遼寧省水文地理區劃研究

莊玉峰

(遼寧省阜新水文局，遼寧 阜新 123000)

水文分區是設計暴雨洪水基礎的前提，水利工程設計迫切需要更精細化的水文地理分區，從而提高設計暴雨洪水計算精度，使得水利工程投資更加合理[1]。在山洪災害調查與評價項目中，調查和評價的區域大都位于無資料區域，需要進行合理的水文地理資料移用，迫切需要水文地理區劃成果來作為水文地理資料移用的依據[2]。此外，在水土流失規劃、農業區劃等項目中都迫切需要水文地理區劃成果作為其規劃的基礎數據支撐。可見，水文地理區劃成果在水利工程設計投資合理性以及水利工程設計、無資料地區設計暴雨洪水計算、水土保持規劃以及農業區劃數據支撐中體現重要的實用價值[3]。水文地理區劃成果也將提高社會公眾對暴雨洪水的認識，在當前互聯網時代，成果也可以為互聯網模式下的數據庫服務提供重要的數據支撐平臺[4]。近年來，許多學者對水文分區研究取得一定的成果[5- 9]，但對于下墊面情況未能進行綜合分類，大都采用定性描述為主的方式，而地類對于水文分區十分重要[10]。20世紀初期，美國學者提出了SCS模型，該模型結合區域下墊面情況，結合CN值對地類進行綜合分類，在一些區域得到應用[11- 15]，效果較好，但是在水文地理區劃中還未得到應用，為此本文創新結合綜合地類分區模型，以遼寧省為例，對其水文地理區劃進行分析，研究成果對于其他省份水文分區具有參考和借鑒價值。

1 研究方法

1.1 水文地理分區指標體系

水文地理區劃首先進行地理分區，分為地理一級、二級區，其中地理一級區以地理位置及地形為分區指標，見表1，在一級分區的基礎上，進行地理二級分區，二級區以土地利用、土壤質地為分區指標，見表2，得到地理二級分區。在地理分區的基礎上，進行水文地理區劃研究，在地理一級區內結合水文要素指標，見表3，進行水文地理一級區劃，在水文地理一級區劃的基礎上，結合地理二級分區以及暴雨洪水、徑流量指標進行水文地理二級區劃。

表1 地理一級區以地理位置及地形為分區指標

表2 二級區以土地利用、土壤質地為分區指標

表3 在地理一級區內結合水文要素指標

1.2 綜合地類分區模型

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，根據不同土地利用、土壤類型設定CN值，其CN值設定結果詳見參考文獻[15]，綜合考慮地形影響，SCS模型采用坡度修正方程對其進行修正計算，計算方程為;

(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，其計算方程為：

(3)

式中，CN2S—采用坡度修正后的CN2值；SLP—計算區域的平均坡度值。

2 水文地理區劃成果

2.1 研究區域概況

遼寧省土地總面積為14.59萬km2，地勢基本上是自北向南，由東、西兩側向中部傾斜，丘陵和山地大致分列于東西兩側，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、北三個方向往中南部匯集注入海洋。

2.2 遼寧省干濕分區

根據遼寧省年降水量、干燥指數的空間分布特征，結合已有干濕區劃分指標和方法，確定了適合遼寧省干濕區劃分指標和原則，見表4。利用年干燥指數結合年降水量指標，并考慮區域一致性，將遼寧省分成三個干濕區，分別為濕潤區、半濕潤區和干旱半干旱區。

表4 遼寧省劃分干濕區的指標和標準

2.3 遼寧省綜合地類分區

2.3.1坡度分區

本文以遼寧省數字地形圖柵格圖為主要數據源，利用地類信息軟件中的空間分析模塊，提取出坡度，并對其進行重分類，得到坡度分級圖，然后對該數據層的屬性數據進行統計和分析。

經分析可知，各子單元平均坡度在0°～16.5°之間，中部地區平均坡度最小，小于0.5°；其次為東南部地區，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地區，其中東部平均坡度要大于西部，且坡度在5°～15°之間，呈現明顯的區域性；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

根據已有的中國土壤質地數據集，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個層次，分別為0～16.6cm，16.6～28.9cm，28.9～49.3cm，49.3～82.9cm。分析結果見表5。

表5 不同粒徑土壤顆粒的空間分布統計特征

圖1 綜合地類分布結果

2.3.3土地利用分區

利用遙感和地理信息系統技術，對2017年遼寧省衛星影像的解譯、分析、處理，根據土地利用情況，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年主要土地利用結構圖，分區結果如圖1所示。從圖1中可看出，耕地面積所占比重最大，達到全省研究區面積的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

結合坡度、土地利用、土壤質地的分布結果，將流域劃分成不同單元，結合SCS模型確定不同單位的CN值，對其進行綜合地類分區。

從圖1中可看出，東部地類值較低為41～70之間，主要是這一區域的坡度影響所致。CN值90～95的主要分布在遼南地區，主要和區域的土地利用有關，這一區域土地利用為耕地的比例較高，使得其CN相對較高。從圖中還可看出，遼寧西部地區總體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 遼寧省水文地理區劃成果

綜合遼寧省氣象、水資源量、地類、暴雨洪水特征，各區域分布情況如圖2所示。

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

圖2 水文地理區劃成果

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

3 結論

(1)在進行綜合地類分區時，應結合近期的土地利用數據進行分區，從而提高綜合地類分區的精度，CN值一定要結合本區域的坡度進行修正。

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

本文分區未考慮洪水要素的影響，在以后的研究中還需要結合洪水要素進行綜合分區的研究。