ArcGis在山东省降水量等值线绘制过程中的应用

2021-08-05刘祖辉

治淮 2021年6期

刘祖辉季妤

（山东省水文中心济南 250000）

水资源评价通常是指水资源的数量、质量、时空分布特征、开发利用条件的分析评定，是水资源的合理开发利用、管理和保护的基础，也是地区水资源有关问题的决策依据。水资源的时空分布特征可通过降水等水量平衡要素的时空分布来反映，而绘制降水量等值线图是研究降水量地区分布一个较为直观的方法。等值线将三维信息显示到二维平面，能从区域上把握要素的总体变化特征与变化规律。最初等值线的制作多采用手工绘制，站点多分布广时，工作量大，绘制繁琐，耗时长；随着计算机技术的应用推广，等值线生成工具越来越多。

本文以山东省488 处雨量站1956—2016年降水量资料为基础，利用ArcGis 的空间分析功能，自动生成降水量等值线图，并从多个方面对合理性进行了检查，以期为分析山东省水资源的时空分布特征提供可靠的依据。

1 等值线生成

1.1 数据准备

本次结合山东省雨量资料实际情况，共选用488 处雨量站，共计357216 站月资料，其中实测资料占89.0%，全省平均站网密度321.1km2/站。统计计算了全部选用雨量站1956—2016年多年平均年降水量，并整理成如表1 格式的Excel 文档。

表1 雨量站降水量信息表

1.2 图层生成

打开ArcMap，利用菜单命令“文件—添加数据”导入雨量站数据，设定好X 字段、Y 字段，投影坐标系统选择2000 国家大地坐标系（CGCS2000）。将生成的降水数据点导出shapefile 文件。

1.3 图层栅格化

全省的雨量站点数据生成shapefile 图层之后，对其进行栅格插值。ArcGis 中自带的栅格插值有克里金插值法、反距离权重插值法、样条函数插值法、自然邻域插值法等方法。本文采用克里金插值法。

克里金插值法又称空间自协方差最佳插值法。它首先考虑的是空间属性在空间位置上的变异分布，确定对一个待插点值有影响的距离范围，然后用此范围内的采样点来估计待插点的属性值。

打开3D 分析工具模块下的栅格插值，选择克里金插值法进行插值。输入雨量站点图层及插值字段，得到插值栅格面。

1.4 生成等值线

打开3D 分析工具模块的栅格表面选项，选择等值线项，在输入栅格中输入刚输出的插值栅格，设置等值线间距为100mm，起始等值线为500mm。

按照克里金插值栅格输出的等值线会考虑区域外位置情况，等值线对区域外进行了适当的延展，需要对延展的等值线进行裁剪，只保留区域内等值线。打开分析工具模块下的提取分析选项，选择裁剪项，对输出的等值线进行裁剪。选择需要裁剪数据为降水量等值线图，参考裁剪数据为山东省省界。

1.5 等值线的修饰与平滑

由于ArcGis 生成的等值线严格按内置软件模块执行，所以生成的降水量等值线会有很多的单值等值线，且有些等值线不够平滑，需要人工进行适当的干预。

打开工具条中的编辑工具，选择编辑降水量等值线，对等值线进行适当的删减，并增加550mm 等值线。选中需要平滑的等值线，选择高级编辑工具对其进行适当的平滑。然后进行等值线的标注。

2 等值线的合理性检查

勾绘等值线图后，从以下三个方面进行了合理性检查。

2.1 等值线地区分布

分析等值线地区分布，年降水量均值等值线的地区分布（分布、走向、弯曲情况及高低值区位置）基本上同山东各地地理位置、地形及气候等特征相符合。

2.2 等值线图量算

以水资源三级区为单元，在等值线图上量算分区年降水量成果（量算值），以分区年降水量成果（计算值）为准，分析年降水量量算值与计算值成果差异，其中分区年降水量（计算值）采用第三次山东省水资源调查评价初步成果。

等值线图量算方法：（1）打开数据管理工具模块的要素选项，选择要素折点转点项，将等值线图层转成点层；（2）打开3D 分析工具模块下的栅格插值，选择克里金插值法，输入等值线点图层及插值字段，得到插值栅格面；（3）打开线性分析工具模块下的区域分析，选择以表格显示分区统计，输入插值栅格和水资源三级区图层，即得到水资源三级区降水量的量算值。

等值线图量算值与计算值相对误差对比见表2。各水资源三级区二者相对误差全部控制在±10%之内，大部分控制在±5%之内，说明年降水量均值等值线编制精度较高。