píng)價(jià)的區(qū)域大都位于無資料區(qū)域，需要進(jìn)行合理的水文地理資料移用，迫切需要水文地理區(qū)劃成果來作為水文地理資料移用的依據(jù)[2]。此外，在水土流失規(guī)劃、農(nóng)業(yè)區(qū)劃等項(xiàng)目中都迫切需要水文地理區(qū)劃成果作為其規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐?？梢?，水文地理區(qū)劃成果在水利工程設(shè)計(jì)投資合理性以及水利工程設(shè)計(jì)、無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算、水土保持規(guī)劃以及農(nóng)業(yè)區(qū)劃數(shù)據(jù)支撐中體現(xiàn)重要的實(shí)用價(jià)值[3]。水文地理區(qū)劃成果也將提高社會(huì)公眾對(duì)暴雨洪水的認(rèn)識(shí)，在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，成果也可以為互聯(lián)網(wǎng)模式下的數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供重要的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)[4]。近年來，許多學(xué)者對(duì)水文分區(qū)研究取得一定的成果[5- 9]，但對(duì)于下墊面情況未能進(jìn)行綜合分類，大都采用定性描述為主的方式，而地類對(duì)于水文分區(qū)十分重要[10]。20世紀(jì)初期，美國學(xué)者提出了SCS模型，該模型結(jié)合區(qū)域下墊面情況，結(jié)合CN值對(duì)地類進(jìn)行綜合分類，在一些區(qū)域得到應(yīng)用[11- 15]，效果較好，但是在水文地理區(qū)劃中還未得到應(yīng)用，為此本文創(chuàng)新結(jié)合綜合地類分區(qū)模型，以遼寧省為例，對(duì)其水文地理區(qū)劃進(jìn)行分析，研究成果對(duì)于其他省份水文分區(qū)具有參考和借鑒價(jià)值。

1 研究方法

1.1 水文地理分區(qū)指標(biāo)體系

水文地理區(qū)劃首先進(jìn)行地理分區(qū)，分為地理一級(jí)、二級(jí)區(qū)，其中地理一級(jí)區(qū)以地理位置及地形為分區(qū)指標(biāo)，見表1，在一級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行地理二級(jí)分區(qū)，二級(jí)區(qū)以土地利用、土壤質(zhì)地為分區(qū)指標(biāo)，見表2，得到地理二級(jí)分區(qū)。在地理分區(qū)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水文地理區(qū)劃研究，在地理一級(jí)區(qū)內(nèi)結(jié)合水文要素指標(biāo)，見表3，進(jìn)行水文地理一級(jí)區(qū)劃，在水文地理一級(jí)區(qū)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合地理二級(jí)分區(qū)以及暴雨洪水、徑流量指標(biāo)進(jìn)行水文地理二級(jí)區(qū)劃。

表1 地理一級(jí)區(qū)以地理位置及地形為分區(qū)指標(biāo)

表2 二級(jí)區(qū)以土地利用、土壤質(zhì)地為分區(qū)指標(biāo)

表3 在地理一級(jí)區(qū)內(nèi)結(jié)合水文要素指標(biāo)

1.2 綜合地類分區(qū)模型

美國SCS模型將前期土壤濕度、土地利用方式和土壤類型狀況等因素綜合在一起，以CN值定量表示，根據(jù)不同土地利用、土壤類型設(shè)定CN值，其CN值設(shè)定結(jié)果詳見參考文獻(xiàn)[15]，綜合考慮地形影響，SCS模型采用坡度修正方程對(duì)其進(jìn)行修正計(jì)算，計(jì)算方程為;

(1)

CN3=CN2·exp 0.0636×(100-CN2)

(2)

式中，CN1、CN2、CN3—三種不同土壤類型下的CN值，SCS模型提供了坡度為%的CN值，其計(jì)算方程為：

(3)

式中，CN2S—采用坡度修正后的CN2值；SLP—計(jì)算區(qū)域的平均坡度值。

2 水文地理區(qū)劃成果

2.1 研究區(qū)域概況

遼寧省土地總面積為14.59萬km2，地勢(shì)基本上是自北向南，由東、西兩側(cè)向中部傾斜，丘陵和山地大致分列于東西兩側(cè)，約占全省面積的2/3。中部為東北-西南走向緩傾的長方形平原，約占全省面積的1/3。大部分河流自東、西、北三個(gè)方向往中南部匯集注入海洋。

2.2 遼寧省干濕分區(qū)

根據(jù)遼寧省年降水量、干燥指數(shù)的空間分布特征，結(jié)合已有干濕區(qū)劃分指標(biāo)和方法，確定了適合遼寧省干濕區(qū)劃分指標(biāo)和原則，見表4。利用年干燥指數(shù)結(jié)合年降水量指標(biāo)，并考慮區(qū)域一致性，將遼寧省分成三個(gè)干濕區(qū)，分別為濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)和干旱半干旱區(qū)。

表4 遼寧省劃分干濕區(qū)的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)

2.3 遼寧省綜合地類分區(qū)

2.3.1坡度分區(qū)

本文以遼寧省數(shù)字地形圖柵格圖為主要數(shù)據(jù)源，利用地類信息軟件中的空間分析模塊，提取出坡度，并對(duì)其進(jìn)行重分類，得到坡度分級(jí)圖，然后對(duì)該數(shù)據(jù)層的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

經(jīng)分析可知，各子單元平均坡度在0°～16.5°之間，中部地區(qū)平均坡度最小，小于0.5°；其次為東南部地區(qū)，平均坡度略大，以2°左右居多；而西部和東部平均坡度要明顯高于以上兩個(gè)地區(qū)，其中東部平均坡度要大于西部，且坡度在5°～15°之間，呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性；西部則有所不同，平均坡度分布又存在差異，約在0.5°～12°之間。

2.3.2土壤分區(qū)

根據(jù)已有的中國土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)集，利用地理信息軟件中空間分析工具，提取遼寧省各子單元各層土壤砂粒、粉粒、粘粒含量。將遼寧省土壤剖面按深度分成4個(gè)層次，分別為0～16.6cm，16.6～28.9cm，28.9～49.3cm，49.3～82.9cm。分析結(jié)果見表5。

表5 不同粒徑土壤顆粒的空間分布統(tǒng)計(jì)特征

圖1 綜合地類分布結(jié)果

2.3.3土地利用分區(qū)

利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，對(duì)2017年遼寧省衛(wèi)星影像的解譯、分析、處理，根據(jù)土地利用情況，分成8種土地利用類型，分別為耕地、林地、草地、灌叢、濕地、水體、建筑用地和裸地。

根據(jù)不同土地利用類型所占面積比重，得到遼寧省2010年主要土地利用結(jié)構(gòu)圖，分區(qū)結(jié)果如圖1所示。從圖1中可看出，耕地面積所占比重最大，達(dá)到全省研究區(qū)面積的48.7%，其次為林地面積，占28.4%，再次為草地面積，占14.2%，建筑面積所占比重為6.5%，水體面積占1.8%，而濕地、裸地面積很小，面積不到1%。

2.3.4綜合地類分區(qū)

結(jié)合坡度、土地利用、土壤質(zhì)地的分布結(jié)果，將流域劃分成不同單元，結(jié)合SCS模型確定不同單位的CN值，對(duì)其進(jìn)行綜合地類分區(qū)。

從圖1中可看出，東部地類值較低為41～70之間，主要是這一區(qū)域的坡度影響所致。CN值90～95的主要分布在遼南地區(qū)，主要和區(qū)域的土地利用有關(guān)，這一區(qū)域土地利用為耕地的比例較高，使得其CN相對(duì)較高。從圖中還可看出，遼寧西部地區(qū)總體CN值在80～90之間，但部分CN值在70～80之間，這部分主要原因在于其土壤為粘土所致。

2.4 遼寧省水文地理區(qū)劃成果

綜合遼寧省氣象、水資源量、地類、暴雨洪水特征，各區(qū)域分布情況如圖2所示。

從圖2中可看出，遼寧省水文地理劃分為11個(gè)區(qū)，分別為1區(qū)中部半濕潤平原耕地壤粘土少水暴雨較易發(fā)區(qū)；2區(qū)中部半濕潤平原耕地壤土平水暴雨較易發(fā)區(qū)；3區(qū)北部半干旱

圖2 水文地理區(qū)劃成果

丘陵耕地壤砂土少水暴雨少發(fā)區(qū)；4區(qū)東部濕潤山地森林壤土豐水暴雨極易發(fā)區(qū)，5區(qū)東部濕潤山地森林壤土多水暴雨易發(fā)區(qū)，6區(qū)半島半濕潤丘陵耕地壤土多水暴雨較易發(fā)區(qū)，7區(qū)西部半干旱丘陵耕地壤土少水暴雨少發(fā)區(qū)，8區(qū)西部半干旱丘陵草地壤土少水暴雨少發(fā)區(qū)，9區(qū)西部干旱丘陵耕地壤土少水暴雨少發(fā)區(qū)，10區(qū)西部半濕潤丘陵耕地平水暴雨較易發(fā)區(qū)，11區(qū)西部半濕潤丘陵耕地壤土多水暴雨易發(fā)區(qū)。

3 結(jié)論

(1)在進(jìn)行綜合地類分區(qū)時(shí)，應(yīng)結(jié)合近期的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)，從而提高綜合地類分區(qū)的精度，CN值一定要結(jié)合本區(qū)域的坡度進(jìn)行修正。

(2)遼寧省可以分為9個(gè)綜合地類分區(qū)，分別為：山地林地壤土區(qū)，丘陵耕地壤土區(qū)；平原耕地壤土區(qū)，平原耕地壤砂土區(qū)，平原耕地壤質(zhì)粘土區(qū)，丘陵耕地壤砂土區(qū)；丘陵耕地壤土區(qū)，丘陵草地壤土區(qū)，丘陵耕地壤土區(qū)。

本文分區(qū)未考慮洪水要素的影響，在以后的研究中還需要結(jié)合洪水要素進(jìn)行綜合分區(qū)的研究。