Surfer和ArcGIS绘制雨量等值线图在水文工作中的应用

□梁 鑫 张 雪 彭绪波

（四川省成都水文水资源勘测局）

0 前言

雨量等值线表示某一给定时间内（如年、季、月）的雨量相等各点的连线，可以直观显示雨量的地理分布状况，对防汛、水库调度等工作意义重大。现今中国水文、气象行业在决策区域降雨量分布服务时都是通过降雨量等值线图来达成，其凭借着能清晰、直观的反映出目标地点的雨情及水情情况等优点一直为水文部门所采用。而传统的降雨量等值线图大多都是通过手工绘制而成。随着社会的发展及科技的进步，此种方式绘制的成果图越来越不能满足当今水文行业的技术要求，有着耗时量大、绘制复杂、精准度低、美观度低等缺点，这些缺点与当今的水文技术要求之间的矛盾越来越尖锐。因此，寻求一种精准、便捷、直观的降雨量等值线图绘图方法已迫在眉睫。

1 Surfer软件及Arcgis软件简介

Surfer 软件是一款功能极为强大的三维图绘图软件，具备的绘制图件及插值功能使之在处理XYZ数据方面具有巨大的优势，尤其在需要反映出某区域雨量的分布时，用此软件制作的区域雨量等值线图更能使数据与数据之间的关系得到更好、更完整地体现。

ArcGIS软件是一款地理信息系统平台软件。在地理数据、信息的管理、编辑、显示、分析等方面具有较为完善、强大的功能。尤其该软件中的ArcMap应用程序对于数据的各种操作及地图的各种变化功能都具有比其他同类软件更大的优势。

使用Surfer 配合ArcMap 能更好的完成及展现雨量等值线图。

2 基础资料的准备

使用Surfer 软件制作雨量等值线图主要就是利用该软件绘制等高线制作功能，但是并非具备了雨量数据文件就可以绘制等值线图，该软件需要对雨量数据文件进行处理，并获取流域图的相对或绝对地理坐标，再运用该软件进行绘制。

2.1 雨量数据

本次使用成都水文局管辖范围内13个基本水文站、2个基本水位站、30个基本雨量站、21个专用雨量站的2017年全年雨量数据作为绘图基础数据，站网平均密度约为217 km2每站。

数据文件制作方式，以下为例：

新建一个以“YL.DAT”为后缀的“记事本”文件，并在其中输入相关数据：

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

……

数据文件中雨量站的制作格式为：

经度1＜空格＞纬度1＜空格＞雨量1

经度2＜空格＞纬度2＜空格＞雨量2

经度3＜空格＞纬度2＜空格＞雨量3

经度4＜空格＞纬度2＜空格＞雨量4

经度5＜空格＞纬度2＜空格＞雨量5

经度6＜空格＞纬度2＜空格＞雨量6

…….

经度n＜空格＞纬度n＜空格＞雨量n

输入完成并对数据核对无误后保存此文档待后用。

2.2 底图数据

准备ArcGIS 绘制使用的底图，包括成都市行政区划范围区分县界内的shp 格式底图、区域内主要河流水系shp 格式底图、各个雨量站名称、经纬度等数据。在绘制过程中不但要保证等值线图形的闭合性，更要保证经纬度数据开始和末尾之间的连续性。

2.2.1 雨量等值线的制作

打开Surfer进入主界面，把雨量数据dat文件转化为grd格式文件。点击软件菜单中的网格/数据选项，如图1。

图1 主界面图

当出现网格数据对话框时，其中网格线的几何特征表示X方向、Y 方向区域底图的最大外边界经纬度值，可根据底图的大小进行修改。克里金插值法经常被网格化算法所采用。在设置好生产文件后点击“确定”按钮，生成网络数据grd格式文件，如图2。

图2 网格数据对话框图

点击菜单栏“图形/新建/等值线图”，在其弹出的对话框体中选择刚才制作完成grd文件，生成等值线图，如图3。

图3 等值线图

点击菜单栏“图形/导出等值线图”，选择保存为“2D ESRI形状文件（*.shp）”，便可得到该格式的等值线文件。

3 ArcGIS专题图制作

3.1 加载底图

打开ArcGIS map 软件，在工具栏“添加数据”选项中依次添加“成都水文局管辖范围”、“成都水文局管辖范围河流”两个底图，地理坐标系均采用GCS_WGS-1984，并设置好相应地图例、指北针、比例尺、经纬线等一系列信息，如图4。

图4 成都水文局2017年降雨量图

3.2 加载雨量站

在Excle中录入66个雨量站基本信息数据，格式如表1。

表1 雨量站基本信息数据表

在工具栏“添加数据”选项中添加EXCEL文件中雨量数据工作表，右键点击工作表，在选择菜单点击显示XY 数据这一选项，并且X字段选择经度，Y字段选择纬度，Z字段选择2017年雨量。

设置雨量站显示属性，标注为“［站名］&""&［2017 年雨量”，并调整字体及大小。

3.3 加载雨量等值线

在工具栏“添加数据”选项中添加从srufer中导出的等值线文件，设置等值线显示属性，标注为“zelvel”，并调整字体及大小，得到最终雨量等值线图。

3.4 雨量等值线图的应用

通过绘制好的雨量等值线图可以直观、便捷地判断洪水产生的降雨中心位置。水情人员根据此图的情况，结合水情自动测报系统的联机洪水预报地开展当地的预报、预泄工作，使得在本场的洪水调度工作中取得主动，使洪峰得到削减，使灾情得到控制。同时根据等值线图等实际情况判断本场次洪水过程的大致情况，及时做好洪尾的回蓄工作。

4 软件的优点及缺点

虽然Surfer软件的插值功能极为强大，可以将分散的测量数据快捷而简便的转换为连续的数据曲面。但Surfer 在后期对等值线图的综合显示和最终的打印方面功能比较欠缺，对矢量元素的处理能力较弱，尤其体现在生成等值线时的矢量元素导入，其不仅只能用内置的几条较为简单的线形来显示矢量点，还有着无法对图像进行投影变换、对等值线图上的各要素进行标注的能力差、人机交互功能差等缺点。因此对于较个性化及复杂的GIS 应用环境很难满足用户的一些专业修改需求。而这方面正是ArcGIS 的优点，ArcGIS 直接使用矢量格式图像操作，显示时可任意大小进行调整，可打印任意幅面的图像，不会出现变形和模糊的情况；ArcGIS软件可按照用户的专业需求，充分展现地理信息地图，个性化专业化的图标、字体、大小、位置等。但ArcGIS也有着些许不足之处，例如：在使用空间分析模块生成等值线时，不但能采用的插值方法较少，且灵活度较低。

只有结合采用两个软件的优点，才能最终制作出专业美观的降雨量等值线图，方便展示和应用。

5 结语

降雨量等值线图在现今的水文、气象行业中有着不可替代的作用，因此在其绘制的过程中不但要保证相关数据的正确性，更需要对其成图过程的时效性、美观性有着较高的要求，结合ArcGIS 软件和Surfer 软件就能很好满足上述要求。使用Surfer和ArcGIS软件绘制雨量等值线图具有极为重要的意义，不仅使工作效率得到了极大地提升，其具有的高速、效能好等优点还充分满足防汛工作对于时效性的要求。调度者根据绘制好的雨量等值线图可以直观、便捷地判断洪水产生的降雨中心位置，对水库调度、地区性河道行洪、电站闸门泄洪、地域性生态流量的保障等多方面的预报和预防工作将有极大的帮助和战略意义。文章所述的办法是采用相对地理坐标数据进行等值线图绘制，还可以通过各雨量站点经纬度值作为坐标参数进行雨量等值线图的绘制，也可以结合某地区行政地图绘制该地区某时段的雨量等值线图，作为资料分析和资料整编的手段，对水文、防汛管理工作有实用的现实意义。