基于GIS的灌区规划计算机辅助设计系统研究

华黎利，徐 琳

1.常州市武进区水利工程建设处，江苏常州 213159

2.常州卫生高等职业技术学校, 江苏常州 213002

随着全国各地灌区的续建配套和节水改造工作的有序进行，为计算机技术在灌区规划中的推广和应用提供了广阔的发展空间。由此，开发一种实用、快捷、满足水利行业有关规范的基于GIS 的灌区规划计算机辅助设计系统就具有现实意义。

1 计算机技术的应用情况

1.1 在水利工程规划中的应用

计算机辅助设计技术应用广泛，在灌区规划也展现了其优越性及便利性。主要可运用于以下两方面：1）用于灌区决策管理层，例如针对内蒙古河套灌区的“内蒙古河套灌排信息管理决策支持系统”〔1〕等；2）为对灌区进行科学管理，提高工作效率，设计人员会开发一些针对性的计算机软件，计算机辅助设计的应用，为这些软件的开发提供了平台。

1.2 GIS 技术的概念及应用

GIS 就是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析和可视化表达的信息处理与管理系统〔4〕。

系统利用MapInfo 公司的MapX4.0 组件将地理信息系统软件MapInfo 引入应用程序中，能够帮助不同数据在数据库中建立关联，采用双数据库存储模式，用“空间实体+空间索引”模型通过一定的索引机制将空间数据与属性数据联系起来。

2 系统开发

2.1 基本情况

通过良好的人机对话机制辅以地理信息技术，可以实现灌区规划人员对灌区进行全过程规划设计，这些设计包括：设计代表年的计算、灌水率计算、作物灌溉制度计算、排水流量计算、排水沟道GIS 实时规划、经济分析等的生成输出。

2.2 设计思想

系统严格按照《渠道防渗工程技术规范》、《节水灌溉技术规范》和《农田水利学》等相关规定，从规划设计步骤到具体的计算方法均对照相应的各种规范和标准实行的。

该系统第一次将GIS 技术和灌区规划计算机辅助设计相结合，真正使设计人员能够在面向对象环境中对实际灌区现状图地图进行实时动态的操作，对灌区规划部分实现了数据自动采集及灌区的实时规划等功能。

2.3 系统的研发

1）系统整体开发。系统把数据输入系统、数据计算系统作为系统的第一阶段任务，将地理信息系统和输出系统分别作为系统的第二、三阶段，同时在整个程序运行期都运行错误监控系统及在线帮助系统；

2）开发数据输入纠错模块。该模块具体有3 种类型：第1 种类型是实时提醒，第2 种类型是被动纠错，第3 种类型是自定义对象纠错；

3）开发数据输出模块。该系统使用MapInfo 电子地图来实时绘制灌区的规划图、使用Word 来编写设计说明书、使用Excel 来编制工程概算表；

4）开发地理信息模块。系统第一次把GIS 技术融入灌区规划，在灌区现状地图上，让设计人员能够在面向对象环境中开展实时动态设计操作，系统自动获得渠系、排水沟道、骨干建筑物等信息，为灌区规划中渠道流量计算、断面计算等提供基础数据。

3 应用实例

3.1 基本资料

某自流灌区总面积2066 亩，土质砂土导致渠道坍塌且漏水，当地政府决定改造该灌区。

3.2 规划方案

改造后原灌区规划面积不变，计划对该灌区干、支、斗渠三级渠道进行衬砌，同时在斗渠112 与斗渠121 之间新增一条斗渠、一条排水沟，最后在支渠11 与干渠1 分水口建一节制闸。

3.3 规划设计成果

1）灌区规划基本数据确定

在使用系统过程中进行人机对话，需用户确定以下参数：灌溉设计保证率75%；历年降雨资料；代表年的气象资料和日降雨资料；水稻生育期调节水层、雨后最大蓄水深、各生育期天数；泡田期灌水定额80m3/亩、泡田期7 天、稻田渗漏量4mm/d、生育期起始水层10.1mm、水稻作物系数1.2；小麦允许最大含水率和最小含水率；小麦作物系数为0.8；降雨入渗系数；土壤田间持水率；小麦计划湿润层；灌区水稻种植比80%；灌水延续时间为24h。

成果输出：设计代表年1989 年；水稻灌溉定额506m3/亩；小麦灌溉定额153m3/亩；灌水率为1.85m3/（s*万亩）。

2）地理信息子系统成果

渠系规划成果：新增斗渠113 设计成果：桩号0+555，渠道长度586m，控制面积387 亩。斗渠112 的控制面积由659 亩更新为272 亩；渠道流量设计：干渠续灌，支渠轮灌，斗渠轮灌，干渠设计流量0.228m3/s，支渠设计流量0.205m3/s,斗渠111 设计流量0.054m3/s, 斗渠112 设计流量0.054m3/s, 斗渠113 设计流量0.081m3/s, 斗渠121 设计流量0.094m3/s, 斗渠122 设计流量0.095m3/s。渠道断面设计：以斗渠113 为例，采用最优断面，梯形渠道，边坡1∶0.85，渠道比降1：2000,糙率系数为0.014,渠道设计底宽为0.22m，设计水深0.32m，加大水深0.35m，安全超高0.29m，堤顶宽度0.65m。

3）经济分析成果

该工程总投资62.2 万元，我们取分析期30 年来看，那么社会折现率即是7%，则可得到如下国民经济评价指标：IRR（内部报酬率）即15.12%，ENPV（经济净现值）为5.24 万，由此可知R（效益费用比）为1.22.

4 结论

基于GIS 的灌区规划计算机辅助设计系统的性能优越性是其他常设计无法比拟的，用户在使用时，把全新的GIS 技术尽量融入到人机交互方式中，从而快速、高效的实现灌区的规划工程。

[1]宋松柏，李世卿，等.内蒙古河套灌区灌排信息管理决策支持系统.灌溉排水，2001，3(1).

[2]杨自明.渠道土方计算程序.宁夏农学院学报，1998(3).

[3]齐锐，屈韶琳，等.用MapX开发地理信息系统.清华大学出版社.