探討Arc GIS在計算區(qū)域水資源量中的應用

劉 武

(黑龍江省水文水資源中心, 黑龍江 哈爾濱 150001)

《黑龍江省水資源公報》編制初期，降水徑流等值線是在黑龍江省地形圖、河流水系圖上進行繪制，將雨量站、水文站點的年度數(shù)據(jù)標注在紙質(zhì)地形圖上，手工繪制全省降水等值線，根據(jù)等值線分割區(qū)域利用求積儀在紙質(zhì)地圖上量算各分割區(qū)域面積，進而求出各單元降水量和徑流量。全省水文站點多，分布廣，手工繪制降水徑流等直線工作量大，繪制較繁瑣。用求積儀量算等值線劃分行政區(qū)塊面積費時費力，且由于人為原因，易產(chǎn)生較大誤差，精度較差。2000年之后到現(xiàn)在，量算降水量、水資源量采用MapInfo或Arc GIS軟件，基本的工作思路分以下幾步驟：第一，將人工繪制的等值線矢量化或根據(jù)水文站點數(shù)據(jù)生成的等值線進行圓滑性修正。第二，在Arc GIS軟件中同時加載矢量化的等值線、行政分區(qū)界限、水資源分區(qū)界限等矢量圖層。第三，新創(chuàng)建面圖層并加載到Arc GIS中。第四，編輯水資源量計算圖層，在圖上繪制等值面(等值線、行政區(qū)界限、水資源分區(qū)界限合圍的區(qū)域)，讀取等值面面積，根據(jù)區(qū)域的降水深或徑流深算出該區(qū)域的降水量或徑流量。第五，匯總所有等值面的降水量或徑流量，得到區(qū)域降水量或徑流量。雖然這樣的方法相比較在紙質(zhì)圖上用求積儀進行量算要節(jié)時高效，但也跟不上現(xiàn)在工作的需要,每年僅水資源量量算工作，最少也要3～5 d的時間完成，校核工作也繁瑣費時。本文將探討利用Arc GIS 自帶Arc Toolbox工具包結(jié)合等值線法自動量算區(qū)域地表水資源量，進行2017年黑龍江省地表水資源量的計算工作[1-3]。

1 數(shù)據(jù)整理與計算

1.1 徑流等值線的生成

將選定的水文站加載到GIS圖中，并標注水文站還原后的徑流深，設(shè)定好起始數(shù)值及間距，利用克里金法進行柵格插值。并生成2017年徑流深等值線矢量圖層，并進行細微的修改和調(diào)整。

1.2 徑流等值線分割省級行政分區(qū)

(1)打開Arc Map，加載省級行政區(qū)劃界限和生成的徑流深等值線矢量圖層。加載的省級行政區(qū)劃矢量圖的屬性表建議采用表1格式，表內(nèi)面積為三次評價黑龍江省評價面積。

表1 省級行政區(qū)屬性表

(2)在內(nèi)容列表右擊省界→點擊編輯要素→點擊開始編輯，使省級行政區(qū)處于編輯狀態(tài)下。

(3)右擊徑流深等值線→打開屬性表→打開表選項下拉菜單→點擊全選，選中全省23條徑流深等值線。

(4)打開高級編輯器→點擊分割面→目標選中省界→拓撲容差填寫0.1→點擊確定，此時23條徑流深等值線分割省級行政區(qū)界限，形成27塊等值面，打開Arc Catalog，將剛才編輯的省界修改為徑流深等值面。

(5)根據(jù)徑流深等值線數(shù)值給27塊徑流深等值面賦值。兩條等值線之間的等值面取兩條等值線數(shù)值的平均值；一條等值線與省界包圍的徑流深等值面賦值應結(jié)合附近若干條等值線數(shù)值上升和下降趨勢以及還原后水文站年徑流深數(shù)據(jù)進行賦值。

2.3 縣級行政區(qū)切割水資源四級分區(qū)

(1)加載縣級行政區(qū)界限和水資源四級分區(qū)界限(采用第三次水資源調(diào)查評價成果矢量圖)。

(2)打開Arc Toolbox→點擊分析工具→點擊疊加分析→雙擊聯(lián)合→輸入要素選擇縣級行政區(qū)界限和水資源四級分區(qū)界限→輸出要素類選擇輸出路徑并命名為縣套水資源四級分區(qū)→連接屬性選擇ALL→XY容差選擇0.1 m→不勾選允許間隙存在→點擊確定。自動生成197個縣套水資源四級分區(qū)矢量圖并加載到當前視圖。

2.4 縣套四級區(qū)切割等值面

(1)打開Arc Toolbox→點擊分析工具→點擊疊加分析→雙擊聯(lián)合→輸入要素選擇等值面和縣套水資源四級分區(qū)→輸出要素類選擇輸出路徑并命名縣套水資源四級分區(qū)徑流深等值面→連接屬性選擇ALL→XY容差選擇0.1 m→不勾選允許間隙存在→點擊確定。自動生成426塊縣套水資源四級分區(qū)徑流深等值面并加載到當前視圖。

(2)打開縣套水資源四級分區(qū)徑流深等值面屬性表→右擊評價面積列→點擊計算字段→點擊是→屬性選擇面積→坐標系選擇默認的使用數(shù)據(jù)源的坐標系→單位選擇km2→點擊確定。利用計算機計算出426個縣套水資源四級分區(qū)徑流深等值面面積。

2.5 計算縣套水資源分區(qū)徑流量

(1)將等值面徑流深成果表在Excel中打開，添加一列徑流量，通過Excel自帶round函數(shù)計算徑流量并取整。

(2)通過Excel自帶sumifs函數(shù)計算表中的197個縣套四級區(qū)的面積和徑流量，進而求出197個縣套水資源四級分區(qū)的徑流深。

(3)通過Excel自帶vlookup函數(shù)將計算出來的徑流深加載到縣套水資源四級分區(qū)成果表(該成果表是水資源三次調(diào)查評價成果表)中，再通過round函數(shù)計算徑流量并取整，最終形成黑龍江省縣套水資源四級分區(qū)地表水資源量成果表。

3 計算成果

通過上述計算，我省2017年徑流量634.54億m3，具體見表2。

表2 黑龍江省經(jīng)流量表

與2017年成果對比分析發(fā)現(xiàn)，與2017年黑龍江省量算成果相差不大，可以接受。

4 結(jié) 語

本文闡述了如何應用Arc GIS軟件進行分析計算區(qū)域徑流量，且通過對比分析，該方法得出的計算結(jié)果和已有成果誤差率小于2%，可以成為今后計算水資源量的一種高效且實用的快捷方法。通過這種計算方法，可以快捷高效的完成區(qū)域水資源量的量算工作，為向各級水行政主管部門提供及時精確的水資源數(shù)據(jù)提供強力保障。由于該方法計算過程中只有等值面賦值為人為賦值，這一步需要謹慎并進行校核，保證每一個等直面的徑流深準確無誤，計算的結(jié)果才能準確可靠。