1、【大家谈】利用 ArcGIS 绘制降雨等值线图方法研究白海颖(兴安水文水资源分中心，内蒙古 乌兰浩特 137400)摘要 绘制降雨等值线是水文工作的一项重要内容。随着科技的进步，更为高效、精确的计算机绘图方法开始替代原始的手工绘制降雨等值线。文章探讨了如何应用 ArcGIS 自动生成降雨量等值线，大大提升了工作效率，还为相关工作提供更为精确的数据。关键词 降雨等值线;ArcGIS;坐标系;矢量;栅格;插值中图分类号:P426 62;P208文章标识码:B文章编号:1009 0088(2022)12 0071 020引言降雨等值线是由降雨量相等的各点连接而成的平滑曲线，通过查看相邻降雨等值线的间
2、距能够分析降雨的空间分布特征，判断产生洪水的暴雨中心位置，从而及时预报洪水发展趋势。传统的手工绘制降雨量等值线图主要依靠制图人的经验和综合分析能力，因手工制图人员的主观随意，性极易产生人为误差、出图不美观、精度低、不易更新、图纸不便于保存等问题。1ArcGIS 绘制等值线方法ArcGIS 绘制等值线是根据栅格表面创建等值线的方法，需对雨量点坐标、降雨量等矢量数据进行空间插值，形成栅格表面。1 1空间插值空间插值是通过采样点的测量值(本次研究对象为降雨量)，使用合适的数学模型，预测区域所有位置的测量值，将采样点值转换为连续的数据曲面。ArcGIS 提供的空间插值方法主要分确定性插值和地质统计学插
3、值 2 大类。确定性插值是确信研究区域内所有的点都与采样点有关系后，根据距离决定对采样点的影响。地质统计插值除了使用空间距离来进行加权以外，还会考虑数据的空间相关表达出的分布特征，因此，需要引入变异函数进行计算。空间插值方法中可适用于不同类型的采集数据，方法灵活。但有时，则要求采集数据必须满足特定的条件才能够使用该方法，局限性较大。经常使用的插值方法有反距离权重法和经验贝叶斯克里金法。这 2 种方法均为精度较高的插值方法。空间插值精度受采样点的数目和分布的影响极大，因此，应根据实际情况选取合适的插值方法，对采样点适时调整，最终丢弃不理想的采样点。1 2空间插值类型1 2 1反距离权重法反距离权
4、重法是一种确定性插值方法，因距离预测位置最近的采样点分配的权重较大，但权重作为距离的函数却减小而命名。反距离权重插值显式算法假定相互间隔比较近的事物要比相互间隔比较远的事物更具相关性。当预测任何研究区域某未知点值时，反距离权重法会选取研究区域未知点周围的采样点，和相隔研究区域未知点较远的采样点相比。相隔研究区域未知点最近的采样点对预测未知点值的影响更大。反距离权重法假设每个采样点都有一种局部影响，这种影响会随着与预测未知点距离的增大而减小。1 2 2克里金法经验贝叶斯克里金法是一种地质统计插值方法。克里金法是根据协方差函数对随机过程、随机场进行空间建模和预测(插值)的回归算法。该方法认为某种属
5、性的空间变异，既不是完全随机性，也不是完全确定性的。如果模拟运算时，使用简单的平滑函数将出现误差，用随机表面函数进行模拟运算会比较合适。克里金方法的重点是权重系数的确定。在插值过程中，根据某种优化准则函数来动态地决定变量的数值，从而使内插函数处于最佳状态。克里金方法考虑了采样点和预测点的位置关系，并且也考虑各采样点之间的相对位置关系，在采样点稀少时插值效果要优于反距离权重等方法。ArcGIS 地质统计插值中也有其他克里金方法，但获取准确结果时需要手动调整参数，而经验贝叶斯克里金法可通过构造子集和模拟的过程来自动计算这些参数，可自动执行构建有效克里金模型过程中的那些最困难的步骤。本次研究选用了经
6、验贝叶斯克里金法。2基础数据2 1Excel 数据用 Excel 表格文件保存雨量点名称、野外采集的地理坐标、降17利用 ArcGIS 绘制降雨等值线图方法研究白海颖雨量数据尽量用 xls 的文件类型，以便不同版本 ArcGIS 使用。表格要保存于即将创建默认数据库的文件夹中，方便后面提取。使用 ArcGIS 创建点要素时，坐标点单位要求是十进制。如果原始采集数据单位是度分秒，则需要换算为十进制，见表1。表 1雨量点数据采集名称经度纬度降雨量雨量点 1119 834 217 747 406 622 131 4雨量点 2119 842 935 645 715 343 820雨量点 3119 89
7、0 884 245 850 471 73902 2研究实例文章使用兴安盟旗县界 shp 格式图作为工作底图，利用ArcGIS 绘制等值线图方法研究。3操作步骤3 1新建矢量图图层首先打开 ArcMap，新建空白地图。打开目录窗口，通过文件夹连接，打开预设置保存默认数据库的位置，并设置默认数据库。在目录中找到 Excel 表，并选择数据所在的数据表，创建要素类。“X 字段”选择经度，“Y 字段”选择纬度，“XY 坐标系”来自野外采集创建的表格数据的真实坐标。操作界面，见图 1。操作完成后，可得到新的矢量点图层的 shp 文件。图 1新建矢量图图层操作界面3 2转换坐标系在野外采集的坐标通常为地理
8、坐标，但是 ArcGIS 经验贝叶斯克里金插值法采用的是投影坐标系。因此，要用 ArcMap 工具箱中的投影工具，将新生成矢量图的地理坐标转换为投影坐标。对于常用的坐标系统可以添加至收藏夹，方便以后使用。3 3使用经验贝叶斯克里金法插值坐标转换成功后，用经验贝叶斯克里金法将投影坐标的矢量点图层插值成栅格表面。打开 ArcMap 工具箱，选择“Geosta-tistical Analyst 工具”，找到“插值分析”并展开，双击“经验贝叶斯克里金法”，见图 2。“输入要素”选择转换后的投影坐标图。“Z 值字段”选择降雨量，“输出栅格”填入新命名的栅格图层名称，根据实际坐标点分布情况填写“输出像元大
9、小”。输出像元越小计算机运算时间耗费越小。点击对话框下方的“环境”按钮，进行环境设置。“处理范围”及“栅格分析的掩膜”均选择“兴安盟旗县界 shp 格式图”底图。选取的目的是使插值后的数据在掩膜的范围，即在“兴安盟旗县界 shp 格式图”底图范围内插值，依次确定，完成矢量点图层插值成栅格表面的操作。图 2经验贝叶斯克里金法操作界面3 4绘制等值线打开 ArcMap 工具箱，选择“Spatial Analyst 工具”，找到“表面分析”并展开，双击“等值线”绘制等值线界面，见图 3。“输入栅格”选择插值后的栅格图层，根据实际需要填写“等值线间距”“起始等值线”，点击确定后便可生成等值线图。如果生
10、成的等值线图与采样点有些许偏差，可使用编辑器工具条进一步调整。经上述操作生成的等值线图，并没有标注降雨量值。为使雨量分布表现的更为直观，可在最后生成的降雨等值线图层的图层属性中，进行标注设置。在 ArcMap 中右键点击降雨等值线图层，然后选择“属性”，在图层属性对话框中，选择“标注”栏，勾选“标注此图层中的要素”，标注字段选择“等值线值”图 3绘制等值线界面3 5注意事项(1)等值线允许以高于或低于指定起始等值线的值创建。(2)等值线无法在没有数据的区域中生成，在栅格的空间范围以外不能延伸。相邻等值线输入必须与连续要素数据集进行边匹配。还可以在计算等值线之前，用相邻的栅格合并的方法取代边匹配
11、。(3)等值线不可以使用负等值线间距，但是允许在负栅格值区域内生成，在负栅格值区域内的等值线值将为负值。(4)通过 LOW 选项使用过滤器工具，或者使用 MEAN 选项进行焦点统计，操作预处理输入栅格，可以获得较平滑但却欠精确的等值线。27内蒙古水利2022 年第 12 期(总第 244 期)【大家谈】海城市小型农田水利工程建设与管护对策研究周媛(海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)摘要 小型农田水利工程是推动农村经济发展及保障农业生产的基础设施。文章结合海城市农田水利建管现状，紧紧围绕“用得起、管得好、建得成、长受益”的目标，提出增强规划引领、注重组织建设、明确管护主体等对策，
12、为加快形成长效运行管护机制提供一定参考。关键词 农田水利;建管现状;长效机制中图分类号:TV93文章标识码:B文章编号:1009 0088(2022)12 0073 021小型农田水利工程概况海城市共有 101 座用于农业灌溉的蓄水工程，其中，中型水库 2 座、小型水库 20 座、塘坝工程 79 座。中型水库蓄水总容量 2 792 84 万 m3，实灌面积 52 65 km2，占总灌溉面积的12 65%。塘坝工程实灌面积 7 88 km2。海城市有 2 处中型灌区，15 处小型灌区，干渠渠道共有122 条，总长度 209 27 km，斗渠总长度 814 km。温香灌区属于中型灌区，灌区高坨子排
13、灌站、刘坨子排灌站、桑树排灌站和东高排灌站等 4 个排灌站分别从太子河、浑河提水灌溉，属于多水源灌区，温香灌区骨干水利工程详情，见表 1。2存在的问题2 1重推广轻规划 功能发挥不充分2 1 1统筹规划缺乏近年来，海城市政府越来越重视“三农”工作，并突出强调农民增收、农业增效和农村发展的重要性，不断加大“三农”投入，形成了多方建设、多头投资、多规管控的格局。然而在工程效益、标准、布局上，各部门缺乏统一性，各自为战，导致管理责任难以落实，工程质量参差不齐。因缺少规划，甚至存在重复建设的情况，惠农强农政策实施效果受到了影响。表 1温香灌区水利工程信息调查排灌站名称东高排灌站刘坨子排灌站高坨子排灌站
14、桑树排灌站合计灌溉面积(万 hm2)0 110 210 070 050 45实际灌溉面积(万 hm2)0 110 210 070 050 45水泵(台)384621灌排流量(m3/s)4 51267 530干渠(条)23117干渠总长度(km)12 4813 103 452 9031 93干渠衬砌长度(km)0002 92 9支渠(条)2130242196支渠总长度(km)31 774 48 55 0119 6支渠衬砌长度(km)003 53 77 2节制闸(个)475521分水闸(个)22253518100农桥(座)251814764倒虹吸(个)02204渡槽(个)463720暗涵(座)20
15、2510462 1 2规划理念存在偏差在贯彻“智慧水利”“节水灌溉”“以水定产”等规划时，部分地区推进难度较大，无法充分发挥农业产业结构引导调整作用。政策盲目推广，未充分考虑当地实际情况，建设内容脱离(5)如果要更改默认输出范围，则会对输入栅格进行重新采样。为避免发生这种情况并确保结果一致，需将捕捉栅格环境设置为与输入栅格相同。(6)若要对输入栅格进行重采样，需使用双线性技术。例如，当输出栅格与输入栅格的坐标系统、范围或像元大小不同时，可对输入栅格进行重新采样。4结语利用 ArcGIS 绘制降雨等值线方法，相较于传统绘图方法能为下一步的决策分析提供更为高效、便捷的数据依据。如实际工作中对数据成果有更具体要求，还可以对相关图形参数进行进一步的删减修饰调整。(编校:刘燕英)收稿日期:2022 11 14作者简介:白海颖(1984)，女，工程师，主要从事水文水资源工作。37海城市小型农田水利工程建设与管护对策研究周媛
