Surfer和ArcGIS繪制雨量等值線圖在水文工作中的應用

□梁 鑫 張 雪 彭緒波

（四川省成都水文水資源勘測局）

0 前言

雨量等值線表示某一給定時間內（如年、季、月）的雨量相等各點的連線，可以直觀顯示雨量的地理分布狀況，對防汛、水庫調度等工作意義重大。現今中國水文、氣象行業在決策區域降雨量分布服務時都是通過降雨量等值線圖來達成，其憑借著能清晰、直觀的反映出目標地點的雨情及水情情況等優點一直為水文部門所采用。而傳統的降雨量等值線圖大多都是通過手工繪制而成。隨著社會的發展及科技的進步，此種方式繪制的成果圖越來越不能滿足當今水文行業的技術要求，有著耗時量大、繪制復雜、精準度低、美觀度低等缺點，這些缺點與當今的水文技術要求之間的矛盾越來越尖銳。因此，尋求一種精準、便捷、直觀的降雨量等值線圖繪圖方法已迫在眉睫。

1 Surfer軟件及Arcgis軟件簡介

Surfer 軟件是一款功能極為強大的三維圖繪圖軟件，具備的繪制圖件及插值功能使之在處理XYZ數據方面具有巨大的優勢，尤其在需要反映出某區域雨量的分布時，用此軟件制作的區域雨量等值線圖更能使數據與數據之間的關系得到更好、更完整地體現。

ArcGIS軟件是一款地理信息系統平臺軟件。在地理數據、信息的管理、編輯、顯示、分析等方面具有較為完善、強大的功能。尤其該軟件中的ArcMap應用程序對于數據的各種操作及地圖的各種變化功能都具有比其他同類軟件更大的優勢。

使用Surfer 配合ArcMap 能更好的完成及展現雨量等值線圖。

2 基礎資料的準備

使用Surfer 軟件制作雨量等值線圖主要就是利用該軟件繪制等高線制作功能，但是并非具備了雨量數據文件就可以繪制等值線圖，該軟件需要對雨量數據文件進行處理，并獲取流域圖的相對或絕對地理坐標，再運用該軟件進行繪制。

2.1 雨量數據

本次使用成都水文局管轄范圍內13個基本水文站、2個基本水位站、30個基本雨量站、21個專用雨量站的2017年全年雨量數據作為繪圖基礎數據，站網平均密度約為217 km2每站。

數據文件制作方式，以下為例：

新建一個以“YL.DAT”為后綴的“記事本”文件，并在其中輸入相關數據：

103.601 31.103 1014

103.583 31.033 1486

103.820 30.581 677.5

103.467 30.383 1076

103.516 30.583 1071

103.483 30.766 1264

……

數據文件中雨量站的制作格式為：

經度1＜空格＞緯度1＜空格＞雨量1

經度2＜空格＞緯度2＜空格＞雨量2

經度3＜空格＞緯度2＜空格＞雨量3

經度4＜空格＞緯度2＜空格＞雨量4

經度5＜空格＞緯度2＜空格＞雨量5

經度6＜空格＞緯度2＜空格＞雨量6

…….

經度n＜空格＞緯度n＜空格＞雨量n

輸入完成并對數據核對無誤后保存此文檔待后用。

2.2 底圖數據

準備ArcGIS 繪制使用的底圖，包括成都市行政區劃范圍區分縣界內的shp 格式底圖、區域內主要河流水系shp 格式底圖、各個雨量站名稱、經緯度等數據。在繪制過程中不但要保證等值線圖形的閉合性，更要保證經緯度數據開始和末尾之間的連續性。

2.2.1 雨量等值線的制作

打開Surfer進入主界面，把雨量數據dat文件轉化為grd格式文件。點擊軟件菜單中的網格/數據選項，如圖1。

圖1 主界面圖

當出現網格數據對話框時，其中網格線的幾何特征表示X方向、Y 方向區域底圖的最大外邊界經緯度值，可根據底圖的大小進行修改。克里金插值法經常被網格化算法所采用。在設置好生產文件后點擊“確定”按鈕，生成網絡數據grd格式文件，如圖2。

圖2 網格數據對話框圖

點擊菜單欄“圖形/新建/等值線圖”，在其彈出的對話框體中選擇剛才制作完成grd文件，生成等值線圖，如圖3。

圖3 等值線圖

點擊菜單欄“圖形/導出等值線圖”，選擇保存為“2D ESRI形狀文件（*.shp）”，便可得到該格式的等值線文件。

3 ArcGIS專題圖制作

3.1 加載底圖

打開ArcGIS map 軟件，在工具欄“添加數據”選項中依次添加“成都水文局管轄范圍”、“成都水文局管轄范圍河流”兩個底圖，地理坐標系均采用GCS_WGS-1984，并設置好相應地圖例、指北針、比例尺、經緯線等一系列信息，如圖4。

圖4 成都水文局2017年降雨量圖

3.2 加載雨量站

在Excle中錄入66個雨量站基本信息數據，格式如表1。

表1 雨量站基本信息數據表

在工具欄“添加數據”選項中添加EXCEL文件中雨量數據工作表，右鍵點擊工作表，在選擇菜單點擊顯示XY 數據這一選項，并且X字段選擇經度，Y字段選擇緯度，Z字段選擇2017年雨量。

設置雨量站顯示屬性，標注為“［站名］&""&［2017 年雨量”，并調整字體及大小。

3.3 加載雨量等值線

在工具欄“添加數據”選項中添加從srufer中導出的等值線文件，設置等值線顯示屬性，標注為“zelvel”，并調整字體及大小，得到最終雨量等值線圖。

3.4 雨量等值線圖的應用

通過繪制好的雨量等值線圖可以直觀、便捷地判斷洪水產生的降雨中心位置。水情人員根據此圖的情況，結合水情自動測報系統的聯機洪水預報地開展當地的預報、預泄工作，使得在本場的洪水調度工作中取得主動，使洪峰得到削減，使災情得到控制。同時根據等值線圖等實際情況判斷本場次洪水過程的大致情況，及時做好洪尾的回蓄工作。

4 軟件的優點及缺點

雖然Surfer軟件的插值功能極為強大，可以將分散的測量數據快捷而簡便的轉換為連續的數據曲面。但Surfer 在后期對等值線圖的綜合顯示和最終的打印方面功能比較欠缺，對矢量元素的處理能力較弱，尤其體現在生成等值線時的矢量元素導入，其不僅只能用內置的幾條較為簡單的線形來顯示矢量點，還有著無法對圖像進行投影變換、對等值線圖上的各要素進行標注的能力差、人機交互功能差等缺點。因此對于較個性化及復雜的GIS 應用環境很難滿足用戶的一些專業修改需求。而這方面正是ArcGIS 的優點，ArcGIS 直接使用矢量格式圖像操作，顯示時可任意大小進行調整，可打印任意幅面的圖像，不會出現變形和模糊的情況；ArcGIS軟件可按照用戶的專業需求，充分展現地理信息地圖，個性化專業化的圖標、字體、大小、位置等。但ArcGIS也有著些許不足之處，例如：在使用空間分析模塊生成等值線時，不但能采用的插值方法較少，且靈活度較低。

只有結合采用兩個軟件的優點，才能最終制作出專業美觀的降雨量等值線圖，方便展示和應用。

5 結語

降雨量等值線圖在現今的水文、氣象行業中有著不可替代的作用，因此在其繪制的過程中不但要保證相關數據的正確性，更需要對其成圖過程的時效性、美觀性有著較高的要求，結合ArcGIS 軟件和Surfer 軟件就能很好滿足上述要求。使用Surfer和ArcGIS軟件繪制雨量等值線圖具有極為重要的意義，不僅使工作效率得到了極大地提升，其具有的高速、效能好等優點還充分滿足防汛工作對于時效性的要求。調度者根據繪制好的雨量等值線圖可以直觀、便捷地判斷洪水產生的降雨中心位置，對水庫調度、地區性河道行洪、電站閘門泄洪、地域性生態流量的保障等多方面的預報和預防工作將有極大的幫助和戰略意義。文章所述的辦法是采用相對地理坐標數據進行等值線圖繪制，還可以通過各雨量站點經緯度值作為坐標參數進行雨量等值線圖的繪制，也可以結合某地區行政地圖繪制該地區某時段的雨量等值線圖，作為資料分析和資料整編的手段，對水文、防汛管理工作有實用的現實意義。