探討Arc GIS在計算區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、水文站點的年度數據標注在紙質地形圖上，手工繪制全省降水等值線，根據等值線分割區域利用求積儀在紙質地圖上量算各分割區域面積，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塊面積費時費力，且由于人為原因，易產生較大誤差，精度較差。2000年之后到現在，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水文站點數據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、行政分區界限、水資源分區界限等矢量圖層。第三，新創建面圖層并加載到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、行政區界限、水資源分區界限合圍的區域)，讀取等值面面積，根據區域的降水深或徑流深算出該區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，得到區域降水量或徑流量。雖然這樣的方法相比較在紙質圖上用求積儀進行量算要節時高效，但也跟不上現在工作的需要,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工具包結合等值線法自動量算區域地表水資源量，進行2017年黑龍江省地表水資源量的計算工作[1-3]。

1 數據整理與計算

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，設定好起始數值及間距，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整。

1.2 徑流等值線分割省級行政分區

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

表1 省級行政區屬性表

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

(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)根據徑流深等值線數值給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合附近若干條等值線數值上升和下降趨勢以及還原后水文站年徑流深數據進行賦值。

2.3 縣級行政區切割水資源四級分區

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

(2)打開Arc Toolbox→點擊分析工具→點擊疊加分析→雙擊聯合→輸入要素選擇縣級行政區界限和水資源四級分區界限→輸出要素類選擇輸出路徑并命名為縣套水資源四級分區→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矢量圖并加載到當前視圖。

2.4 縣套四級區切割等值面

(1)打開Arc Toolbox→點擊分析工具→點擊疊加分析→雙擊聯合→輸入要素選擇等值面和縣套水資源四級分區→輸出要素類選擇輸出路徑并命名縣套水資源四級分區徑流深等值面→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據源的坐標系→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徑流深等值面面積。

2.5 計算縣套水資源分區徑流量

(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函數計算徑流量并取整。

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

(3)通過Excel自帶vlookup函數將計算出來的徑流深加載到縣套水資源四級分區成果表(該成果表是水資源三次調查評價成果表)中，再通過round函數計算徑流量并取整，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 黑龍江省經流量表

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

4 結 語

本文闡述了如何應用Arc GIS軟件進行分析計算區域徑流量，且通過對比分析，該方法得出的計算結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據提供強力保障。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，計算的結果才能準確可靠。