ArcGis在山東省降水量等值線繪制過程中的應(yīng)用

劉祖輝 季 妤

（山東省水文中心 濟(jì)南 250000）

水資源評價通常是指水資源的數(shù)量、質(zhì)量、時空分布特征、開發(fā)利用條件的分析評定，是水資源的合理開發(fā)利用、管理和保護(hù)的基礎(chǔ)，也是地區(qū)水資源有關(guān)問題的決策依據(jù)。水資源的時空分布特征可通過降水等水量平衡要素的時空分布來反映，而繪制降水量等值線圖是研究降水量地區(qū)分布一個較為直觀的方法。等值線將三維信息顯示到二維平面，能從區(qū)域上把握要素的總體變化特征與變化規(guī)律。最初等值線的制作多采用手工繪制，站點多分布廣時，工作量大，繪制繁瑣，耗時長；隨著計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用推廣，等值線生成工具越來越多。

本文以山東省488 處雨量站1956—2016年降水量資料為基礎(chǔ)，利用ArcGis 的空間分析功能，自動生成降水量等值線圖，并從多個方面對合理性進(jìn)行了檢查，以期為分析山東省水資源的時空分布特征提供可靠的依據(jù)。

1 等值線生成

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

本次結(jié)合山東省雨量資料實際情況，共選用488 處雨量站，共計357216 站月資料，其中實測資料占89.0%，全省平均站網(wǎng)密度321.1km2/站。統(tǒng)計計算了全部選用雨量站1956—2016年多年平均年降水量，并整理成如表1 格式的Excel 文檔。

表1 雨量站降水量信息表

1.2 圖層生成

打開ArcMap，利用菜單命令“文件—添加數(shù)據(jù)”導(dǎo)入雨量站數(shù)據(jù)，設(shè)定好X 字段、Y 字段，投影坐標(biāo)系統(tǒng)選擇2000 國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）。將生成的降水?dāng)?shù)據(jù)點導(dǎo)出shapefile 文件。

1.3 圖層?xùn)鸥窕?/h3>

全省的雨量站點數(shù)據(jù)生成shapefile 圖層之后，對其進(jìn)行柵格插值。ArcGis 中自帶的柵格插值有克里金插值法、反距離權(quán)重插值法、樣條函數(shù)插值法、自然鄰域插值法等方法。本文采用克里金插值法。

克里金插值法又稱空間自協(xié)方差最佳插值法。它首先考慮的是空間屬性在空間位置上的變異分布，確定對一個待插點值有影響的距離范圍，然后用此范圍內(nèi)的采樣點來估計待插點的屬性值。

打開3D 分析工具模塊下的柵格插值，選擇克里金插值法進(jìn)行插值。輸入雨量站點圖層及插值字段，得到插值柵格面。

1.4 生成等值線

打開3D 分析工具模塊的柵格表面選項，選擇等值線項，在輸入柵格中輸入剛輸出的插值柵格，設(shè)置等值線間距為100mm，起始等值線為500mm。

按照克里金插值柵格輸出的等值線會考慮區(qū)域外位置情況，等值線對區(qū)域外進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难诱?，需要對延展的等值線進(jìn)行裁剪，只保留區(qū)域內(nèi)等值線。打開分析工具模塊下的提取分析選項，選擇裁剪項，對輸出的等值線進(jìn)行裁剪。選擇需要裁剪數(shù)據(jù)為降水量等值線圖，參考裁剪數(shù)據(jù)為山東省省界。

1.5 等值線的修飾與平滑

由于ArcGis 生成的等值線嚴(yán)格按內(nèi)置軟件模塊執(zhí)行，所以生成的降水量等值線會有很多的單值等值線，且有些等值線不夠平滑，需要人工進(jìn)行適當(dāng)?shù)母深A(yù)。

打開工具條中的編輯工具，選擇編輯降水量等值線，對等值線進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減，并增加550mm 等值線。選中需要平滑的等值線，選擇高級編輯工具對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠交?。然后進(jìn)行等值線的標(biāo)注。

2 等值線的合理性檢查

勾繪等值線圖后， 從以下三個方面進(jìn)行了合理性檢查。

2.1 等值線地區(qū)分布

分析等值線地區(qū)分布，年降水量均值等值線的地區(qū)分布（分布、走向、彎曲情況及高低值區(qū)位置）基本上同山東各地地理位置、地形及氣候等特征相符合。

2.2 等值線圖量算

以水資源三級區(qū)為單元，在等值線圖上量算分區(qū)年降水量成果（量算值），以分區(qū)年降水量成果（計算值）為準(zhǔn)，分析年降水量量算值與計算值成果差異，其中分區(qū)年降水量（計算值）采用第三次山東省水資源調(diào)查評價初步成果。

等值線圖量算方法：（1）打開數(shù)據(jù)管理工具模塊的要素選項，選擇要素折點轉(zhuǎn)點項，將等值線圖層轉(zhuǎn)成點層；（2）打開3D 分析工具模塊下的柵格插值，選擇克里金插值法，輸入等值線點圖層及插值字段，得到插值柵格面；（3）打開線性分析工具模塊下的區(qū)域分析，選擇以表格顯示分區(qū)統(tǒng)計，輸入插值柵格和水資源三級區(qū)圖層，即得到水資源三級區(qū)降水量的量算值。

等值線圖量算值與計算值相對誤差對比見表2。各水資源三級區(qū)二者相對誤差全部控制在±10%之內(nèi)，大部分控制在±5%之內(nèi)，說明年降水量均值等值線編制精度較高。

表2 各水資源三級區(qū)年降水量等值線圖量算值與計算值相對誤差對比表

2.3 與已有成果對照

將本次繪制的等值線圖與以往編制的有關(guān)圖件進(jìn)行對照，高低值區(qū)相應(yīng)，總體趨勢基本一致，等值線圖成果合理。

3 結(jié)語

本文闡述了如何利用ArcGis 生成山東省降水量等值線圖，并從多個方面對生成的等值線圖進(jìn)行了合理性檢查，為下一步分析水資源量的時空分布特征做了很好的鋪墊。

由于ArcGis 的程序化設(shè)置，在等值線的生成過程中需要人工干預(yù)，以便輸出的等值線圖更能反映實際情況■