華黎利，徐 琳

1.常州市武進區(qū)水利工程建設處，江蘇常州 213159

2.常州衛(wèi)生高等職業(yè)技術學校, 江蘇常州 213002

隨著全國各地灌區(qū)的續(xù)建配套和節(jié)水改造工作的有序進行，為計算機技術在灌區(qū)規(guī)劃中的推廣和應用提供了廣闊的發(fā)展空間。由此，開發(fā)一種實用、快捷、滿足水利行業(yè)有關規(guī)范的基于GIS 的灌區(qū)規(guī)劃計算機輔助設計系統(tǒng)就具有現(xiàn)實意義。

1 計算機技術的應用情況

1.1 在水利工程規(guī)劃中的應用

計算機輔助設計技術應用廣泛，在灌區(qū)規(guī)劃也展現(xiàn)了其優(yōu)越性及便利性。主要可運用于以下兩方面：1）用于灌區(qū)決策管理層，例如針對內蒙古河套灌區(qū)的“內蒙古河套灌排信息管理決策支持系統(tǒng)”〔1〕等；2）為對灌區(qū)進行科學管理，提高工作效率，設計人員會開發(fā)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(fā)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)〔4〕。

系統(tǒng)利用MapInfo 公司的MapX4.0 組件將地理信息系統(tǒng)軟件MapInfo 引入應用程序中，能夠幫助不同數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中建立關聯(lián)，采用雙數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。

2 系統(tǒng)開發(fā)

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(xiàn)灌區(qū)規(guī)劃人員對灌區(qū)進行全過程規(guī)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(guī)劃、經濟分析等的生成輸出。

2.2 設計思想

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

該系統(tǒng)第一次將GIS 技術和灌區(qū)規(guī)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(huán)境中對實際灌區(qū)現(xiàn)狀圖地圖進行實時動態(tài)的操作，對灌區(qū)規(guī)劃部分實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動采集及灌區(qū)的實時規(guī)劃等功能。

2.3 系統(tǒng)的研發(fā)

1）系統(tǒng)整體開發(fā)。系統(tǒng)把數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)作為系統(tǒng)的第一階段任務，將地理信息系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)分別作為系統(tǒng)的第二、三階段，同時在整個程序運行期都運行錯誤監(jiān)控系統(tǒng)及在線幫助系統(tǒng)；

2）開發(fā)數(shù)據(jù)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(fā)數(shù)據(jù)輸出模塊。該系統(tǒng)使用MapInfo 電子地圖來實時繪制灌區(qū)的規(guī)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(fā)地理信息模塊。系統(tǒng)第一次把GIS 技術融入灌區(qū)規(guī)劃，在灌區(qū)現(xiàn)狀地圖上，讓設計人員能夠在面向對象環(huán)境中開展實時動態(tài)設計操作，系統(tǒng)自動獲得渠系、排水溝道、骨干建筑物等信息，為灌區(qū)規(guī)劃中渠道流量計算、斷面計算等提供基礎數(shù)據(jù)。

3 應用實例

3.1 基本資料

某自流灌區(qū)總面積2066 畝，土質砂土導致渠道坍塌且漏水，當?shù)卣疀Q定改造該灌區(qū)。

3.2 規(guī)劃方案

改造后原灌區(qū)規(guī)劃面積不變，計劃對該灌區(qū)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(jié)制閘。

3.3 規(guī)劃設計成果

1）灌區(qū)規(guī)劃基本數(shù)據(jù)確定

在使用系統(tǒng)過程中進行人機對話，需用戶確定以下參數(shù)：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(jié)水層、雨后最大蓄水深、各生育期天數(shù)；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(shù)1.2；小麥允許最大含水率和最小含水率；小麥作物系數(shù)為0.8；降雨入滲系數(shù)；土壤田間持水率；小麥計劃濕潤層；灌區(qū)水稻種植比80%；灌水延續(xù)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(tǒng)成果

渠系規(guī)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(xù)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(yōu)斷面，梯形渠道，邊坡1∶0.85，渠道比降1：2000,糙率系數(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(qū)規(guī)劃計算機輔助設計系統(tǒng)的性能優(yōu)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(xiàn)灌區(qū)的規(guī)劃工程。

[1]宋松柏，李世卿，等.內蒙古河套灌區(qū)灌排信息管理決策支持系統(tǒng).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(fā)地理信息系統(tǒng).清華大學出版社.