基于GIS的灌區規劃計算機輔助設計系統研究

華黎利，徐 琳

1.常州市武進區水利工程建設處，江蘇常州 213159

2.常州衛生高等職業技術學校, 江蘇常州 213002

隨著全國各地灌區的續建配套和節水改造工作的有序進行，為計算機技術在灌區規劃中的推廣和應用提供了廣闊的發展空間。由此，開發一種實用、快捷、滿足水利行業有關規范的基于GIS 的灌區規劃計算機輔助設計系統就具有現實意義。

1 計算機技術的應用情況

1.1 在水利工程規劃中的應用

計算機輔助設計技術應用廣泛，在灌區規劃也展現了其優越性及便利性。主要可運用于以下兩方面：1）用于灌區決策管理層，例如針對內蒙古河套灌區的“內蒙古河套灌排信息管理決策支持系統”〔1〕等；2）為對灌區進行科學管理，提高工作效率，設計人員會開發一些針對性的計算機軟件，計算機輔助設計的應用，為這些軟件的開發提供了平臺。

1.2 GIS 技術的概念及應用

GIS 就是在計算機硬件、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、運算、分析和可視化表達的信息處理與管理系統〔4〕。

系統利用MapInfo 公司的MapX4.0 組件將地理信息系統軟件MapInfo 引入應用程序中，能夠幫助不同數據在數據庫中建立關聯，采用雙數據庫存儲模式，用“空間實體+空間索引”模型通過一定的索引機制將空間數據與屬性數據聯系起來。

2 系統開發

2.1 基本情況

通過良好的人機對話機制輔以地理信息技術，可以實現灌區規劃人員對灌區進行全過程規劃設計，這些設計包括：設計代表年的計算、灌水率計算、作物灌溉制度計算、排水流量計算、排水溝道GIS 實時規劃、經濟分析等的生成輸出。

2.2 設計思想

系統嚴格按照《渠道防滲工程技術規范》、《節水灌溉技術規范》和《農田水利學》等相關規定，從規劃設計步驟到具體的計算方法均對照相應的各種規范和標準實行的。

該系統第一次將GIS 技術和灌區規劃計算機輔助設計相結合，真正使設計人員能夠在面向對象環境中對實際灌區現狀圖地圖進行實時動態的操作，對灌區規劃部分實現了數據自動采集及灌區的實時規劃等功能。

2.3 系統的研發

1）系統整體開發。系統把數據輸入系統、數據計算系統作為系統的第一階段任務，將地理信息系統和輸出系統分別作為系統的第二、三階段，同時在整個程序運行期都運行錯誤監控系統及在線幫助系統；

2）開發數據輸入糾錯模塊。該模塊具體有3 種類型：第1 種類型是實時提醒，第2 種類型是被動糾錯，第3 種類型是自定義對象糾錯；

3）開發數據輸出模塊。該系統使用MapInfo 電子地圖來實時繪制灌區的規劃圖、使用Word 來編寫設計說明書、使用Excel 來編制工程概算表；

4）開發地理信息模塊。系統第一次把GIS 技術融入灌區規劃，在灌區現狀地圖上，讓設計人員能夠在面向對象環境中開展實時動態設計操作，系統自動獲得渠系、排水溝道、骨干建筑物等信息，為灌區規劃中渠道流量計算、斷面計算等提供基礎數據。

3 應用實例

3.1 基本資料

某自流灌區總面積2066 畝，土質砂土導致渠道坍塌且漏水，當地政府決定改造該灌區。

3.2 規劃方案

改造后原灌區規劃面積不變，計劃對該灌區干、支、斗渠三級渠道進行襯砌，同時在斗渠112 與斗渠121 之間新增一條斗渠、一條排水溝，最后在支渠11 與干渠1 分水口建一節制閘。

3.3 規劃設計成果

1）灌區規劃基本數據確定

在使用系統過程中進行人機對話，需用戶確定以下參數：灌溉設計保證率75%；歷年降雨資料；代表年的氣象資料和日降雨資料；水稻生育期調節水層、雨后最大蓄水深、各生育期天數；泡田期灌水定額80m3/畝、泡田期7 天、稻田滲漏量4mm/d、生育期起始水層10.1mm、水稻作物系數1.2；小麥允許最大含水率和最小含水率；小麥作物系數為0.8；降雨入滲系數；土壤田間持水率；小麥計劃濕潤層；灌區水稻種植比80%；灌水延續時間為24h。

成果輸出：設計代表年1989 年；水稻灌溉定額506m3/畝；小麥灌溉定額153m3/畝；灌水率為1.85m3/（s*萬畝）。

2）地理信息子系統成果

渠系規劃成果：新增斗渠113 設計成果：樁號0+555，渠道長度586m，控制面積387 畝。斗渠112 的控制面積由659 畝更新為272 畝；渠道流量設計：干渠續灌，支渠輪灌，斗渠輪灌，干渠設計流量0.228m3/s，支渠設計流量0.205m3/s,斗渠111 設計流量0.054m3/s, 斗渠112 設計流量0.054m3/s, 斗渠113 設計流量0.081m3/s, 斗渠121 設計流量0.094m3/s, 斗渠122 設計流量0.095m3/s。渠道斷面設計：以斗渠113 為例，采用最優斷面，梯形渠道，邊坡1∶0.85，渠道比降1：2000,糙率系數為0.014,渠道設計底寬為0.22m，設計水深0.32m，加大水深0.35m，安全超高0.29m，堤頂寬度0.65m。

3）經濟分析成果

該工程總投資62.2 萬元，我們取分析期30 年來看，那么社會折現率即是7%，則可得到如下國民經濟評價指標：IRR（內部報酬率）即15.12%，ENPV（經濟凈現值）為5.24 萬，由此可知R（效益費用比）為1.22.

4 結論

基于GIS 的灌區規劃計算機輔助設計系統的性能優越性是其他常設計無法比擬的，用戶在使用時，把全新的GIS 技術盡量融入到人機交互方式中，從而快速、高效的實現灌區的規劃工程。

[1]宋松柏，李世卿，等.內蒙古河套灌區灌排信息管理決策支持系統.灌溉排水，2001，3(1).

[2]楊自明.渠道土方計算程序.寧夏農學院學報，1998(3).

[3]齊銳，屈韶琳，等.用MapX開發地理信息系統.清華大學出版社.