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(píng)價(jià)通常是指水資源的數(shù)量、質(zhì)量、時(shí)空分布特征、開發(fā)利用條件的分析評(píng)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(shí)空分布特征可通過降水等水量平衡要素的時(shí)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(gè)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(diǎn)多分布廣時(shí)，工作量大，繪制繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)；隨著計(jì)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(dòng)生成降水量等值線圖，并從多個(gè)方面對(duì)合理性進(jìn)行了檢查，以期為分析山東省水資源的時(shí)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(shí)際情況，共選用488 處雨量站，共計(jì)357216 站月資料，其中實(shí)測(cè)資料占89.0%，全省平均站網(wǎng)密度321.1km2/站。統(tǒng)計(jì)計(jì)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(guó)家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）。將生成的降水?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)導(dǎo)出shapefile 文件。

1.3 圖層?xùn)鸥窕?/h3>

全省的雨量站點(diǎn)數(shù)據(jù)生成shapefile 圖層之后，對(duì)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(duì)一個(gè)待插點(diǎn)值有影響的距離范圍，然后用此范圍內(nèi)的采樣點(diǎn)來估計(jì)待插點(diǎn)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(diǎn)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(xiàng)，選擇等值線項(xiàng)，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(huì)考慮區(qū)域外位置情況，等值線對(duì)區(qū)域外進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难诱梗枰獙?duì)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(xiàng)，選擇裁剪項(xiàng)，對(duì)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(huì)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(duì)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(jí)編輯工具對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠交Ｈ缓筮M(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(gè)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(jí)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(jì)算值）為準(zhǔn)，分析年降水量量算值與計(jì)算值成果差異，其中分區(qū)年降水量（計(jì)算值）采用第三次山東省水資源調(diào)查評(píng)價(jià)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(xiàng)，選擇要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)項(xiàng)，將等值線圖層轉(zhuǎn)成點(diǎn)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(diǎn)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(jì)，輸入插值柵格和水資源三級(jí)區(qū)圖層，即得到水資源三級(jí)區(qū)降水量的量算值。

等值線圖量算值與計(jì)算值相對(duì)誤差對(duì)比見表2。各水資源三級(jí)區(qū)二者相對(duì)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(jí)區(qū)年降水量等值線圖量算值與計(jì)算值相對(duì)誤差對(duì)比表

2.3 與已有成果對(duì)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(duì)照，高低值區(qū)相應(yīng)，總體趨勢(shì)基本一致，等值線圖成果合理。

3 結(jié)語(yǔ)

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(gè)方面對(duì)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(shí)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(shí)際情況■