Hydrogeomorphic characteristics and runoff relationships of Beichuan River basin in Qinghai Province
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摘要: 以北川河流域5个水文站径流量观测资料为基础，利用30 m分辨率的DEM数据提取了与径流量相关的水文地貌特征因子，通过对多年平均径流量与水文地貌特征因子之间的相关分析，经过共线性诊断筛选水文地貌特征因子并建立线性回归方程，得出以下结论：北川河流域从上游到下游地形趋于平坦，水系发育程度更高，汇流能力更强．影响多年平均径流量主要的宏观地形因子贡献率分别是地形湿度指数（50.66%）和地表粗糙度（44.33%），主要的微观地形因子贡献率分别是剖面曲率（36.25%）、高程（27.26%）和坡向变率（24.31%），主要的水系形态指标贡献率分别是节点连接率（54.16%）和面积高程积分（32.95%）．上述结果为深入理解北川河流域的水文地貌关系提供依据，为研究其他小流域的不同水文节点，特别是上下游的水文地貌特征以及径流量与水文地貌特征的关系分析提供思路参考．Abstract: we used runoff observation data of 5 gauging stations to calculate the average annual runoff in the Beichuan River basin, and used 30 m DEM data to extract the hydrogeomorphic characteristic factors related to runoff. The results show the topography of the Beichuan River basin tends to be flat from the upstream to the downstream, and the catchment capacity becomes stronger with the increase of river network development. we completed the correlation analysis between the average annual runoff and the hydrogeomorphic characteristic factors. Screen hydrogeomorphic characteristic factors through collinearity diagnosis, and establish linear regression equation. From the perspective of macro topographic factors, there are two factors with high contribution rates, namely terrain humidity index (50.66%) and surface roughness (44.33%). For micro topographic factors, the order of contribution rate is profile curvature contributes (36.25%), elevation (27.26%) and slope aspect variation (24.31%). Accordingly, for river network form index, node connection rate (54.16%) and area elevation integral (32.95%). Those results provide a in-depth understanding of the relationships between hydrogeomorphic characteristics and runoff, which can provide a reference for studying the hydrogeomorphic characteristics of the upstream and downstream.
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表 1 北川河流域水文站信息
水文站 地点 东经E/(°) 北纬N/(°) 高程/m 集水面积/km2 牛场 青海省大通县宝库乡牛场 101.35 37.25 3236 784 硖门 青海省大通县新庄镇申哇村 101.57 37.08 2665 1308 黑林 青海省大通县青林乡卧马村 101.38 37.08 2840 279 桥头 青海省大通县桥头镇 101.68 36.93 2508 2774 朝阳 青海省西宁市门源路38号 101.77 36.65 2324 3365 
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表 3 各水文站集水区的宏观地形因子
水文站 平均地形起伏度RF/m 平均地形湿度指数TWI 平均地表粗糙度R 平均地表切割深度D1/m 平均高程变异系数VCE 牛场 30.44 5.69 1.087 15.14 0.00261 硖门 32.68 5.63 1.099 16.26 0.00296 黑林 31.32 5.65 1.091 15.57 0.00285 桥头 29.57 5.75 1.085 14.70 0.00283 朝阳 28.47 5.79 1.079 14.17 0.00284
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表 4 各水文站集水区的微观地形因子
水文站 平均高程H/m 平均坡度S(°) 平均平面曲率Cc 平均剖面曲率Cp 平均坡度变率SOS 平均坡向变率SOA 牛场 3772 19.94 0.0129 0.0128 8.78 36.55 硖门 3604 21.26 0.0126 0.0126 8.93 35.25 黑林 3524 20.63 0.0131 0.0130 8.46 34.85 桥头 3349 19.23 0.0113 0.0114 8.44 37.48 朝阳 3221 18.51 0.0103 0.0103 8.38 38.63
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表 5 各水文站集水区的水系形态指标
水文站 流域面积
A/km2流域河流总长度
L/km沟壑密度D/
(km·km-2)河流主河道
比降G/‰干流长度
Lm/km流域长度
Ls/km流域形状
系数Ke水面率
Wp/%牛场 784 605.86 0.77 27.28 60.74 46.47 0.36 0.70 硖门 1308 1002.88 0.76 22.88 97.51 72.34 0.25 1.00 黑林 279 212.07 0.75 42.23 39.76 31.37 0.29 0.46 桥头 2774 2248.53 0.81 20.22 120.10 90.76 0.34 0.73 朝阳 3365 2755.16 0.81 17.02 155.81 117.50 0.25 0.73 水文站 节点连接率β 水系连通度γ 水系发育系数K 分形维数FD 形态因子α 伸长比ER 面积高程积分AEI 圆度RO 牛场 2.0052 0.68 8.98 1.0188 13219.47 0.68 0.49 0.38 硖门 2.0030 0.67 9.28 1.0194 23808.33 0.57 0.51 0.29 黑林 2.0120 0.69 4.33 1.0249 2515.38 0.60 0.48 0.45 桥头 2.0026 0.67 17.72 1.0211 85374.81 0.66 0.43 0.36 朝阳 2.0062 0.67 16.68 1.0205 97412.44 0.56 0.45 0.29
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表 6 多年平均径流量与宏观地形因子的相关性
多年平均
径流量W平均地形
起伏度RFmean平均地形湿度
指数TWImean平均地表粗
糙度Rmean平均地表切割
深度D1mean平均高程变异
系数VCEmean多年平均径流量W 1 平均地形起伏度RFmean −0.439 1 平均地形湿度指数TWImean 0.602 −.976** 1 平均地表粗糙度Rmean −0.339 0.993** −0.944* 1 平均地表切割深度D1mean −0.433 1.000** −0.974** 0.994** 1 平均高程变异系数VCEmean 0.150 0.371 −0.228 0.430 0.375 1 注：*在0.05水平（双侧）上相关性显著；**在0.01水平（双侧）上相关性显著．
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表 7 多年平均径流量与微观地形因子的相关性
多年平均
径流量W平均高程Hmean 平均坡度Smean 平均平面
曲率Ccmean平均剖面
曲率CPmean平均坡度
变率SOSmean平均坡向
变率SOAmean多年平均径流量W 1 平均高程Hmean −0.509 1 平均坡度Smean −0.521 0.700 1 平均平面曲率Ccmean −0.717 0.883* 0.849 1 平均剖面曲率Cpmean −0.687 0.877 0.866 0.999** 1 平均坡度变率SOSmean −0.123 0.790 0.724 0.583 0.596 1 平均坡向变率SOAmean 0.680 −0.665 −0.956* −0.909* −0.920* −0.524 1 注：*在0.05水平（双侧）上相关性显著；**在0.01水平（双侧）上相关性显著．
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表 8 多年平均径流量与水系形态指标的相关性
多年平均
径流量W流域
面积
A河道
总长度
L沟壑
密度
D河流
主河道
比降G干流
长度
Lm流域
长度
LS流域形状
系数
Ke水面率
Wp节点
连接率
β水系
连通度
γ水系发育
系数
K分形
维数
FD形态
因子
α伸长比
ER面积
高程
积分AEI圆度
RO多年平均
径流量W1 流域面积A 0.832 1 河道总长度L 0.824 1.000** 1 沟壑密度D 0.803 0.964** 0.967** 1 河流主河道
比降G−0.888* −0.850 −0.841 −0.794 1 干流长度Lm 0.809 0.973** 0.970** 0.888* −0.899* 1 流域长度LS 0.806 0.977** 0.974** 0.896* −0.893* 1.000** 1 流域形状
系数Ke0.063 −0.249 −0.245 −0.015 0.131 −0.399 −0.392 1 水面率Wp 0.559 0.293 0.274 0.127 −0.690 0.462 0.442 −0.287 1 节点连接率β −0.851 −0.495 −0.481 −0.452 0.827 −0.547 −0.535 −0.176 −0.826 1 水系连通度γ −0.927* −0.791 −0.780 −0.740 0.985** −0.835 −0.827 0.033 −0.739 0.909* 1 水系发育
系数K0.925* 0.961** 0.960** 0.969** −0.874 0.905* 0.909* 0.004 0.315 −0.637 −0.855 1 分形维数FD −0.512 −0.287 −0.274 −0.277 0.735 −0.389 −0.377 −0.171 −0.773 0.813 0.764 −0.384 1 形态因子α 0.819 0.992** 0.994** 0.978** −0.794 0.938* 0.944* −0.185 0.190 −0.442 −0.738 0.964** −0.201 1 伸长比ER 0.056 −0.256 −0.252 −0.022 0.146 −0.408 −0.401 1.000** −0.299 −0.164 0.047 −0.004 −0.151 −0.190 1 面积高程
积分AEI−0.553 −0.708 −0.718 −0.802 0.319 −0.532 −0.548 −0.166 0.363 0.067 0.292 −0.738 −0.275 −0.790 −0.172 1 圆度RO −0.654 −0.670 −0.657 −0.512 0.883* −0.815 −0.803 0.499 −0.848 0.701 0.847 −0.602 0.705 −0.573 0.514 −0.044 1 注：*在0.05水平（双侧）上相关性显著；**在 0.01水平（双侧）上相关性显著．
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[1] 芮孝芳,蒋成煜. 流域水文与地貌特征关系研究的回顾与展望[J]. 水科学进展,2010,21(4):444 doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2010.04.005 [2] MOORE I D,GRAYSON R B,LADSON A R. Digital terrain modelling:a review of hydrological,geomorphological,and biological applications[J]. Hydrological Processes,1991,5(1):3 doi: 10.1002/hyp.3360050103 [3] 王万雄,李自珍,常宗强. 影响祁连山区域地貌-水文系统各地理要素的主成分分析[J]. 西北植物学报,2004,24(3):533 doi: 10.3321/j.issn:1000-4025.2004.03.026 [4] 李致家,姜婷婷,黄鹏年,等. 降雨和地形地貌对水文模型模拟结果的影响分析[J]. 水科学进展,2015,26(4):473 [5] RICHARDSON M,KETCHESON S,WHITTINGTON P,et al. The influences of catchment geomorphology and scale on runoff generation in a northern peatland complex[J]. Hydrological Processes,2012,26(12):1805 doi: 10.1002/hyp.9322 [6] 刘金涛,王爱花,韦玉,等. 流域地貌结构因子对径流特征的影响分析[J]. 水科学进展,2015,26(5):631 [7] 叶金印,姚成,李京兵,等. 基于数字高程模型的流域地貌特征提取及其规律研究[J]. 水电能源科学,2012,30(9):63 [8] 王春雷,宫兴龙,邢贞相,等. 流域地貌特征对流域水文响应的影响分析[J]. 水文,2017,37(3):29 doi: 10.3969/j.issn.1000-0852.2017.03.005 [9] 梅超,刘家宏,王浩,等. 城市下垫面空间特征对地表产汇流过程的影响研究综述[J]. 水科学进展,2021,32(5):791 [10] 王贺年. 海河山区流域生态水文演变规律研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2015 [11] 罗仪宁,杨勤科,古云鹤,等. 江西省水文地貌关系正确的DEM建立[J]. 水土保持通报,2011,31(2):146 [12] 刘金涛,宋慧卿,王爱花. 水文相似概念与理论发展探析[J]. 水科学进展,2014,25(2):288 [13] NIYAZI B,KHAN A A,MASOUD M,et al. Morphological-hydrological relationships and the geomorphological instantaneous unit hydrograph of Makkah Al-Mukarramah watersheds[J]. Arabian Journal of Geosciences,2021,14(9):1 [14] 孙周亮, 刘艳丽, 舒章康, 等. 水文相似理论研究进展[J]. 水利水运工程学报. doi: 10.12170/20220617004 [15] 王先棒. 北川河流域生态水文响应研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2020 [16] 董喆. 北川河流域径流变化特征及其影响因素分析[D]. 北京: 北京林业大学, 2018 [17] JENCSO K G,MCGLYNN B L,GOOSEFF M N,et al. Hydrologic connectivity between landscapes and streams:transferring reach- and plot-scale understanding to the catchment scale[J]. Water Resources Research,2009,45(4):262 [18] 李钰茜. 流域地形对降雨径流过程影响数值模拟研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2021 [19] 叶芝菡,化相国,路炳军,等. 北京山区小流域主沟道水文地貌特征调查与分析研究[J]. 中国水利,2013(21):52 doi: 10.3969/j.issn.1000-1123.2013.21.023 [20] 刘爱利,汤国安. 中国地貌基本形态DEM的自动划分研究[J]. 地球信息科学,2006(4):8 [21] 熊礼阳,汤国安,杨昕,等. 面向地貌学本源的数字地形分析研究进展与展望[J]. 地理学报,2021,76(3):595 doi: 10.11821/dlxb202103008 [22] 张磊. 基于核心地形因子分析的黄土地貌形态空间格局研究[D]. 南京: 南京师范大学, 2013 [23] 李阳,周毅,雷雪,等. 基于流域单元的黄土地貌正负地形因子量化关系模拟[J]. 干旱区资源与环境,2019,33(7):78 doi: 10.13448/j.cnki.jalre.2019.201 [24] 李进林,韦杰. 嘉陵江流域水系形态特征与侵蚀产沙响应[J]. 水土保持研究,2016,23(5):7 doi: 10.13869/j.cnki.rswc.20160617.003 [25] 马宗伟,许有鹏,钟善锦. 水系分形特征对流域径流特性的影响:以赣江中上游流域为例[J]. 长江流域资源与环境,2009,18(2):163 doi: 10.3969/j.issn.1004-8227.2009.02.012 [26] 吴硕. 水系提取及其并行化算法在水系形态管理中的应用研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2020 [27] 黄奕龙,王仰麟,刘珍环,等. 快速城市化地区水系结构变化特征:以深圳市为例[J]. 地理研究,2008,27(5):1212 doi: 10.3321/j.issn:1000-0585.2008.05.024 [28] 蒋冲,李芬,高艳妮,等. 1956−2012年三江源区河流流量变化及成因[J]. 环境科学研究,2017,30(1):30 doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.01.13 [29] MAO T X,WANG G X,ZHANG T. Impacts of climatic change on hydrological regime in the three-river headwaters region,China,1960-2009[J]. Water Resources Management,2016,30(1):115 doi: 10.1007/s11269-015-1149-x [30] 张彩霞,杨勤科,李锐. 基于DEM的地形湿度指数及其应用研究进展[J]. 地理科学进展,2005,24(6):116 doi: 10.3969/j.issn.1007-6301.2005.06.014 [31] 冯德锃, 刘金涛, 陈喜, 等. 基于山坡蓄量运动波方程的理想山坡退水特征分析[C]//. 水与区域可持续发展: 第九届中国水论坛论文集, 2011: 484 [32] 王林华,汪亚峰,王健,等. 地表粗糙度对黄土坡面产流机制的影响[J]. 农业工程学报,2018,34(5):120 doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.05.016 [33] LIU Q J,ZHANG H Y,AN J,et al. Soil erosion processes on row sideslopes within contour ridging systems[J]. CATENA,2014,115:11 doi: 10.1016/j.catena.2013.11.013 [34] 张洋. 东柳沟流域风力—水力侵蚀动力过程试验研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2018 [35] 石扬旭,张友静,李鑫川,等. 流域下垫面特征对多年平均径流系数的影响[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版),2017,45(12):138 doi: 10.13207/j.cnki.jnwafu.2017.12.019 [36] 郎玲玲,程维明,朱启疆,等. 多尺度DEM提取地势起伏度的对比分析:以福建低山丘陵区为例[J]. 地球信息科学,2007(6):1 [37] 张永红,黄付强,程华,等. 两种分辨率DEM在不同空间尺度下的差异−以黄土高原丘陵区为例[J]. 西部林业科学,2020,49(4):54 doi: 10.16473/j.cnki.xblykx1972.2020.04.008 [38] 江岭,高辰,韩枭,等. 面向多分辨率DEM的河网相似性测度与分析[J]. 地球信息科学学报,2021,23(4):576 doi: 10.12082/dqxxkx.2021.200234 [39] 宋晓猛,张建云,占车生,等. 基于DEM的数字流域特征提取研究进展[J]. 地理科学进展,2013,32(1):31 doi: 10.11820/dlkxjz.2013.01.003 -
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