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基于主成分聚類分析的青海省水文分區(qū)研究

2018-09-10 18:45張國棟樊東方李其江
人民黃河 2018年12期
關(guān)鍵詞:青海省

張國棟 樊東方 李其江

摘要:青海省地處我國青藏高原、黃土高原和內(nèi)蒙古高原的交匯區(qū),地質(zhì)條件、地形地貌及水文條件復(fù)雜。根據(jù)青海省自然地理特征及氣候特征的空間分布,在主成分聚類分析方法的基礎(chǔ)上,通過水文分區(qū)合理性分析,采用GIS綜合青海省的自然地理特征進(jìn)行水文分區(qū),將青海省劃分為4個(gè)一級(jí)分區(qū)、8個(gè)二級(jí)分區(qū)和20個(gè)三級(jí)分區(qū),并參照每個(gè)分區(qū)的典型特征給分區(qū)命名,對(duì)每個(gè)分區(qū)的重要水文特性進(jìn)行了描述。

關(guān)鍵詞:自然地理;主成分聚類分析法;水文分區(qū);青海省

中圖分類號(hào):P333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

水文分區(qū)是通過綜合考察區(qū)域的水文特征和氣候、地貌地質(zhì)、植被覆蓋等自然地理?xiàng)l件而劃分的水文地理區(qū)域,其使得同一分區(qū)內(nèi)下墊面和氣候條件相似性最大且差異性最小,分區(qū)間下墊面和氣候條件相似性最小且差異性最大[1],目的在于從空間上揭示水文特性的相似與差異[2],提高對(duì)水文地理的綜合認(rèn)知水平,指導(dǎo)區(qū)域代表水文站的布設(shè)[3]。常用的水文分區(qū)方法有地理水文分區(qū)法、等值線圖法、地貌單位線法、流域水文模型參數(shù)法及聚類分析法等[4]。傳統(tǒng)的地理水文分區(qū)法從地形地貌、地質(zhì)巖土、植被覆蓋和景觀等自然地理角度[5]進(jìn)行分析,但對(duì)水文特性的差異性與相似性、個(gè)性與共性考慮較少,并不等同于用水文資料做出的分區(qū)。其他方法在分區(qū)時(shí)以水量平衡條件大致相同為原則,再參照下墊面因素的相似性劃分子區(qū),只能做出單因子分區(qū),一方面在分區(qū)時(shí)加入了水文分區(qū)者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)判斷,同時(shí)在分區(qū)過程中利用流域內(nèi)水文站點(diǎn)的觀測(cè)資料進(jìn)行人工選樣,難以保證水文站點(diǎn)密度滿足分區(qū)要求[6];另一方面,面對(duì)眾多的單因子分區(qū),進(jìn)一步全面、綜合考慮比較困難,但此類分區(qū)可以按一定的精度進(jìn)行水文因子的地理內(nèi)插,解決水文資料的移用問題。而水文站網(wǎng)規(guī)劃和水文綜合分析所需要的,是把各單因子分區(qū)的類似性進(jìn)行歸納后做出能夠體現(xiàn)全部或大部分水文因子綜合效應(yīng)、概括共同規(guī)律的水文分區(qū)[7]。

為把諸多水文因子所表現(xiàn)的“集體效應(yīng)”用計(jì)量手段有效地提取出來,20世紀(jì)80年代,黃委水文局龔慶勝等[8]參照數(shù)據(jù)處理的聚類分析原理,提出了“水文分區(qū)的主成分分析法”,基本思路:在考察區(qū)域地圖上,均勻適量地選擇一批地理坐標(biāo)點(diǎn)作為樣點(diǎn),編號(hào)并記下經(jīng)緯度;選擇與分區(qū)目標(biāo)有成因聯(lián)系的水文因子,繪制單項(xiàng)因子等值線圖或地理分區(qū)圖,內(nèi)插出每個(gè)樣點(diǎn)相應(yīng)的水文因子特征值,組成原始因子資料矩陣,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與線性正交變換,使原來具有一定相關(guān)關(guān)系的原始因子變成相互獨(dú)立、不再含有重疊信息的新變量——主成分,在繪制的主成分聚類圖上將聚合在一起的同類樣點(diǎn)所代表的空間范圍在地圖上圈繪出來,構(gòu)成水文分區(qū)圖[9]。

水文分區(qū)對(duì)于研究流域水文特性的空間分布規(guī)律、水文資料的移用及水文站網(wǎng)的規(guī)劃調(diào)整都有著重要的意義[7]。本文以青海省為研究對(duì)象,根據(jù)青海省自然地理特征及氣候特征的空間分布,采用GIS及主成分聚類分析法,在對(duì)水文分區(qū)的合理性進(jìn)行論證的基礎(chǔ)上,通過調(diào)整原始因子、修正錯(cuò)誤,對(duì)青海省進(jìn)行水文分區(qū),參照每個(gè)分區(qū)的典型特征給分區(qū)命名,并對(duì)每個(gè)分區(qū)的重要水文特性進(jìn)行描述。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

青海省地處我國青藏高原、黃土高原和內(nèi)蒙古高原的交匯區(qū),地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)活動(dòng)頗為復(fù)雜,地勢(shì)差異特大,地貌類型多樣。地表質(zhì)地類型有裸露的巖石、戈壁沙地、冰磧洪積物、水積湖積物、沉積黃土、沼澤、濕地、淤泥等。植被從草甸草、草原草、灌叢、農(nóng)作物到喬木林都有分布。氣候表現(xiàn)為高海拔地區(qū)空氣稀薄、日照時(shí)間長,低海拔地區(qū)氣溫偏低但季節(jié)尚分明。水量賦存狀態(tài)有河流、水庫、湖泊、冰川、沼澤、濕地等。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及選取

選用青海省內(nèi)51處水文站的年降水量、年徑流深、年水面蒸發(fā)量、干旱指數(shù)、懸移質(zhì)輸沙模數(shù)、年均氣溫共6項(xiàng)水文因子作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在因子確定后,通過對(duì)歷史實(shí)測(cè)資料的檢驗(yàn)和分析,分別繪制各因子等值線圖或分區(qū)圖。本次水文分區(qū)在工作底圖上基本按照等距方格網(wǎng)方式選擇180個(gè)樣點(diǎn),其中:柴達(dá)木盆地,54個(gè)樣點(diǎn);羌塘高原內(nèi)陸區(qū),7個(gè)樣點(diǎn);金沙江石鼓以上,22個(gè)樣點(diǎn);金沙江石鼓以下,2個(gè)樣點(diǎn);瀾滄江,8個(gè)樣點(diǎn);河西內(nèi)陸河,10個(gè)樣點(diǎn);黃河龍羊峽以上,23個(gè)樣點(diǎn);黃河龍羊峽至蘭州,36個(gè)樣點(diǎn);青海湖、哈拉湖流域,14個(gè)樣點(diǎn);泯沱江,4個(gè)樣點(diǎn)。

1.3 研究方法

在選擇確定水文分區(qū)影響因子的基礎(chǔ)上,利用GIS及主成分聚類分析法,以網(wǎng)格為單元,結(jié)合自然地理特征調(diào)整因子,得出青海省水文類型分區(qū)圖。具體步驟:

(1)選擇水文因子,即年降水量、年徑流深、年水面蒸發(fā)量、干旱指數(shù)、懸移質(zhì)輸沙模數(shù)、年均氣溫6項(xiàng)水文因子。

(2)選擇樣點(diǎn)。在繪制的水文因子等值線及分區(qū)圖上,均勻選擇地理坐標(biāo)作為樣點(diǎn)并進(jìn)行標(biāo)記,確定經(jīng)緯度。

(3)內(nèi)插確定各樣點(diǎn)的水文因子,組成原始資料矩陣。

(4)利用主成分聚類分析方法對(duì)所有網(wǎng)格進(jìn)行分組,每一組子網(wǎng)格初步確定為一類水文類型分區(qū),初步構(gòu)成水文分區(qū)圖。

(5)在對(duì)水文分區(qū)合理性進(jìn)行論證的基礎(chǔ)上,采用GIS技術(shù),結(jié)合自然地理特征調(diào)整原始因子,修正錯(cuò)誤,使分區(qū)特征與實(shí)際情況一致,得出水文分區(qū)圖。參照每個(gè)分區(qū)的典型特征進(jìn)行命名,并定性和定量描述其水文特征。

2 水文分區(qū)分析

2.1 水文因子空間變化分析

從總體趨勢(shì)看,降水量、徑流深二者的等值線圖具有極強(qiáng)的相似性。祁連及青南地區(qū)是青海省降水量及徑流深的高值區(qū),年降水量為500~700mm,年徑流深為200~400mm;柴達(dá)木盆地是全省的低值區(qū),年降水量小于50mm,年徑流深小于5mm。柴達(dá)木盆地中心為全省最干旱的地區(qū),年水面蒸發(fā)量高達(dá)2000mm,干旱指數(shù)超過50;祁連山、青南地區(qū)則為低值區(qū),年水面蒸發(fā)量為650~900mm,干旱指數(shù)小于2.0。全省氣溫的高值區(qū)及次高值區(qū)分別為河湟谷地及柴達(dá)木盆地,年均氣溫分別為8、4℃;全省低溫區(qū)位于長江、黃河源頭區(qū)及祁連山一帶,年均氣溫低于-4℃。河湟地區(qū)(湟水西寧以下、黃河龍羊峽以下)懸移質(zhì)輸沙模數(shù)為300~3000t/(km2a),省內(nèi)其余地區(qū)大都在300t/(km22)以下。

2.2 主成分聚類分析

對(duì)180個(gè)樣點(diǎn)的年降水量、年徑流深、年水面蒸發(fā)量、干旱指數(shù)、懸移質(zhì)輸沙模數(shù)、年均氣溫的資料進(jìn)行計(jì)算,得到的主成分特征值及特征向量見表1。由表1可見,前兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.97%,第一個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為65.44%;第一主成分中反映水分因素的降水量、徑流深、蒸發(fā)量及干旱指數(shù)的特征向量均較大,降水量、徑流深、輸沙模數(shù)的特征向量均為負(fù)值,蒸發(fā)量、干旱指數(shù)、氣溫的特征向量均為正值。第二主成分中,輸沙模數(shù)的特征向量達(dá)0.7905,遠(yuǎn)大于其他因子的。

以經(jīng)線性正交變換而成的新組合變量G0代表水分條件從濕潤向干旱變化,G1代表輸沙模數(shù)從弱到強(qiáng)變化。以G0作為橫軸(稱水分軸)、G1作為縱軸(稱侵蝕強(qiáng)度軸)建立直角坐標(biāo)系,將計(jì)算的(G0,G1)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪在主成分聚類圖中,對(duì)上述6項(xiàng)水文因子進(jìn)行不同組合,總體表現(xiàn)為水分條件是最顯著的主成分,其貢獻(xiàn)率均超過65%;侵蝕強(qiáng)度在第二主成分中最顯著,它對(duì)應(yīng)的特征向量約為0.8。主成分聚類圖中從左到右可分為4個(gè)大區(qū)(一級(jí)區(qū)),即半濕潤區(qū)、半干旱區(qū)、干旱區(qū)、極干旱區(qū)。根據(jù)其計(jì)算值并考慮自然地理地貌情況,在地圖上劃分二級(jí)分區(qū)(見表2和圖1)。反映水分條件的地理樣點(diǎn)從左到右可分為4個(gè)大區(qū),即半濕潤區(qū)、半干旱區(qū)、干旱區(qū)、極干旱區(qū),但反映侵蝕強(qiáng)度的地理樣點(diǎn)主要集中在低值區(qū)。聚類區(qū)與映射分區(qū)中主要分類為柴達(dá)木盆地極干旱區(qū),柴達(dá)木盆地邊緣、茶卡、沙珠玉干旱區(qū),長江、黃河源頭半干旱區(qū),黃河丘陵半干旱區(qū),河湟谷地強(qiáng)侵蝕半干旱區(qū),青海湖、哈拉湖半干旱區(qū),祁連山半濕潤區(qū)和青南半濕潤區(qū)共8個(gè)區(qū),其中:柴達(dá)木盆地極干旱區(qū)包含了32個(gè)樣點(diǎn),柴達(dá)木盆地邊緣、茶卡、沙珠玉干旱區(qū)包含了25個(gè)樣點(diǎn),長江、黃河源頭半干旱區(qū)包含了29個(gè)樣點(diǎn),黃河丘陵半干旱區(qū)包含了13個(gè)樣點(diǎn),河湟谷地強(qiáng)侵蝕半干旱區(qū)包含了21個(gè)樣點(diǎn),青海湖、哈拉湖半干旱區(qū)包含了16個(gè)樣點(diǎn),祁連半濕潤區(qū)包含了16個(gè)樣點(diǎn),青南半濕潤區(qū)包含了28個(gè)樣點(diǎn)。

2.3 與自然地理法結(jié)合的水文分區(qū)成果

分區(qū)過程中把主成分聚類圖的分區(qū)作為背景基礎(chǔ)(第一級(jí)),主要反映氣候干濕程度;把大地貌單元作為第二級(jí),主要反映自然地理概況;把較直接影響水文現(xiàn)象和過程的地形、地表質(zhì)地、植被分布等有關(guān)下墊面要素作為第三級(jí),并考慮水系的完整性和水文站網(wǎng)規(guī)劃的可操作性。本次水文分區(qū)擬分3級(jí),一級(jí)分區(qū)用代碼Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表極干旱區(qū)、干旱區(qū)、半干旱區(qū)、半濕潤區(qū)。

極干旱區(qū)的二級(jí)分區(qū)即柴達(dá)木盆地極干旱區(qū),用角標(biāo)1作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2)。干旱區(qū)的二級(jí)分區(qū)即柴達(dá)木盆地邊緣、茶卡、沙珠玉干旱區(qū),用角標(biāo)1作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2、-3)。半干旱區(qū)的二級(jí)分區(qū)有:長江、黃河源頭半干旱區(qū),用角標(biāo)1作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2,-3);黃河丘陵半干旱區(qū),用角標(biāo)2作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2);河湟谷地半干旱區(qū),用角標(biāo)3作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2、-3、-4);青海湖、哈拉湖半干旱區(qū),用角標(biāo)4作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2)。半濕潤區(qū)的二級(jí)分區(qū)有:青南半濕潤區(qū),用角標(biāo)1作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2);祁連山半濕潤區(qū),用角標(biāo)2作為代碼(其三級(jí)分區(qū)代碼為-1、-2)。結(jié)合省內(nèi)自然地理特征的綜合水文分區(qū)見表2和圖2。

2.4 水文分區(qū)特征

各分區(qū)的水文特征及其在青海省的空間分布規(guī)律如下:

(1)極干旱區(qū)(Ⅰ)。極干旱區(qū)內(nèi)年降水量大都小于100mm(個(gè)別區(qū)域達(dá)到160mm),大都為非產(chǎn)流區(qū),蒸發(fā)能力為1350~2000mm,干旱指數(shù)大于8.8,且大部分大于50。阿爾金山東麓剝蝕山地極干旱區(qū)(I1-1)和柴達(dá)木盆地潴水濕地極干旱區(qū)(I1-2)為其三級(jí)分區(qū)。I1-1分區(qū)地勢(shì)為波狀平緩山丘,降水量極小,蒸發(fā)能力特強(qiáng),氣候極干燥,為低溫地區(qū),但年、日溫差極大,地表風(fēng)化特發(fā)育,剝蝕作用強(qiáng)烈,山丘頂部多巖體裸露,山坡多覆蓋巖屑、礫石、卵石,幾無植被生存,形成典型的高山荒漠戈壁自然景觀。I1-2分區(qū)地勢(shì)總體廣平,河、湖、草灘、鹽堿地、沙丘沙地及戈壁交錯(cuò)分布,氣候極干旱,降雨量極小,區(qū)內(nèi)自產(chǎn)徑流貧乏,分布有達(dá)布遜湖、北霍布遜湖、托索湖、鹽湖等眾多湖泊和面積大小不同的沼澤濕地。

(2)干旱區(qū)(Ⅱ)。干旱區(qū)內(nèi)年降水量為160~280mm,年徑流深為5~110mm,年水面蒸發(fā)量為1000~1400mm,干旱指數(shù)為4.1~8.5。該區(qū)域內(nèi)包含祁連山柴達(dá)木盆地過渡地帶山丘干旱區(qū)(Ⅱ1-1)、昆侖山柴達(dá)木盆地過渡地帶丘源干旱區(qū)(Ⅱ1-2)和沙珠玉河流域干旱區(qū)(Ⅱ1-3)。

1-1分區(qū)主要分布有土爾根達(dá)坂山、柴達(dá)木山、宗務(wù)隆山等山脈,海拔從4500m左右過渡到2500m左右,部分高海拔山峰上發(fā)育有現(xiàn)代冰川,地勢(shì)從山區(qū)到盆地邊緣逐步平緩,為較大河流的中游區(qū)段。氣候干旱、降雨稀少,除河谷地帶植被尚好外,絕大部分區(qū)域是荒蕪裸地。區(qū)內(nèi)自產(chǎn)徑流有限,但由山區(qū)產(chǎn)生通過本區(qū)進(jìn)入柴達(dá)木盆地的徑流量不小。

1-2分區(qū)處于昆侖山北坡向柴達(dá)木盆地的過渡地帶,昆侖山北坡較陡峭,與柴達(dá)木盆地之間高差為1 500-2 500m,源自北坡的諸多河流注入柴達(dá)木盆地。該區(qū)域水系較發(fā)達(dá),過境水流較豐富,人口較密集,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好。區(qū)域內(nèi)總體屬山麓沖洪積傾斜平原、丘源,可稱為柴達(dá)木盆地的南盆緣,也形成有不少河川盆地及多個(gè)自然地貌單元。

1-3分區(qū)主要處于茶卡一共和盆地,區(qū)內(nèi)地形多為大小不一的階地臺(tái)地及寬谷,臺(tái)地至溝谷底高差為20~40m,流水侵蝕作用強(qiáng)烈,溝壑縱橫,地形破碎,海拔2990~3200m。該區(qū)地表覆蓋較厚沙層,植被較差,水文特征為氣候干旱、降水稀少,區(qū)內(nèi)自產(chǎn)徑流較少,徑流以地下水補(bǔ)給為主,出山口后轉(zhuǎn)為潛流,在盆地低處溢出,眾泉水匯流成河或湖泊。

(3)半干旱區(qū)(Ⅲ)。半干旱區(qū)年降水量為240~650mm,年徑流深為40~190mm,年水面蒸發(fā)量為700~1200mm,干旱指數(shù)為1.4~4.0。該區(qū)域內(nèi)包含可可西里高原草甸潴水濕地半干旱區(qū)(Ⅲ1-1)、長江源頭高山凍融半干旱區(qū)(Ⅲ1-2)、黃河源頭山丘凍融半干旱區(qū)(Ⅲ1-3)、共和一興海荒漠草原風(fēng)力侵蝕半干旱區(qū)(Ⅲ2-1)、黃河峽谷段山地丘陵水力侵蝕半干旱區(qū)(Ⅲ2-2)、湟水谷地川水帶強(qiáng)侵蝕半干旱區(qū)(Ⅲ3-1)、湟水谷地淺山帶強(qiáng)侵蝕半干旱區(qū)(Ⅲ3-2)、涅水谷地腦山帶強(qiáng)侵蝕半干旱區(qū)(Ⅲ3-3)、黃河干流黃土丘陵半干旱區(qū)(Ⅲ3-4)、哈拉湖高山湖盆凍融侵蝕半干旱區(qū)(Ⅲ4-1)和青海湖山丘湖盆水力侵蝕半干旱區(qū)(Ⅲ4-2)。

1-1分區(qū)位于青海省西南部,處于昆侖山以南、烏蘭烏拉山以北,東起青藏公路,西迄省界,為青藏高原腹地,平均海拔在4600m以上,東部為以楚瑪爾河為主的長江北源水系,西部和北部是分布著眾多湖泊的內(nèi)流水系。地貌多為較小起伏的高海拔丘陵、臺(tái)地和平原。受凍融作用影響深刻,植被主要為耐高寒的草甸草被。該區(qū)氣溫較低,以雪為主的固體降水占比較大,水面蒸發(fā)不甚強(qiáng)烈,融雪徑流較發(fā)育,徑流多匯聚成湖或沼澤濕地。

1-2分區(qū)位于青海省西南部,北鄰昆侖山脈、南界為唐古拉山、西依可可西里山,海拔多在5000m左右。該區(qū)主要分布有高山荒漠土、高山草甸土、高山草原土、沼澤土等,具有特殊的高原自然地理環(huán)境。區(qū)內(nèi)地表水以河流、湖泊、沼澤和冰川形式存在,儲(chǔ)量較豐,地下水屬山丘區(qū)地下水,主要為基巖裂隙水。

1-3分區(qū)內(nèi)黃河源頭湖泊較多(約5300多個(gè)),擁有全國海拔最高的淡水湖——扎陵湖和鄂陵湖。該區(qū)地形為丘陵和盆地,植被為低草牧草,區(qū)域內(nèi)擁有廣大的水域濕地,在強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下,成為當(dāng)?shù)厮闹匾獊碓?,?duì)內(nèi)陸循環(huán)和當(dāng)?shù)貧夂虍a(chǎn)生較大的影響。主要水文地理特征為地勢(shì)高,氣候干旱,空氣稀薄,冰水凍融交替,有較多的潴水沼澤濕地,水汽交換較強(qiáng)烈。

2-1分區(qū)即共和一興海一帶地勢(shì)較平緩、沙層覆蓋較深厚、地表多為流動(dòng)沙丘和平坦的積沙沙地,自然地理景觀為荒漠草原,風(fēng)力侵蝕比較強(qiáng),具有較獨(dú)特的水文地理特征。

2-2分區(qū)為從瑪曲到循化的黃河峽谷段,區(qū)域內(nèi)為一系列走向北西或近乎東西向的大山,河谷忽寬忽窄,出現(xiàn)川峽相間的河谷形態(tài)。該區(qū)海拔不高,山體陡峭、峽谷下切很深,基巖多有裸露,山地丘陵部分坡地臺(tái)源地有薄層黃土覆蓋,水力侵蝕比較強(qiáng)烈。該區(qū)段是黃河水力開發(fā)的主要區(qū)域,已經(jīng)建成十?dāng)?shù)座水電站和水庫,對(duì)河川徑流有較大影響。

3-1分區(qū)主要為涅水流域黃土低山丘陵之間的河谷平川,海拔1565~2200m。該地區(qū)黃土深厚、坡度較陡、降雨較多,溝谷侵蝕發(fā)育,是青海省人居密度最大的地帶,基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)最為集中。

3-2分區(qū)基本環(huán)繞Ⅲ3-1分區(qū)向上延續(xù)到山峁邊緣,海拔2200~2800m,相對(duì)高差300~600m,黃土沉積較厚,降雨較多較強(qiáng),溝谷極為發(fā)育,溝道短、坡度大,是青海省現(xiàn)代水力侵蝕作用最強(qiáng)烈的地段,植被稀疏,水土流失嚴(yán)重。該地區(qū)人居較密,社會(huì)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱。

3-3分區(qū)處于湟水谷地的較高地帶,海拔2800~3200m,地貌屬黃土高原低山梁峁丘陵,地勢(shì)平緩,多為寬淺溝谷所分割的梁狀丘、圓頂峁,零星分布有高源,地形景觀形體渾圓,波狀起伏,梁、峁、源坡角約為5°,上覆黃土,植被較好,局部山坡生長次生林,放牧草場(chǎng)占很大的比重。該區(qū)地廣人稀,降水較多,是湟水許多支流的發(fā)源地和主要產(chǎn)流區(qū),水力侵蝕比較嚴(yán)重。

3-4分區(qū)主要指貴德—循化一帶的黃河區(qū)段,河谷雖然有較深的切割,但黃土高原地貌類型也很明顯,有起伏平緩的丘陵、開闊廣平的河谷盆地及零星的高源臺(tái)地,黃土覆蓋厚薄不一,降雨較多,植被良好,人居不少,農(nóng)牧業(yè)較發(fā)達(dá)。

4-1分區(qū)處于祁連山系中段,主要分布有走廊南山、托勒山、托勒南山、疏勒南山等高山和哈拉湖盆地。其中:疏勒南山由數(shù)個(gè)相對(duì)高差不大的主峰聚集組成塊狀山體,海拔4500~5000m,是祁連山系的最高峰(主峰崗則吾結(jié)峰海拔5826.8m),該山也是祁連山系中現(xiàn)代冰川最為發(fā)育的一條山脈。

4-2分區(qū)屬于雨源水文區(qū),但青海湖是咸水湖。青海湖東側(cè)的日月山是一條北西向的斷塊山,海拔4000m左右,為我國季風(fēng)區(qū)與非季風(fēng)區(qū)、外流流域與內(nèi)流區(qū)域的分界線,是傳統(tǒng)觀念上黃土高原的最西緣、青海省內(nèi)農(nóng)業(yè)區(qū)與牧業(yè)區(qū)的分界線,也是我國非常重要的一條自然地理分界線。布哈河流域是祁連山系向青海湖高原盆地的過渡地帶,上游呈現(xiàn)高山景觀,中下游則為山丘地貌。青海湖盆地山湖之間是向湖區(qū)傾斜的流水坡積平原,盡顯廣柔的草原風(fēng)光。

(4)半濕潤區(qū)(Ⅳ)。青南半濕潤區(qū)年降水量為400~780mm,年徑流深為150~400mm,年蒸發(fā)能力為700~890mm,干旱指數(shù)為0.9~1.8,輸沙模數(shù)為40~200t/(km2a),年均氣溫為-4~4℃。包括青南高山草原凍融侵蝕半濕潤區(qū)(Ⅳ1-1)、青南高山林地水力侵蝕半濕潤區(qū)(Ⅳ1-2)、祁連山北部凍融侵蝕半濕潤區(qū)(Ⅳ2-1)和大通河流域高山盆地水力侵蝕半濕潤區(qū)(Ⅳ2-2)。

1-1分區(qū)為明顯的凍融侵蝕區(qū),總體地勢(shì)高,但地形較平緩,間有高山峽谷,植被覆蓋以草甸草、灌木叢等低等植物居多,大部分地區(qū)是寬廣平坦的草灘、草甸,牧草生長良好。降水較多,降水量略小于蒸發(fā)量,呈半濕潤氣候特征;坡地平地蓄水能力強(qiáng),多沼澤濕地。

1-2分區(qū)位于Ⅳ1-1分區(qū)南部,海拔較Ⅳ1-1區(qū)較低,但地形坡度較陡,降雨量大,降水與蒸發(fā)量大致持平,氣溫等條件適合生長高大的喬木,是重要的林區(qū),農(nóng)業(yè)也較發(fā)達(dá)。該區(qū)的水文特征是產(chǎn)水多外流也多,儲(chǔ)水能力不如Ⅳ1-1區(qū)強(qiáng)。

2-1分區(qū)多高山峻嶺,平均海拔4800m,許多山峰常年積雪或?yàn)楸ǜ采w,盡顯半濕潤狀況,氣候高寒,為明顯的凍融侵蝕區(qū)。

2-2分區(qū)的地勢(shì)特征為大通河干流河道被兩側(cè)高山夾持,西北高、東南低,海拔為1650~4700m。流域水系呈羽毛狀,干流河道峽谷與盆地相間分布,峽谷深窄,水勢(shì)湍急、下切力強(qiáng),水流落差大,水能資源豐富。盆地為開闊的草原,也有農(nóng)耕開發(fā),但生態(tài)環(huán)境脆弱。青石嘴以上為上游,主要特征是遍布高山草原,間有林區(qū),氣候寒冷濕潤;青石嘴以下為中下游,適宜森林和農(nóng)作物生長。該區(qū)降水量較大,為明顯的水力侵蝕區(qū)。

水文分區(qū)是對(duì)水文氣候和水文地理的綜合,也體現(xiàn)水文觀測(cè)和自然地理考察等方面的工作成就和認(rèn)知水平。從分區(qū)成果看,高原、高山、沙漠、戈壁等高寒缺氧、人煙稀少的地區(qū)分區(qū)較粗,河湟地帶的黃土高原分區(qū)較細(xì),這與青海省的客觀情況和水文發(fā)展的水平及需求是一致的。

3 結(jié)語

青海省深居內(nèi)陸,從海洋遠(yuǎn)距離輸運(yùn)來的水汽有限,水文大循環(huán)發(fā)展輪次較少,但本地的蒸發(fā)聚集產(chǎn)生局地降水的隨機(jī)性很強(qiáng),水文小循環(huán)較活躍。地理外營力的風(fēng)力、水力、凍融及重力坍塌都有活動(dòng)區(qū)域和表現(xiàn)場(chǎng)合。地形地貌復(fù)雜,且水體存儲(chǔ)狀態(tài)多種多樣。青海省的人居主要偏于河涅地帶的黃土高原,人們對(duì)這里的開發(fā)利用程度較高,認(rèn)識(shí)也較深刻;廣大的高原、高山、沙漠和戈壁高寒缺氧,人煙稀少,人們對(duì)其認(rèn)識(shí)相當(dāng)有限。

本次水文分區(qū)將水文定量參數(shù)統(tǒng)計(jì)的主成分分析方法與自然地理景觀特征結(jié)合起來,從分區(qū)成果看,高原、高山、沙漠、戈壁等高寒缺氧、人煙稀少的地區(qū)分區(qū)較粗,河湟地帶的黃土高原分區(qū)較細(xì),這與青海省的客觀情況和水文發(fā)展的需求是一致的。通過水文分區(qū)也發(fā)現(xiàn)一些水文現(xiàn)象(概念)的描述存在矛盾或不適合的地方,比如從蒸發(fā)能力和降水的對(duì)比考察氣候干濕的總表現(xiàn),柴達(dá)木盆地腹地為“極干旱”區(qū),但又匯集貯存著較豐富的水資源,遍布胡泊、沼澤和濕地,似為“重度澇”區(qū),有悖于干旱的常識(shí)概念。諸如此類的疑問有待探討。

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