(長江水利委員會水文局長江中游水文水資源勘測局赤壁分局,湖北 赤壁 437300)

1 研究背景

1.1 流域概況

陸水流域位于鄂東南主要暴雨區(qū)內，流域面積3 950 km2，年徑流量3 132 m3。陸水河為長江中游南岸的一級支流，源自湘、鄂、贛3省交界的幕阜山北麓，流經湖北省的通城、崇陽、赤壁、嘉魚4個縣市，在赤壁古戰(zhàn)場下游的洪廟注入長江，全長183 km。陸水水系發(fā)育總體呈羽狀分布，河長大于5 km的支流有98條，長度較長的有6條。地勢大致為東南高，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。干流河源至馬港，河道穿行于峽谷間，馬港以下，逐漸開闊。從大沙坪進入崇陽盆地，至洪下附近地勢隆起，為峽谷河段。赤壁市以下進入平原區(qū)，河道彎曲。

陸水流域受季風環(huán)流影響，冬季盛行大陸極地氣團，夏季盛行海洋熱帶氣團，春夏兩季為季風交替的過渡時期。由于地理位置、大氣環(huán)流、地形的相互作用，形成雨量豐富、光照充足、氣候溫和、四季分明、嚴寒期短、無霜期長的氣候特點。陸水流域屬亞熱帶濕潤地區(qū)，流域內氣候溫和，多年平均氣溫16.8℃。多年平均降水量1 660 mm。雨季早，雨水豐沛，由南向北遞減。流域多年平均徑流量30.7億m3(多年平均流量為 97.2 m3/s)，最大年徑流量47.53億m3(1995年)，最小年徑流量12.05億m3(2007年)。

1.2 重新繪制水系分布圖的必要性

陸水水情分中心隸屬于長江中游水文水資源勘測局赤壁分局,負責陸水流域的汛旱情報汛,始建于1985年。測區(qū)范圍包括陸水流域的通城、崇陽、赤壁3縣市，共布設33個測驗站，其中崇陽(二)、白霓橋(二)、毛家橋(二)和陸水水庫(壩上)、陸水水庫(洪下)、陸水水庫(壩下)6個站承擔著中央報汛任務，其余27個站承擔流域雨量、庫區(qū)回水位以及青山水庫水位、出庫河道水位及閘門開度等測報任務。陸水水情分中心除負責向國家防總提供水情外，還承擔向陸水樞紐管理局及赤壁市提供水雨情信息任務，同時肩負測站基本資料收集的任務。

赤壁分局地處湖北省赤壁市，主要負責陸水流域和長江簰洲灣河段水情測量和信息收集，管理陸水水情分中心，下轄崇陽、陸水水庫(大壩)等7個水文站，陸水水庫(壩下)、簰州等9個水位站，通城、高枧等15個雨量站。觀測項目有水位、水溫、流量、降水量、蒸發(fā)。

目前赤壁分局使用的是2011版長江水利委員會遙感數字工程院制作的陸水流域圖，年代久遠。個別站點因單位發(fā)展需要進行了遷移，某些河段的河流走向也因人類活動影響發(fā)生了變化，還有些站點因所在位置的行政區(qū)域劃分變更引起相關信息改變，導致很多方面圖文與實際不符，影響了分局日常工作的開展。

為確保陸水流域的水雨情信息能夠及時準確地輸送，更好地服務于防汛測報工作，實時更新測站信息，重新繪制陸水流域水系分布圖已經刻不容緩。

2 水系圖制作過程

ArcGIS是一個典型的地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件,提供了用于地理數據的自動輸入、處理、分析和顯示的強大功能，現已成功應用于自然資源管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、測繪、地質勘察等諸多領域[1]。

基于ArcGIS的專題地圖制作是將各種專題數據圖形化,并在地圖上直觀、快捷地顯示出來,也就是利用屬性表中一列或多列數據編制專題地圖的方法[2-3]。

基于ArcGIS的專題地圖制作方法可概括為前期設計與準備、數據采集與輸入、圖層的編輯處理、地圖標注與整飾、地圖輸出5個階段[4]。

2.1 前期設計與準備

陸水流域水系分布圖繪制的成果面向的是水情信息輸送部門即赤壁分局，要反映流域河網水系的分布和測站所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的位置信息，要求水系圖所繪制的內容一定要與實際相符，數據準確無誤。需核對底圖中行政區(qū)劃河流等信息與赤壁、崇陽、通城3個縣市實際的行政區(qū)劃位置名稱、河流名稱是否一致并酌情進行修改。陸水流域與其他小流域的劃分方法以及赤壁分局各站點經緯度位置信息等都是必須提前收集的基本資料。

陸水流域的整體底圖文件采用的是山洪災害項目中國家項目辦下發(fā)的赤壁、崇陽、通城3個縣市的縣級底圖，將3個縣市的底圖整合起來，形成最終的陸水流域底圖。

完成以上兩項基本工作以后，即可開始處理底圖文件。具體操作步驟如下。

首先選擇名為“421223崇陽縣”的DLG文件，選擇表1中“AGNP(居民地)”、“BOUA(縣界)”、“XJ(鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃)”、“WATA(小流域面)”、“RIVL(小流域河段)”5個圖層加載至ArcGIS文件的圖層列表中，以此作為自制底圖的源數據。為了能夠直觀地顯示陸水流域的地形情況，需要加載與DLG文件并列的DOM數據圖層。

由于每個縣市的各個矢量圖層文件最初加載至ArcGIS圖中規(guī)格樣式都不統(tǒng)一，每個DOM圖層也都有其自帶的黑色背景色，底圖之間有一部分被互相遮擋，如圖1所示。

針對上述情況，首先將各個矢量圖層文件的要素樣式設置統(tǒng)一，然后右鍵點擊DOM圖層的“屬性(Properties)”，找到“符號系統(tǒng)(Symbology)”選項，勾選“Display BackgroundValue(R,G,B)”一欄，將右側3項數值設置為0，即不顯示背景色，即可解決上述問題。同樣地，再完成其他兩個縣市的底圖處理，準備工作的最終成果見圖2。

圖2 底圖處理后效果

2.2 數據采集與輸入

在專題地圖編制中，屬性數據可定性或定量描述地理事物的性質和特征。屬性是空間數據的重要特征，為后續(xù)分類標注提供判定標準。對圖形要素進行相應的屬性賦值是地圖數字化的重要方面，是創(chuàng)建各種專題圖的基礎。此次屬性數據的采集與輸入可大概細化為兩步。

圖3 站點工具條及陸水流域各站點顯示

2.2.1 制作站點屬性表

將已收集到的測站位置點信息制成表格，形成最終結果(見表2)。此外，針對不同的用途，還可另外制作相應的情況說明表，對圖片加以補充說明。

表2 陸水流域站點位置屬性(部分成果)

2.2.2 各類站點顯示

將上一步已制定好的陸水流域站點位置屬性表加載至ArcGIS圖層列表中，右鍵點擊該屬性表，選擇Display XY Data，X坐標選擇經度，Y坐標選擇緯度，點擊確定，即可在底圖上顯示各站點位置，見圖3。

2.3 圖層的編輯處理

圖層的編輯再處理可分為兩個方面來實現：

(1)確定陸水流域范圍。首先選擇各縣市的矢量圖層文件“WATA(小流域面)”，找到該圖層Layer properties下“Symbology”選項選擇相應的字段“WSCD(小流域代碼)”，即可顯示小流域圖層，然后根據河流的走向，由下游往上游溯源劃分，判斷各小流域的分區(qū)。分別將陸水流域和其他小流域標注成兩種不同的代表顏色，最終確定陸水流域輪廓范圍。

(2)確定流域各部分所在政區(qū)位置。選擇各縣市的矢量圖層文件“AGNP(居民地)”，找到該圖層Layer properties下“Symbology”選項選擇相應的字段“CLASS(等級)”。按照AE、AD、AI、AJ 等級，加載行政區(qū)劃的位置標注點圖標，并設置點大小，最終確定流域各部分所在政區(qū)位置,編輯過程見圖4。

圖4 圖層的編輯處理

2.4 地圖標注與整飾

地圖標注是指地圖上說明圖面要素的名稱、質量與數量特征的文字或數字，能使地圖更加有效地進行信息的傳輸。以陸水流域水系分布圖為例，主要有不同測站類型的標注圖標、河流干支流和水庫的不同標注、縣市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)劃的位置標注點及文字大小的不同，主要是通過相應圖層的Layer properties下“Labels”選項完成。

地圖整飾主要是添加圖外要素，如圖名、圖例、比例尺等地圖元素，圖外要素的添加是基于地圖布局視圖來完成，因此添加前首先需要通過“View”菜單下的“Layout View”將地圖視圖切換到布局視圖,接著依次添加“Insert”菜單中的“Title(標題)”、“Legend(圖例)”、“North Arrow(指北針)”、“Scale Bar(比例尺)”等要素,從而完成圖外要素的添加。

除此之外，一張美觀的地圖還需要在細節(jié)上作進一步完善，例如水系干支流的線條粗細的設置、縣界和鄉(xiāng)界的輪廓線的粗細選擇和顏色區(qū)分、縣市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)劃的位置標注點大小和名稱字體大小區(qū)分，以及在顏色選擇上避免偏亮或偏暗，影響整體美感。

2.5 地圖輸出

使用ArcMap的導出地圖命令(文件>導出地圖)，將完整的地圖圖像導出為圖像交換文件，有10種文件格式可供選擇，通常選擇JPEG格式即可。勾選分辨率一欄，設置值為400即可滿足一般工作的要求，最后導出圖片即可。

通過以上步驟最終生成的陸水流域水系及站點分布圖如圖5所示，生成的ArcGIS圖能清晰直觀地表現出赤壁分局所屬各水文站、水位站、遙測雨量站、遙測中繼站的分布位置和各干支流的走向。

3 水系分布圖的應用

利用已有的水系分布圖和數據,可以制作任何所需的水文專題圖，如流域地勢分布圖，水庫、水文站、水位站、雨量分布等專題圖；同時在ArcGIS中還能根據圖層上的屬性信息自動生成多種類型的統(tǒng)計圖如餅圖、條形圖等。

對水資源的空間屬性數據進行動態(tài)管理，一旦相關信息發(fā)生變更,即可對數據進行實時更新,從而及時、準確地掌握動態(tài)變化,為上級部門提供準確、可靠的信息。

另外，在流域分布圖的基礎上，還可依據數字高程模型DEM數據，提取各斷面以上河流的流域面積、河長、坡度比降等信息，進行洪水傳播時間的推算，不斷提高報汛精度。

圖5 陸水流域水系

4 結 語

目前采用2011版長江水利委員會遙感數字工程院制作的陸水流域圖，沒有制圖所用的關鍵性成果數據文件。一旦數據發(fā)生變化，無法重新編繪,使用和更新都非常不便。利用ArcGIS軟件制作的陸水流域水系分布圖，不僅簡便、快速，且成圖美觀，精度也有了較高保證。通過查詢，可清楚看到流域各站點位置分布以及對應水雨情分布情況，進而為陸水水情分中心進行水位流量關系定線提供依據,為推進赤壁分局后續(xù)工作的開展提供準確、可靠的基礎數據。

基于ArcGIS軟件制作陸水流域水系專題圖，可提供大量直觀、形象的有用信息；還可根據不同時期、不同需求在計算機上更新數據,提供相應的各類基于流域范圍內的專題圖,是一種動態(tài)的信息管理方式。