基于GIS树状低压输水灌溉管网计算机辅助设计系统研究

摘要

低压管道输水灌溉技术作为一项重要的节水工程措施,与传统的渠道输水方式比较,具有节水、节能、节地、输水速度快、适应性强等诸多优点,已经为世界各国所推广应用.在中国,北方井灌区的低压管道输水灌溉技术发展很快,在管灌工程规划、管材、管件生产、管理等方面都比较成熟,并已形成一定的体系,水利部已经编制了适合北方井灌区的低压管道输水灌溉工程规划设计技术规范.近十年,中国北方已经推广使用面积达530余万hm<'2>,而中国南方地区低压管道输水灌溉技术发展缓慢且不平衡.由于南方地区灌区面积大,管灌系统规模大,与其相配套的大口径管材、管件规格少,配套建筑物较多,灌区类型多样,压力变化范围大,技术难度高,基层工程技术人员了解和掌握不充分,至今尚无适合南方地区低压管道输水灌溉工程设计的规范,这些是影响南方低压管道输水灌溉技术发展的因素.该文主要针对当前南方地区低压管道输水灌溉规划设计中存在的技术难点,开发研究先进实用的树状低压输水灌溉管网计算机辅助设计系统.首次提出了将GIS(地理信息系统)和图论技术应用于低压管道输水灌溉规划设计及灌溉管网优化中,在GIS支持环境下,应用图论中的最小生成树法和120°规划进行管道的最优化布置.建立以管道输水灌溉系统的年折算费用最小为目标函数的管径优化线性规划模型,并将内点法应用于线性优化模型的求解.该文应用当今流行的地理信息系统、CAD软件及数据库等软件开发工具,根据节水灌溉工程技术规范,开发的低压管道输水管网计算机辅助设计系统.该系统可以实行作物需水量计算,系统设计流量推算、管道水力计算、工程投资概算,经济效益分析等功能,建立了常用的数据库(管材、管件、水泵和电机等)并对其进行管理和维护,可以实现包括管道布置、管径优化、管材选择等多种参数选择在内的多种方案比较、优选.系统能提供图形、文本、表格等多种形式的成果输出,人机交互界面友好,操作方便.使用该系统可保证规划设计方案的合理性,大大地减少人工劳动,提高了工作效率.在系统设计中应用组件式地理信息系统(ComGIS)MapX,方便了系统开发,无需计算机专业或GIS专业技术人员来完成,克服了以往开发者与专业人员分离、所开发软件实用性差的弊端.将该系统应用于扬州市蒋王节水农业示范区低压管道输水灌溉工程规划设计,生成方案迅速,规划结果准确、可靠,取得了良好的效果.

目录

ABSTRACT

1概述

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1低压管道输水灌溉发展概况

1.2.2国内外灌溉输水管网优化技术发展动态

1.2.3GIS的发展及其应用

1.2.4计算机辅助设计发展概述及其在水利工程中的应用

1.3基于GIS的灌溉输水管网优化设计研究的主要内容

2组件式GIS与MapX

2.1组件式对象(COM)模型简介

2.2组件GIS及其特点

1)结构小巧，开发快捷

2)无须专门GIS开发语言，直接嵌入MIS开发工具

3)强大空间数据分析和组织能力

2.3GIS空间数据的拓扑关系模型

2.4MapX

1)MapX简介

2)MapX的空间数据结构

3)MapX组件的模型结构

3图论在树状灌溉管网优化中的应用

3.1图论概述及其应用

3.2最小生成树法及其在管道布置优化中的应用

3.3管道布置优化的120°规划

3.4管道布置最小成本法

4树状管网管径优化的线性规划模型及其求解

4.1目标函数的建立

4.2约束条件

4.3优化计算方法与程序设计

4.3.1优化计算前的数据准备

4.3.2优化计算方法及程序设计

5基于GIS树状低压输水灌溉管网计算机辅助设计系统

5.1系统总体设计

5.2基本资料的准备

5.3常用数据库管理与维护

5.4系统流量推算

5.4.1作物需水量计算

5.4.2典型作物灌溉制度的拟定

5.4.3设计灌水定额计算

5.4.4设计灌水周期

5.5灌溉管道规划布置

5.5.1MapX图层的导入

5.5.2管道系统布置

5.6灌溉管道优化

5.7方案比较和规划数据的输出

5.8软件实现辅助工具

6实例

6.1实例

6.2小结

7结论

参考文献

致谢