延邊州流域面劃分及面雨量統(tǒng)計(jì)圖示應(yīng)用

吉林省延邊朝鮮族自治州（以下簡稱延邊州）水資源豐富，河網(wǎng)密集，河系發(fā)達(dá)。州內(nèi)有圖們江、牡丹江、第二松花江、綏芬河四大水系，主要江河8條，大小河流487條，總長 10926km 流域面積在 20km² 以上河流共470條， 1000km² 以上的河流有16條。在水資源管理方面，雖然省級有‘松遼流域綜合業(yè)務(wù)平臺”，但延邊州的內(nèi)容在其中占比較小，側(cè)重于大局參考尚可，但不能詳細(xì)、準(zhǔn)確地反映延邊州流域面及面雨量情況，不利于本地關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)決策服務(wù)參考。因此，有必要以延邊州流域面劃分及面雨量統(tǒng)計(jì)為專題進(jìn)行研究。

流域面的準(zhǔn)確劃分主要依賴于地理信息分析處理軟件及地理信息觀測數(shù)據(jù)。隨著地理信息技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前地理信息分析處理軟件功能十分強(qiáng)大，GIS平臺較多。地理信息觀測手段多樣化，地理信息數(shù)據(jù)豐富。這些條件使得課題研究基礎(chǔ)扎實(shí)可行。本研究主要利用ArcGIS軟件和高程數(shù)據(jù)、Surfer軟件等進(jìn)行研發(fā)。面雨量統(tǒng)計(jì)以天擎數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在時(shí)效上更能得到保證，使項(xiàng)目搭建應(yīng)用更加靈活。以下主要從4個(gè)方面進(jìn)行研究：流域面的劃分、流域面觀測站點(diǎn)的分類、系統(tǒng)安裝設(shè)置、軟件使用說明。

1流域面的劃分

1.1 流域面的概念

流域是指地表水及地下水的分水線所包圍的集水區(qū)或匯水區(qū)，因地下水分水線不易確定，通常指地面徑流分水線所包圍的集水區(qū)[1。流域劃分應(yīng)以自然地形地貌為基礎(chǔ)。準(zhǔn)確劃定流域面的邊界是面雨量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)。流域面的劃分主要是確定流域最外圍的連續(xù)的分水線或山脊線[2]。

1.2 軟件工具

主要采取地理信息的分析處理方式，需要借助ArcGIS完成。使用版本為ArcGIS10.8。

1.3地理數(shù)據(jù)下載及基礎(chǔ)圖處理

1.3.1 地理數(shù)據(jù)下載

劃分流域面主要與地形有關(guān)，體現(xiàn)地形的高低起伏需要高程數(shù)據(jù)，從中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心創(chuàng)建的地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站下載了包含延邊州區(qū)域的30m 分辨率高程數(shù)據(jù)。行政區(qū)、河流溝渠、湖泊水庫地理數(shù)據(jù)是從全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)站上下載的 1：100 萬2021年地圖數(shù)據(jù)。

1.3.2 基礎(chǔ)圖處理

兩個(gè)網(wǎng)站的地圖都是由多源數(shù)據(jù)組成，需要利用ArcGIS軟件。先從各數(shù)據(jù)塊中調(diào)人某類地理數(shù)據(jù)，后經(jīng)合并、融合處理為一張圖。最后根據(jù)需要，分別裁剪出延邊州區(qū)域的邊界圖、高程圖、河流溝渠圖、湖泊水庫圖供后續(xù)調(diào)用。

1.4流域面劃分方法和步驟

1.4.1 高程圖填洼

填洼的理論與本研究劃分流域的要求比較接近，通過多次填洼突出主體結(jié)構(gòu)，過濾掉微小集水區(qū)，得到更加明顯的主干山脊線，即高程大值區(qū)。其能夠較客觀地表示流域關(guān)系和走向，連接流域間高程大值區(qū)（途中顏色白亮區(qū)），可以初步宏觀的勾畫出流域分界線。使用工具：在ArcToolbox內(nèi)點(diǎn)擊“SpatialAnalyst工具一水文分析一填洼”。

1.4.2初步勾畫流域面分界線

畫線方法：在自定義工具中選“繪圖”，在其中選“線”工具，然后在工作區(qū)畫線，一條線畫完后雙擊鼠標(biāo)結(jié)束。畫線結(jié)束需將圖形轉(zhuǎn)換為要素才能繼續(xù)操作使用。若需要對所畫線條進(jìn)行修改，則要在“編輯器”工具中進(jìn)行，修改后保存編輯內(nèi)容。

1.4.3 山脊線的提取

按照提取脊線的方法得出的界線往往過于分散、不連續(xù)，雖然不能直接劃分出流域面，但是是分割流域的重要依據(jù)。

流向分析：在ArcToolbox內(nèi)點(diǎn)擊“SpatialAnalyst工具一水文分析一流向”，調(diào)用流向工具。流量分析：在ArcToolbox內(nèi)點(diǎn)擊“SpatialAnalyst工具—水文分析一流量”，調(diào)用流量工具。提取山脊線：在ArcToolbox內(nèi)點(diǎn)擊“SpatialAnalyst工具一地圖代數(shù)—柵格計(jì)算器”，調(diào)用柵格計(jì)算器工具。在柵格計(jì)算器對話框內(nèi)，輸入公式：“流量” =0 ，得到的區(qū)域即為山脊線。提取的山脊線圖形直觀上看起來可能雜亂無章，需要放大后才能看到細(xì)節(jié)。

圖1是調(diào)整后的流域界線圖，可以看出這樣更加準(zhǔn)確、合理。總之，以河流數(shù)據(jù)作為依據(jù)，利用地理高程數(shù)據(jù)結(jié)合山脊線能夠直觀、較客觀地劃定流域分界線。

關(guān)于整合流域分界線與延邊州區(qū)域圖。合并后的圖層類型是線型，而所需的類型是面類型，因此要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在ArcToolbox內(nèi)點(diǎn)擊‘?dāng)?shù)據(jù)管理工具一要素一要素轉(zhuǎn)面”?？梢栽趯傩员碇刑砑印皀ame”字段，為各個(gè)流域面命名，在“屬性”中設(shè)置不同顏色，在布局視圖插入標(biāo)題、比例尺、指北針等。圖2是完成的延邊州流域面圖。

2流域面觀測站點(diǎn)的分類

2.1 站點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)shp文件

在ArcGIS中“添加數(shù)據(jù)”，在“添加數(shù)據(jù)”對話框中選“station.csv”站點(diǎn)數(shù)據(jù)文件。點(diǎn)擊調(diào)入的“station.csv”文件名右鍵，選“顯示XY數(shù)據(jù)”，彈出“顯示XY數(shù)據(jù)”對話框。“X字段”選經(jīng)度“l(fā)on”字段名，“Y字段”選經(jīng)度“l(fā)at\"字段名，“Z字段”可以不選，坐標(biāo)系保持默認(rèn)給出的“GCSWGS1984”，然后確定。會出現(xiàn)“表沒有Object-ID字段”的警告，直接點(diǎn)確定。再點(diǎn)擊“station.csv個(gè)事件”按右鍵，選“數(shù)據(jù)”，最后選“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”。在“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”對話框中設(shè)置輸出的站點(diǎn)文件保存路徑和文件名“站點(diǎn).shp”。

2.2分配各流域站點(diǎn)

在ArcGIS中調(diào)入第一步生成的“延邊州流域面面.shp”和剛導(dǎo)出的“站點(diǎn).shp”。在“延邊州流域面_面”圖上右鍵，“打開屬性表”，選中一個(gè)流域區(qū)（琿春河流域）。點(diǎn)擊菜單欄的“選擇”，然后點(diǎn)擊‘按位置選擇”。在“按位置選擇”對話框中勾選“自標(biāo)圖層”下的“站點(diǎn)”，“源圖層”下選“延邊州流域面面”，并勾選其下的“使用所選要素”，“確定”后地圖上位于琿春河流域內(nèi)的站點(diǎn)呈高亮顯示。在ArcToolbox內(nèi)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換工具—Excel—表轉(zhuǎn)Excel”。在“表轉(zhuǎn)Excel”對話框中，輸入表選“站點(diǎn)”，為“輸出Excel文件”設(shè)置好路徑和名字。“確定”后琿春河流域內(nèi)的站點(diǎn)即表示已經(jīng)選好。如此重復(fù)來確定其他流域的站點(diǎn)。

各流域都完成后，將得到的Excel文件去掉第一行和第一列，然后保存為逗號分隔的“.csv”文件。再用記事本打開復(fù)制其中內(nèi)容，最后合成的流域站點(diǎn)參數(shù)文件如下：

[牡丹江上游]，204，204，51，2.36，6.1154186，敦化市，-，‘城區(qū)'，128.22623，43.36963E3501，敦化市，青溝子鄉(xiāng)，青溝子鄉(xiāng)，128.3361111，43.77861111[二松上游]，192，192，0，2.43，4.65E3520，敦化市，大蒲柴河鎮(zhèn)，大蒲柴河鎮(zhèn)，128.0205556，42.88611111E3527，敦化市，大蒲柴河鎮(zhèn)，小黃泥河村，127.7036111，42.99694444

可見文件包含2種記錄，每個(gè)流域第一行是含有“”的流域參數(shù)，其他是站點(diǎn)參數(shù)。流域參數(shù)是根據(jù)設(shè)計(jì)需要設(shè)定的，其格式是：\"[流域名稱]，填充色R值，填充色G值，填充色B值，中心坐標(biāo)X值，中心坐標(biāo)Y值”。站點(diǎn)參數(shù)是實(shí)有的觀測站參數(shù)，其格式是：“區(qū)站號，所屬縣市，所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)，測站名稱，所在經(jīng)度，所在緯度”，各項(xiàng)間以半角逗號分隔，第三項(xiàng)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)為“-”的作為縣市標(biāo)識，第四項(xiàng)測站名稱帶“城區(qū)”的將作為縣市代表成員參與“標(biāo)識”項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)，縣市名稱最多4個(gè)漢字，注意“-”和“”兩個(gè)標(biāo)識的使用。

3系統(tǒng)安裝設(shè)置

3.1 安裝JAVA運(yùn)行環(huán)境

執(zhí)行附帶的jre-8u65-windows-x86.exe文件，按安裝提示進(jìn)行即可。

3.2配置環(huán)境變量

操作方式為我的電腦 $$ 屬性 $$ 高級 $$ 環(huán)境變量 $$ 新建。

為Java創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)變量，變量的名字是JAVAHOME。變量的值是剛剛jre的安裝路徑，此處是C：Prog-ramFilesJavajre1.8.065＼bin，填入變量值中并確定。

3.3配置天擎平臺

運(yùn)行電腦中應(yīng)安裝“氣象部門證書工具”，并使用“證書導(dǎo)人導(dǎo)出工具.exe”導(dǎo)入氣象政務(wù)郵的身份證書。注意加密證書和簽名證書2個(gè)都要導(dǎo)人。該證書是登錄天擎平臺的身份賬號。在天擎平臺申請一個(gè)業(yè)務(wù)賬號。用戶空間 $$ 用戶信息 $$ MUSIC接口賬戶申請 $$ 業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用 $$ 賬戶申請。按照平臺上的指示申請。MUSIC接口使用IP填寫運(yùn)行本程序的電腦IP地址，可能用到的電腦地址也填上。

在天擎平臺進(jìn)行資源申請。用戶空間 $$ 我的資源$$ 資源申請 $$ 數(shù)據(jù)訪問申請 $$ 數(shù)據(jù)訪問（接口） $$ 申請/變更。要至少將地面資料中下面2種資料添加至授權(quán)資料列表中：

SURFCHNMULHOR中國地面逐小時(shí)資料

SURF_CHN_PRE_MIN中國地面分鐘降水資料

3.4安裝Surfer11軟件

安裝配套的Surfer11軟件，按提示要求即可。安裝完成后啟動Surfer軟件，能正常啟動。如果要求輸入序列號則完成序列號輸入。完成后可以關(guān)閉Surfer軟件。

3.5 安裝“WeatherSymbol-L.ttf'字體

將天氣符號字體“WeatherSymbol.ttf”進(jìn)行了擴(kuò)展開發(fā)供軟件調(diào)用。右鍵點(diǎn)擊“WeatherSymbol-L.ttf”字體文件，在彈出菜單點(diǎn)“安裝”。

3.6安裝“延邊州面雨量統(tǒng)計(jì)\"軟件

運(yùn)行“延邊州面雨量統(tǒng)計(jì).exe”，在桌面生成軟件啟動快捷方式。在程序安裝文件夾下的music-s-s文件夾中，修改client.config文件中的服務(wù)地址IP，各省可能不同，吉林省是music_server=XX.XX.XX.XX，其他不用改。如有修改注意保存。

4軟件使用說明

4.1 軟件概要

本軟件以天擎數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)來源進(jìn)行指定時(shí)段的降水量統(tǒng)計(jì)加工處理，以期能夠盡快獲取數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)生成流域面雨量圖、色斑圖。

使用前需要設(shè)置好“流域設(shè)置.ini”站點(diǎn)參數(shù)文件，并按照該文件確定本軟件的統(tǒng)計(jì)范圍、級別關(guān)系等?！傲饔蛎Q”要與安裝軟件中“surfer數(shù)據(jù)”子文件夾中各個(gè)流域圖形的文件名一致。測站的經(jīng)緯度如有變化應(yīng)根據(jù)落區(qū)安排到對應(yīng)的流域區(qū)中。

統(tǒng)計(jì)查詢的時(shí)間段包括終止時(shí)間，但不包括起始時(shí)間，即起始時(shí)間后至終止時(shí)間的數(shù)據(jù)。列出要素前“5”位站點(diǎn)數(shù)據(jù)的站點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)需要修改為其他數(shù)字。存盤路徑的“路徑部分”尾部要以“”結(jié)束，“保存統(tǒng)計(jì)結(jié)果”時(shí)也保存在該文件夾下。由于實(shí)時(shí)上報(bào)的數(shù)據(jù)在變化中，有可能不同時(shí)間統(tǒng)計(jì)的結(jié)果有所出入，一般時(shí)間越靠后數(shù)據(jù)越穩(wěn)定。每次查詢限定在一分鐘內(nèi)有結(jié)果，超過一分鐘退出查詢，因此查詢量不宜過長過多。

4.2 軟件界面

軟件啟動后主界面見圖3。主要完成四項(xiàng)程序功能：流域面雨量的查詢統(tǒng)計(jì)、繪制面雨量圖、繪制色斑圖、畫站點(diǎn)分布圖。圖形輸出可以調(diào)整不同參數(shù)設(shè)置，畫出豐富多彩的圖形產(chǎn)品。限于篇幅，圖4只顯示了其中幾種圖形輸出樣例。

5結(jié)束語

本項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了以下功能：（1）流域面劃分水系清晰，分界準(zhǔn)確，各流域面相對獨(dú)立完整，便于表示流域面之間的層次關(guān)系，可操作性強(qiáng)。（2）依據(jù)流域面確定站點(diǎn)分布參數(shù)文件，可靠、合理，對今后站點(diǎn)布局有參考意義。（3）統(tǒng)計(jì)圖示軟件靈活方便地利用天擎數(shù)據(jù)獲得所需統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，文字產(chǎn)品表格輸出有利于在服務(wù)材料中粘貼使用。繪制面雨量圖、繪制色斑圖、畫站點(diǎn)分布圖形式多樣、組合選擇多，輸出豐富多彩的圖形產(chǎn)品，增加服務(wù)產(chǎn)品的信息量和豐富產(chǎn)品內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

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[2]郭文彬.基于VB對Surfer軟件二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)等值線圖自動繪制[J].河南科技，2015（14）：7-9.