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【摘 要】本文介绍了surfer8.0在河床冲淤分析过程的应用，并结合工程实际，介绍了数据准备，等深线图生成、填充、白化，冲淤图形生成，回淤量分析等内容。
【关键词】河床冲淤分析;surfer
工程实践过程中经常需要分析某段时间内河床的冲淤变化情况，较为传统的办法一般是逐一比较某一坐标上水深点的数据变化情况，这种方法的弊端主要体现在：1、寻找同一坐标的水深数据，耗时耗力，且精度无法保证，2、不直观。3、不能对冲淤的量有个准确的计量。针对这些不足，我们在实践操作中引进surfer8.0进行河床冲淤变化分析。
surfer8.0是一款画三维图（等高线,image map, 3d surface）的软件，可以轻松制作基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图、矢量图以及三维表面图等。其使用简单，利用其自带说明基本可以掌握基本应用。下面介绍一下标准的surfer的具体应用过程。
1．数据准备
使用surfer8.0进行冲淤分析首先需要将水深数据转化为XYZ格式的数据文件，日常所使用的数据基本来自测量图纸，目前基本为数字化的DWG文件。数据的提取可以使用autocad软件自带的数据提取（dataextraction）命令（2004版AUTOCAD只有属性提取，只针对块属性），该命令可以有选择性cad图元的数据一次性提取并保存为xls文件或csv文件。这里我们只需要提取与水深相关的属性如x坐标列、y坐标列、z坐标、值等。在进行数据提取前，最好用快速选择命令（qselect）将水深数据选择性地复制到新DWG文件中，以免无关图元对最终的处理结果产生干扰。根据实践经验，一般水深数据类型可分为块属性型、文字型、Z坐标型、海图型。块属性用数据提取命令提取其X、Y、及相应的整数、小数值，文字型则提取X、Y、文字值，、Z坐标型则提取X、Y、Z型，再用excel处理成XYZ格式。海图型（指整数、小数、正负号分离的数据类型）处理较为麻烦，根据每个数据点的整数、小数、正负号的X、Y坐标差相等的特点，分别小数、正负号的插入点移动到整数位的插入点位置，使三者的坐标相同，再用数据提取命令提取后用VBA编程将负号、小数、整数整合。
2．数据处理
形成将数据文件后，还需将其转换成Surfer认识的grd文件格式，才能绘制等高线图。具体步骤如下：使用“网格│白化”，在弹出的对话框中选择数据文件，分别选择选择好坐标X、Y和Z值的所在列后，再在“网格化方法"中选择一种插值方法（如果你需要比原始数据的网格X和Y更密的Z数据，或是你的网格是非均匀的），则在Grid的过程中，Surfer会自动进行插值计算，生成更密网格的数据。如果你只是想绘制原始数据的图，不想插值，则最好选择距离平方反比法（inverse distance to a power）或Kriging方法。因为这两种方法在插值点与取样点重合时，插值点的值就是样本点的值，而其它方法不能保证如此。除平方反比法或克里格方法外，surfer8.0还提供了最小曲率方法、改进谢别德方法、自然邻点方法、多项式回归方法、径向基函数方法、带线性插值的三角剖分方法、移动平均方法、数据度量方法、局部多项式方法等方法。由于进行冲淤计算时需要在同尺寸，同网格密度的情况下进行，所以应使每个不同年份的grd文件的几何分布一致,即同样的最大、最小X、Y坐标范围和网格间距和数量。操作时可先将这些数据粘贴于记事本文件中。
3.生成等深线图
选择“地图│等值线图”命令, 在“打开网格”对话框中选择刚才生成的grd文件则会生成一个等值线图。
4.等高线图的填充（fill）和设置
双击等高线图，就会出现“地图|等深线属性”对话框，该对话框共有“常规”、“等级”、“查看”、“比例”、“限制”、“背景”等选项卡。在“常规”卡内，选中填充等深线（在前面的方框中点一下鼠标），就可以画着色的等高线图了，如果再选中下面的“颜色比例”的话，则可以在等高线图旁边给出色彩棒。在“等级”选项卡中单击“填充”，在弹出的对话框中选择“前景色”，再选择载入，找到程序安装目录下的Samples目录下的Rainbow2.CLR，确定应用后可以看到等深线已经填充上色彩。在“等级”选项卡中还可以对等深线的线型、颜色、标注与否、标注大小等做详细设置。
5.对特定区域白化
在Surfer中不同数据处理方法处理的结果均不相同，平方反比法或克里格方法会利用现有的数据将最大、最小X、Y坐标内的所有的点赋值，而自然邻点方法则只将数据附近的点赋值，不会对其他区域的点赋值。因此对于平方反比法或克里格方法生成的等深线图，需要将河岸、潜洲等区域的水深数据清除，这时就用到Surfer的白化(网格│白化)功能。白化文件(尾缀为. bln)是以ASCII文件格式存储的用来描述白化边界及白化信息的文件,其基本格式为:
length, flag
x1, y1
x2, y2
···
xn, yn
x1, y1
格式中的length代表X、Y坐标对的整数；flag取值为0或1，1白化指定区域内部，0则白化外部；X、Y坐标代表组成白化边界的坐标值，白化边界应为封闭的多边形，因此應重复x1、y1。白化文件可使用“数字化”生成，事先将原DWG格式的岸线图存为DXF文件后用“地图│基面图”生成基面图，双击基面图，在基面图属性对话框的“比例”、“限制”将X、Y的比例、最小、最大值设成与等深线图一致，这样底图和等深线图重合。基面图处理完毕后，点击右键选取数字化命令，用鼠标沿着岸线边界顺时针方向点击，每点击一次，该点的X、Y坐标便会被读取到一个临时bln文件中，当点击与首点会合后，将该临时文件另存(注意:在弯曲段要多点击几次)。生成的BLN文件flag默认为1，可根据白化区域与边界的内外关系需要修改该值。“网格│白化”命令，分别选择bln文件、grd文件,以及白化后的新grd文件。利用“网格│等深线”工具重新生成白化后的等深线图。
6.冲淤图形生成
分别生成不同年份的水深grd文件并白化后，在确定基面相同的前提下，使用“网格│数学”命令，将不同年份的grd文件作相减操作，将生成的grd文件命名为A-B.grd，再生成等深线图，根据步骤4优化该图，习惯上使用Rainbow.CLR进行填充，绿色代表平衡，红色代表淤积，绿色代表冲刷，则该图即可反映B时期到A时期分析河段的水深变化情况。
7.输出等深图
将勾选特定年份的水深图和基面图，将其他图隐藏，再利用“文件│输出”命令输出水深图。具体设置可根据自身需要进行优化。
8.冲淤量的计算
Surfer可以对grd文件进行体积和面积计算，将A-B.grd设为上表面，Z=0为下表面，由于在A-B.grd文件反映的是河道冲淤变化，其Z>0为淤积，Z<0为冲刷，因此上表面在下表面之上的那部分实体的净体积即“cut volumes(正体积)”为泥沙的淤积量，上表面在下表面之下的那部分实体的净体积即“fill volumes (负体积)”为泥沙冲刷量，“net volumes”为两者之差,为该河段这一时期的净淤积量。■
【参考文献】
［１］Surfer8.0自带说明书.
［２］陆志波,陆雍森.Surfer 8.0在环境评价和规划中的应用[J].同济大学学报:自然科学版,2005(2):191-195.
［３］雷雨,尹福国,周银军.Surfer在河道演变分析中的应用.人民黄河.2010.1,32(1).
［４］Surfer8.0初学者手册. Addison.
【关键词】河床冲淤分析;surfer
工程实践过程中经常需要分析某段时间内河床的冲淤变化情况，较为传统的办法一般是逐一比较某一坐标上水深点的数据变化情况，这种方法的弊端主要体现在：1、寻找同一坐标的水深数据，耗时耗力，且精度无法保证，2、不直观。3、不能对冲淤的量有个准确的计量。针对这些不足，我们在实践操作中引进surfer8.0进行河床冲淤变化分析。
surfer8.0是一款画三维图（等高线,image map, 3d surface）的软件，可以轻松制作基面图、数据点位图、分类数据图、等值线图、线框图、地形地貌图、趋势图、矢量图以及三维表面图等。其使用简单，利用其自带说明基本可以掌握基本应用。下面介绍一下标准的surfer的具体应用过程。
1．数据准备
使用surfer8.0进行冲淤分析首先需要将水深数据转化为XYZ格式的数据文件，日常所使用的数据基本来自测量图纸，目前基本为数字化的DWG文件。数据的提取可以使用autocad软件自带的数据提取（dataextraction）命令（2004版AUTOCAD只有属性提取，只针对块属性），该命令可以有选择性cad图元的数据一次性提取并保存为xls文件或csv文件。这里我们只需要提取与水深相关的属性如x坐标列、y坐标列、z坐标、值等。在进行数据提取前，最好用快速选择命令（qselect）将水深数据选择性地复制到新DWG文件中，以免无关图元对最终的处理结果产生干扰。根据实践经验，一般水深数据类型可分为块属性型、文字型、Z坐标型、海图型。块属性用数据提取命令提取其X、Y、及相应的整数、小数值，文字型则提取X、Y、文字值，、Z坐标型则提取X、Y、Z型，再用excel处理成XYZ格式。海图型（指整数、小数、正负号分离的数据类型）处理较为麻烦，根据每个数据点的整数、小数、正负号的X、Y坐标差相等的特点，分别小数、正负号的插入点移动到整数位的插入点位置，使三者的坐标相同，再用数据提取命令提取后用VBA编程将负号、小数、整数整合。
2．数据处理
形成将数据文件后，还需将其转换成Surfer认识的grd文件格式，才能绘制等高线图。具体步骤如下：使用“网格│白化”，在弹出的对话框中选择数据文件，分别选择选择好坐标X、Y和Z值的所在列后，再在“网格化方法"中选择一种插值方法（如果你需要比原始数据的网格X和Y更密的Z数据，或是你的网格是非均匀的），则在Grid的过程中，Surfer会自动进行插值计算，生成更密网格的数据。如果你只是想绘制原始数据的图，不想插值，则最好选择距离平方反比法（inverse distance to a power）或Kriging方法。因为这两种方法在插值点与取样点重合时，插值点的值就是样本点的值，而其它方法不能保证如此。除平方反比法或克里格方法外，surfer8.0还提供了最小曲率方法、改进谢别德方法、自然邻点方法、多项式回归方法、径向基函数方法、带线性插值的三角剖分方法、移动平均方法、数据度量方法、局部多项式方法等方法。由于进行冲淤计算时需要在同尺寸，同网格密度的情况下进行，所以应使每个不同年份的grd文件的几何分布一致,即同样的最大、最小X、Y坐标范围和网格间距和数量。操作时可先将这些数据粘贴于记事本文件中。
3.生成等深线图
选择“地图│等值线图”命令, 在“打开网格”对话框中选择刚才生成的grd文件则会生成一个等值线图。
4.等高线图的填充（fill）和设置
双击等高线图，就会出现“地图|等深线属性”对话框，该对话框共有“常规”、“等级”、“查看”、“比例”、“限制”、“背景”等选项卡。在“常规”卡内，选中填充等深线（在前面的方框中点一下鼠标），就可以画着色的等高线图了，如果再选中下面的“颜色比例”的话，则可以在等高线图旁边给出色彩棒。在“等级”选项卡中单击“填充”，在弹出的对话框中选择“前景色”，再选择载入，找到程序安装目录下的Samples目录下的Rainbow2.CLR，确定应用后可以看到等深线已经填充上色彩。在“等级”选项卡中还可以对等深线的线型、颜色、标注与否、标注大小等做详细设置。
5.对特定区域白化
在Surfer中不同数据处理方法处理的结果均不相同，平方反比法或克里格方法会利用现有的数据将最大、最小X、Y坐标内的所有的点赋值，而自然邻点方法则只将数据附近的点赋值，不会对其他区域的点赋值。因此对于平方反比法或克里格方法生成的等深线图，需要将河岸、潜洲等区域的水深数据清除，这时就用到Surfer的白化(网格│白化)功能。白化文件(尾缀为. bln)是以ASCII文件格式存储的用来描述白化边界及白化信息的文件,其基本格式为:
length, flag
x1, y1
x2, y2
···
xn, yn
x1, y1
格式中的length代表X、Y坐标对的整数；flag取值为0或1，1白化指定区域内部，0则白化外部；X、Y坐标代表组成白化边界的坐标值，白化边界应为封闭的多边形，因此應重复x1、y1。白化文件可使用“数字化”生成，事先将原DWG格式的岸线图存为DXF文件后用“地图│基面图”生成基面图，双击基面图，在基面图属性对话框的“比例”、“限制”将X、Y的比例、最小、最大值设成与等深线图一致，这样底图和等深线图重合。基面图处理完毕后，点击右键选取数字化命令，用鼠标沿着岸线边界顺时针方向点击，每点击一次，该点的X、Y坐标便会被读取到一个临时bln文件中，当点击与首点会合后，将该临时文件另存(注意:在弯曲段要多点击几次)。生成的BLN文件flag默认为1，可根据白化区域与边界的内外关系需要修改该值。“网格│白化”命令，分别选择bln文件、grd文件,以及白化后的新grd文件。利用“网格│等深线”工具重新生成白化后的等深线图。
6.冲淤图形生成
分别生成不同年份的水深grd文件并白化后，在确定基面相同的前提下，使用“网格│数学”命令，将不同年份的grd文件作相减操作，将生成的grd文件命名为A-B.grd，再生成等深线图，根据步骤4优化该图，习惯上使用Rainbow.CLR进行填充，绿色代表平衡，红色代表淤积，绿色代表冲刷，则该图即可反映B时期到A时期分析河段的水深变化情况。
7.输出等深图
将勾选特定年份的水深图和基面图，将其他图隐藏，再利用“文件│输出”命令输出水深图。具体设置可根据自身需要进行优化。
8.冲淤量的计算
Surfer可以对grd文件进行体积和面积计算，将A-B.grd设为上表面，Z=0为下表面，由于在A-B.grd文件反映的是河道冲淤变化，其Z>0为淤积，Z<0为冲刷，因此上表面在下表面之上的那部分实体的净体积即“cut volumes(正体积)”为泥沙的淤积量，上表面在下表面之下的那部分实体的净体积即“fill volumes (负体积)”为泥沙冲刷量，“net volumes”为两者之差,为该河段这一时期的净淤积量。■
【参考文献】
［１］Surfer8.0自带说明书.
［２］陆志波,陆雍森.Surfer 8.0在环境评价和规划中的应用[J].同济大学学报:自然科学版,2005(2):191-195.
［３］雷雨,尹福国,周银军.Surfer在河道演变分析中的应用.人民黄河.2010.1,32(1).
［４］Surfer8.0初学者手册. Addison.