延邊州流域面劃分及面雨量統計圖示應用

吉林省延邊朝鮮族自治州（以下簡稱延邊州）水資源豐富，河網密集，河系發達。州內有圖們江、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‘松遼流域綜合業務平臺”，但延邊州的內容在其中占比較小，側重于大局參考尚可，但不能詳細、準確地反映延邊州流域面及面雨量情況，不利于本地關鍵節點決策服務參考。因此，有必要以延邊州流域面劃分及面雨量統計為專題進行研究。

流域面的準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據。隨著地理信息技術的不斷發展，當前地理信息分析處理軟件功能十分強大，GIS平臺較多。地理信息觀測手段多樣化，地理信息數據豐富。這些條件使得課題研究基礎扎實可行。本研究主要利用ArcGIS軟件和高程數據、Surfer軟件等進行研發。面雨量統計以天擎數據為基礎，在時效上更能得到保證，使項目搭建應用更加靈活。以下主要從4個方面進行研究：流域面的劃分、流域面觀測站點的分類、系統安裝設置、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或匯水區，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[1。流域劃分應以自然地形地貌為基礎。準確劃定流域面的邊界是面雨量統計的基礎。流域面的劃分主要是確定流域最外圍的連續的分水線或山脊線[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地理數據下載及基礎圖處理

1.3.1 地理數據下載

劃分流域面主要與地形有關，體現地形的高低起伏需要高程數據，從中國科學院計算機網絡信息中心創建的地理空間數據云網站下載了包含延邊州區域的30m 分辨率高程數據。行政區、河流溝渠、湖泊水庫地理數據是從全國地理信息資源目錄服務系統網站上下載的 1：100 萬2021年地圖數據。

1.3.2 基礎圖處理

兩個網站的地圖都是由多源數據組成，需要利用ArcGIS軟件。先從各數據塊中調人某類地理數據，后經合并、融合處理為一張圖。最后根據需要，分別裁剪出延邊州區域的邊界圖、高程圖、河流溝渠圖、湖泊水庫圖供后續調用。

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構，過濾掉微小集水區，得到更加明顯的主干山脊線，即高程大值區。其能夠較客觀地表示流域關系和走向，連接流域間高程大值區（途中顏色白亮區），可以初步宏觀的勾畫出流域分界線。使用工具：在ArcToolbox內點擊“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，然后在工作區畫線，一條線畫完后雙擊鼠標結束。畫線結束需將圖形轉換為要素才能繼續操作使用。若需要對所畫線條進行修改，則要在“編輯器”工具中進行，修改后保存編輯內容。

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，雖然不能直接劃分出流域面，但是是分割流域的重要依據。

流向分析：在ArcToolbox內點擊“SpatialAnalyst工具一水文分析一流向”，調用流向工具。流量分析：在ArcToolbox內點擊“SpatialAnalyst工具—水文分析一流量”，調用流量工具。提取山脊線：在ArcToolbox內點擊“SpatialAnalyst工具一地圖代數—柵格計算器”，調用柵格計算器工具。在柵格計算器對話框內，輸入公式：“流量” =0 ，得到的區域即為山脊線。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節。

圖1是調整后的流域界線圖，可以看出這樣更加準確、合理。總之，以河流數據作為依據，利用地理高程數據結合山脊線能夠直觀、較客觀地劃定流域分界線。

關于整合流域分界線與延邊州區域圖。合并后的圖層類型是線型，而所需的類型是面類型，因此要進行轉換。在ArcToolbox內點擊‘數據管理工具一要素一要素轉面”。可以在屬性表中添加“name”字段，為各個流域面命名，在“屬性”中設置不同顏色，在布局視圖插入標題、比例尺、指北針等。圖2是完成的延邊州流域面圖。

2流域面觀測站點的分類

2.1 站點數據轉shp文件

在ArcGIS中“添加數據”，在“添加數據”對話框中選“station.csv”站點數據文件。點擊調入的“station.csv”文件名右鍵，選“顯示XY數據”，彈出“顯示XY數據”對話框。“X字段”選經度“lon”字段名，“Y字段”選經度“lat\"字段名，“Z字段”可以不選，坐標系保持默認給出的“GCSWGS1984”，然后確定。會出現“表沒有Object-ID字段”的警告，直接點確定。再點擊“station.csv個事件”按右鍵，選“數據”，最后選“導出數據”。在“導出數據”對話框中設置輸出的站點文件保存路徑和文件名“站點.shp”。

2.2分配各流域站點

在ArcGIS中調入第一步生成的“延邊州流域面面.shp”和剛導出的“站點.shp”。在“延邊州流域面_面”圖上右鍵，“打開屬性表”，選中一個流域區（琿春河流域）。點擊菜單欄的“選擇”，然后點擊‘按位置選擇”。在“按位置選擇”對話框中勾選“自標圖層”下的“站點”，“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的站點呈高亮顯示。在ArcToolbox內點擊轉換工具—Excel—表轉Excel”。在“表轉Excel”對話框中，輸入表選“站點”，為“輸出Excel文件”設置好路徑和名字。“確定”后琿春河流域內的站點即表示已經選好。如此重復來確定其他流域的站點。

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。再用記事本打開復制其中內容，最后合成的流域站點參數文件如下：

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

可見文件包含2種記錄，每個流域第一行是含有“”的流域參數，其他是站點參數。流域參數是根據設計需要設定的，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X值，中心坐標Y值”。站點參數是實有的觀測站參數，其格式是：“區站號，所屬縣市，所屬鄉鎮，測站名稱，所在經度，所在緯度”，各項間以半角逗號分隔，第三項所在鄉鎮為“-”的作為縣市標識，第四項測站名稱帶“城區”的將作為縣市代表成員參與“標識”項目的統計，縣市名稱最多4個漢字，注意“-”和“”兩個標識的使用。

3系統安裝設置

3.1 安裝JAVA運行環境

執行附帶的jre-8u65-windows-x86.exe文件，按安裝提示進行即可。

3.2配置環境變量

操作方式為我的電腦 $$ 屬性 $$ 高級 $$ 環境變量 $$ 新建。

為Java創建一個系統變量，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

運行電腦中應安裝“氣象部門證書工具”，并使用“證書導人導出工具.exe”導入氣象政務郵的身份證書。注意加密證書和簽名證書2個都要導人。該證書是登錄天擎平臺的身份賬號。在天擎平臺申請一個業務賬號。用戶空間 $$ 用戶信息 $$ MUSIC接口賬戶申請 $$ 業務系統使用 $$ 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。

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

SURFCHNMULHOR中國地面逐小時資料

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。完成后可以關閉Surfer軟件。

3.5 安裝“WeatherSymbol-L.ttf'字體

將天氣符號字體“WeatherSymbol.ttf”進行了擴展開發供軟件調用。右鍵點擊“WeatherSymbol-L.ttf”字體文件，在彈出菜單點“安裝”。

3.6安裝“延邊州面雨量統計\"軟件

運行“延邊州面雨量統計.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

本軟件以天擎數據為數據來源進行指定時段的降水量統計加工處理，以期能夠盡快獲取數據，統計生成流域面雨量圖、色斑圖。

使用前需要設置好“流域設置.ini”站點參數文件，并按照該文件確定本軟件的統計范圍、級別關系等。“流域名稱”要與安裝軟件中“surfer數據”子文件夾中各個流域圖形的文件名一致。測站的經緯度如有變化應根據落區安排到對應的流域區中。

統計查詢的時間段包括終止時間，但不包括起始時間，即起始時間后至終止時間的數據。列出要素前“5”位站點數據的站點數可以根據需要修改為其他數字。存盤路徑的“路徑部分”尾部要以“”結束，“保存統計結果”時也保存在該文件夾下。由于實時上報的數據在變化中，有可能不同時間統計的結果有所出入，一般時間越靠后數據越穩定。每次查詢限定在一分鐘內有結果，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。主要完成四項程序功能：流域面雨量的查詢統計、繪制面雨量圖、繪制色斑圖、畫站點分布圖。圖形輸出可以調整不同參數設置，畫出豐富多彩的圖形產品。限于篇幅，圖4只顯示了其中幾種圖形輸出樣例。

5結束語

本項目應用實現了以下功能：（1）流域面劃分水系清晰，分界準確，各流域面相對獨立完整，便于表示流域面之間的層次關系，可操作性強。（2）依據流域面確定站點分布參數文件，可靠、合理，對今后站點布局有參考意義。（3）統計圖示軟件靈活方便地利用天擎數據獲得所需統計數據，文字產品表格輸出有利于在服務材料中粘貼使用。繪制面雨量圖、繪制色斑圖、畫站點分布圖形式多樣、組合選擇多，輸出豐富多彩的圖形產品，增加服務產品的信息量和豐富產品內容。

參考文獻

[1]湯國安，楊昕.ArcGIS地理信息系統空間分析實驗教程[M].北京：科學出版社，2006.

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