ArcGIS在绘制陆水流域水系分布图中的应用

(长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局赤壁分局,湖北 赤壁 437300)

1 研究背景

1.1 流域概况

陆水流域位于鄂东南主要暴雨区内，流域面积3 950 km2，年径流量3 132 m3。陆水河为长江中游南岸的一级支流，源自湘、鄂、赣3省交界的幕阜山北麓，流经湖北省的通城、崇阳、赤壁、嘉鱼4个县市，在赤壁古战场下游的洪庙注入长江，全长183 km。陆水水系发育总体呈羽状分布，河长大于5 km的支流有98条，长度较长的有6条。地势大致为东南高，西北低，中上游多山岳、丘陵，下游多湖泊、洼地，一般高程在25～800 m。干流河源至马港，河道穿行于峡谷间，马港以下，逐渐开阔。从大沙坪进入崇阳盆地，至洪下附近地势隆起，为峡谷河段。赤壁市以下进入平原区，河道弯曲。

陆水流域受季风环流影响，冬季盛行大陆极地气团，夏季盛行海洋热带气团，春夏两季为季风交替的过渡时期。由于地理位置、大气环流、地形的相互作用，形成雨量丰富、光照充足、气候温和、四季分明、严寒期短、无霜期长的气候特点。陆水流域属亚热带湿润地区，流域内气候温和，多年平均气温16.8℃。多年平均降水量1 660 mm。雨季早，雨水丰沛，由南向北递减。流域多年平均径流量30.7亿m3(多年平均流量为 97.2 m3/s)，最大年径流量47.53亿m3(1995年)，最小年径流量12.05亿m3(2007年)。

1.2 重新绘制水系分布图的必要性

陆水水情分中心隶属于长江中游水文水资源勘测局赤壁分局,负责陆水流域的汛旱情报汛,始建于1985年。测区范围包括陆水流域的通城、崇阳、赤壁3县市，共布设33个测验站，其中崇阳(二)、白霓桥(二)、毛家桥(二)和陆水水库(坝上)、陆水水库(洪下)、陆水水库(坝下)6个站承担着中央报汛任务，其余27个站承担流域雨量、库区回水位以及青山水库水位、出库河道水位及闸门开度等测报任务。陆水水情分中心除负责向国家防总提供水情外，还承担向陆水枢纽管理局及赤壁市提供水雨情信息任务，同时肩负测站基本资料收集的任务。

赤壁分局地处湖北省赤壁市，主要负责陆水流域和长江簰洲湾河段水情测量和信息收集，管理陆水水情分中心，下辖崇阳、陆水水库(大坝)等7个水文站，陆水水库(坝下)、簰州等9个水位站，通城、高枧等15个雨量站。观测项目有水位、水温、流量、降水量、蒸发。

目前赤壁分局使用的是2011版长江水利委员会遥感数字工程院制作的陆水流域图，年代久远。个别站点因单位发展需要进行了迁移，某些河段的河流走向也因人类活动影响发生了变化，还有些站点因所在位置的行政区域划分变更引起相关信息改变，导致很多方面图文与实际不符，影响了分局日常工作的开展。

为确保陆水流域的水雨情信息能够及时准确地输送，更好地服务于防汛测报工作，实时更新测站信息，重新绘制陆水流域水系分布图已经刻不容缓。

2 水系图制作过程

ArcGIS是一个典型的地理信息系统(GIS)软件,提供了用于地理数据的自动输入、处理、分析和显示的强大功能，现已成功应用于自然资源管理、城市和区域规划、测绘、地质勘察等诸多领域[1]。

基于ArcGIS的专题地图制作是将各种专题数据图形化,并在地图上直观、快捷地显示出来,也就是利用属性表中一列或多列数据编制专题地图的方法[2-3]。

基于ArcGIS的专题地图制作方法可概括为前期设计与准备、数据采集与输入、图层的编辑处理、地图标注与整饰、地图输出5个阶段[4]。

2.1 前期设计与准备

陆水流域水系分布图绘制的成果面向的是水情信息输送部门即赤壁分局，要反映流域河网水系的分布和测站所在乡镇的位置信息，要求水系图所绘制的内容一定要与实际相符，数据准确无误。需核对底图中行政区划河流等信息与赤壁、崇阳、通城3个县市实际的行政区划位置名称、河流名称是否一致并酌情进行修改。陆水流域与其他小流域的划分方法以及赤壁分局各站点经纬度位置信息等都是必须提前收集的基本资料。

陆水流域的整体底图文件采用的是山洪灾害项目中国家项目办下发的赤壁、崇阳、通城3个县市的县级底图，将3个县市的底图整合起来，形成最终的陆水流域底图。

完成以上两项基本工作以后，即可开始处理底图文件。具体操作步骤如下。

首先选择名为“421223崇阳县”的DLG文件，选择表1中“AGNP(居民地)”、“BOUA(县界)”、“XJ(乡镇行政区划)”、“WATA(小流域面)”、“RIVL(小流域河段)”5个图层加载至ArcGIS文件的图层列表中，以此作为自制底图的源数据。为了能够直观地显示陆水流域的地形情况，需要加载与DLG文件并列的DOM数据图层。

由于每个县市的各个矢量图层文件最初加载至ArcGIS图中规格样式都不统一，每个DOM图层也都有其自带的黑色背景色，底图之间有一部分被互相遮挡，如图1所示。

针对上述情况，首先将各个矢量图层文件的要素样式设置统一，然后右键点击DOM图层的“属性(Properties)”，找到“符号系统(Symbology)”选项，勾选“Display BackgroundValue(R,G,B)”一栏，将右侧3项数值设置为0，即不显示背景色，即可解决上述问题。同样地，再完成其他两个县市的底图处理，准备工作的最终成果见图2。

图2 底图处理后效果

2.2 数据采集与输入

在专题地图编制中，属性数据可定性或定量描述地理事物的性质和特征。属性是空间数据的重要特征，为后续分类标注提供判定标准。对图形要素进行相应的属性赋值是地图数字化的重要方面，是创建各种专题图的基础。此次属性数据的采集与输入可大概细化为两步。

图3 站点工具条及陆水流域各站点显示

2.2.1 制作站点属性表

将已收集到的测站位置点信息制成表格，形成最终结果(见表2)。此外，针对不同的用途，还可另外制作相应的情况说明表，对图片加以补充说明。

表2 陆水流域站点位置属性(部分成果)

2.2.2 各类站点显示

将上一步已制定好的陆水流域站点位置属性表加载至ArcGIS图层列表中，右键点击该属性表，选择Display XY Data，X坐标选择经度，Y坐标选择纬度，点击确定，即可在底图上显示各站点位置，见图3。

2.3 图层的编辑处理

图层的编辑再处理可分为两个方面来实现：

(1)确定陆水流域范围。首先选择各县市的矢量图层文件“WATA(小流域面)”，找到该图层Layer properties下“Symbology”选项选择相应的字段“WSCD(小流域代码)”，即可显示小流域图层，然后根据河流的走向，由下游往上游溯源划分，判断各小流域的分区。分别将陆水流域和其他小流域标注成两种不同的代表颜色，最终确定陆水流域轮廓范围。

(2)确定流域各部分所在政区位置。选择各县市的矢量图层文件“AGNP(居民地)”，找到该图层Layer properties下“Symbology”选项选择相应的字段“CLASS(等级)”。按照AE、AD、AI、AJ 等级，加载行政区划的位置标注点图标，并设置点大小，最终确定流域各部分所在政区位置,编辑过程见图4。

图4 图层的编辑处理

2.4 地图标注与整饰

地图标注是指地图上说明图面要素的名称、质量与数量特征的文字或数字，能使地图更加有效地进行信息的传输。以陆水流域水系分布图为例，主要有不同测站类型的标注图标、河流干支流和水库的不同标注、县市和乡镇级行政区划的位置标注点及文字大小的不同，主要是通过相应图层的Layer properties下“Labels”选项完成。

地图整饰主要是添加图外要素，如图名、图例、比例尺等地图元素，图外要素的添加是基于地图布局视图来完成，因此添加前首先需要通过“View”菜单下的“Layout View”将地图视图切换到布局视图,接着依次添加“Insert”菜单中的“Title(标题)”、“Legend(图例)”、“North Arrow(指北针)”、“Scale Bar(比例尺)”等要素,从而完成图外要素的添加。

除此之外，一张美观的地图还需要在细节上作进一步完善，例如水系干支流的线条粗细的设置、县界和乡界的轮廓线的粗细选择和颜色区分、县市和乡镇级行政区划的位置标注点大小和名称字体大小区分，以及在颜色选择上避免偏亮或偏暗，影响整体美感。

2.5 地图输出

使用ArcMap的导出地图命令(文件>导出地图)，将完整的地图图像导出为图像交换文件，有10种文件格式可供选择，通常选择JPEG格式即可。勾选分辨率一栏，设置值为400即可满足一般工作的要求，最后导出图片即可。

通过以上步骤最终生成的陆水流域水系及站点分布图如图5所示，生成的ArcGIS图能清晰直观地表现出赤壁分局所属各水文站、水位站、遥测雨量站、遥测中继站的分布位置和各干支流的走向。

3 水系分布图的应用

利用已有的水系分布图和数据,可以制作任何所需的水文专题图，如流域地势分布图，水库、水文站、水位站、雨量分布等专题图；同时在ArcGIS中还能根据图层上的属性信息自动生成多种类型的统计图如饼图、条形图等。

对水资源的空间属性数据进行动态管理，一旦相关信息发生变更,即可对数据进行实时更新,从而及时、准确地掌握动态变化,为上级部门提供准确、可靠的信息。

另外，在流域分布图的基础上，还可依据数字高程模型DEM数据，提取各断面以上河流的流域面积、河长、坡度比降等信息，进行洪水传播时间的推算，不断提高报汛精度。

图5 陆水流域水系

4 结 语

目前采用2011版长江水利委员会遥感数字工程院制作的陆水流域图，没有制图所用的关键性成果数据文件。一旦数据发生变化，无法重新编绘,使用和更新都非常不便。利用ArcGIS软件制作的陆水流域水系分布图，不仅简便、快速，且成图美观，精度也有了较高保证。通过查询，可清楚看到流域各站点位置分布以及对应水雨情分布情况，进而为陆水水情分中心进行水位流量关系定线提供依据,为推进赤壁分局后续工作的开展提供准确、可靠的基础数据。

基于ArcGIS软件制作陆水流域水系专题图，可提供大量直观、形象的有用信息；还可根据不同时期、不同需求在计算机上更新数据,提供相应的各类基于流域范围内的专题图,是一种动态的信息管理方式。