地理信息系统在辽阳灌区现代化管理中的应用

杨 静

(辽阳灌区管理中心，辽宁 辽阳 111000)

1 灌区概况

辽阳灌地处E122°35′-123°41′，N40°42′-41°26′之间，位于太子河中游的平原沿河地区，南北宽6.5km，东西长28km，总面积约为185km2，实际灌溉面积67.3km2。灌溉范围为辽小公路与沈大公路两测、北地河以北、柳壕河西岸、太子河以南、辽阳城郊以西，渠首建在城东鹅房，利用护城河为引水总干，穿城而过，灌溉城西广大平原沿河土地。灌溉受益单位跨一县一区，即辽阳县和太子河区，主要涉及太子河区太子河乡、祁家镇、望水台街道和辽阳县的柳壕镇、沙岭镇、刘二堡镇、黄泥洼镇等7个乡镇和驻军部队农场。灌区始建于1955年，骨干工程完建于1958年，原设计灌溉面积10000hm2，有效灌溉面积8000hm2，目前实际灌溉面积6733hm2，有效灌溉面积衰减1267hm2。灌区渠系工程包括总干、分干、支渠和斗渠，全长515.74km，其中渠系布置设总干渠一条长13.69km；支渠6条，总长度49.85km；农渠432条，总长度345.6km；斗渠71条，总长度106.6km。骨干配套水工建筑物150座，其中各级闸、渠系建筑物104座，主要有渠首进水闸1座，渠首拦河坝1座，跌水1座，渡槽3座，节制闸21座，分水闸73座，泄洪闸3座，倒虹吸3座，桥46座[1-2]。

辽阳市农业发展相关部门本着注重实效、重点突出、巩固提高的原则，将亟待改造的骨干项目和在灌区发挥关键作用设施纳入节水改造范围。同时，考虑便于管理、综合开发、集中连片等原则，针对制约水利设施功能效益和灌区发展的主要问题，对严重漏水的渠段、老化破损的建筑物采取防渗护砌和节水配套改造措施，恢复与改善原有灌溉面积，实现灌区稳产、高产、高效益、低成本的预期目标。另外，为降低工程成本和提高农业综合生产能力，在节水改造中尽可能的利用原有水利设施。为了系统、全面的掌握各项水利设施的运行管理状况，文章对辽阳灌区现代化管理方法和系统开展研究，以期为提高灌区现代化管理水平和后续工程方案的优化设计提供一定的参考。

2 地理信息系统功能

科学技术的发展为灌区管理现代化奠定了重要的基础，通过采取计算机、信息和网络技术搭建现代化信息监控平台，促进现代化技术在灌区管理中的应用。其中，形成一套完整的灌区配水、渠系信息管理及水情监控系统为地理信息系统的主要目标，其中灌区配水子系统是对各支渠、分干渠、干渠的流量及水位利用渠道信息和水情监测子系统进行调整，由此实现灌区的自动化管理；渠道信息子系统是建立一个能够完成查询、录入等渠系信息管理的数据库；水情监测子系统是在DBMS数据库中汇总及存储支渠、分干渠、干渠、总干渠等流量的测量、水位控制的模块。

2.1 系统构成

系统分层结构主要由现场测控层、数据交换层、信息处理层、管理层4个层次，所对应的分层为第四、三、二、一层，其实现依据为面向对象编程基础和GIS技术。见图1。

图1 系统分层结构

系统管理子模块和主控模块为系统第一层的主要构成，而配水管理子模块、渠道综合信息管理子模块及其下属子模块共同组成了第二层次，数据通信交换子模块为第三层的主要内容，第四层主要包括现场数据控制与采集模块、水情监控子模块，图2反映了各子模块之间的拓扑结构。

图2 系统模块构成

地理信息系统的各子模块功能如下：

1) 将4个子模块集成构成主控模块，根据管理运行要求在主控模板界面中进入相应的子系统。另外，系统管理子模块的主要功能为管理与维护整个系统，因此它只能由管理员访问。

2) 灌区受益灌溉面积、总面积、人口规模、行政区划、交通状况等方面的属性和空间信息的查询主要通过灌区综合信息查询子模块实现，按照相关信息绘制专题地图，同时可对各种统计报表和日常管理记录打印。

3) 灌区内河流、配水站、管理所、闸门、渠道等属性和空间信息的查询主要通过渠道信息查询子模块实现，依据查询结果绘制相应的专题地图。

4) 空间分析子模块具有面积、距离计算和空间搜索功能。

5) 灌区春、秋两季的用水分配主要通过配水管理子模块来实现，通过统计比较灌区历年的用水情况，专家系统分析降水分布、地下水位、农作物收成和用水效益等情况，最终提出最优的配水方案。

6) DBMS数据库自动汇总并存储水情监控模块收集的数据，该功能主要依据数据通信交换子模块实现。其中，水情监控子模块的主要功能为实时发送和接受控制模块、数据采集所需的信息，用于查询各测点闸门位置、水位等在秋灌和春灌时的信息。而闸门电机控制器、闸门位置及水位传感器直接与控制模块、数据采集相连接，能够实现对闸门升降实时控制和数据的及时采集。

系统的二次开发工具和开发平台选用Delphi6.0、MapX4.5和地理信息系统的MapInfo6.5软件，其中系统主界面的编写由Delphi6.5实现，主要打印输出各种地图、报表以及主界面与子界面的接口；电子地图的调用控件为MapX4.5，其主要功能为选择、缩小、放大、查询、漫游及输出灌区内各种电子地图，同时完成制作专题地图、空间分析等操作。

2.2 地理数据库系统

GIS技术主要是运用遥感技术、计算机科学、地图学、地理学等多门学科知识，对地理数据信息储存、输入、查询、显示和分析，由此实现区域地理信息的计算、输出、管理、数据的动态化采集与处理等操作。GIS技术具有多要素综合功能和区域空间分析的能力，可管理多种空间实体数据及其关系，另外该技术是一种基于计算机技术的空间信息处理和分析的工具。通过分析和成图反映地球上发生的事件与存在的现象，综合集成了地理数据库、分析功能以及地球的视觉化效果，在处理系统中各种复杂现象的管理、决策与规划问题方面具有较好的科学性，因此也被称为地理信息服务系统。

GIS技术运用的核心为系统中的地理数据，根据具体的内涵可将其分为属性和空间数据。采用矢量和栅格两种形式表达它们的数据，其中空间数据反映了空间实体的方向、形状、大小、位置及几何拓扑关系；属性数据主要用于描述和分析目标空间特征以外的特性，即反映目标的具体情况和描述目标的类型。

地理数据库管理系统和数据库实体为组成地理数据库系统的主要模块，其中数据的查询检索、操作、维护功能主要由地理数据库管理系统实现；地理数据库涉及到的环节较多，其维护与建立工作量较大、过程复杂，它是应用地理信息系统的重要基础和资源，且为当前该项技术推广应用的关键技术之一。

地理信息系统中空间数据为其他相关数据的主要来源，而最常用的空间数据为地图数据。不同种类的地图，其应用部门、研究对象以及图件编制的内容存在较大的差异，按照内容的不同可将其分为各种比例尺度的专题地图和普通地图。专题地图重点反映不同比例尺的专题地图、集中或某一种专门的要素，提供土地利用、植被、土壤类型、地貌特征、地质条件等初始资料。普通地图对地球表面的社会经济和自然地理要素以相对平衡的详细程度描述，主要描述植被、土地、境界、地貌、水系、交通网和居民地等。比例尺较大或实测的地形图能够真实的体现区域地理特征要素，其几何精度较高。另外，空间数据的输入往往还要讲地图数据数字化处理。

一般情况下，采用键盘输入属性数据。采取的输入方式主要包括如下两种：其一为直接输入图形；其二是从其他统计数据库中导入属性或预先建立属性表输入属性，利用图形数据与关键字自动连接，一般用数字或字符串作为属性数据。科技的发展和多媒体技术的进步，使得空间目标的特性描述方式有文本说明、声音、录像和图片等，因此属性数据的处理与收集也可采用以上方式。资料的收集统计为获取属性数据的关键环节，在详细调查用户信息的基础上建立的地理信息系统，不仅需要将这些属性信息存储，而且还要正确选择这些属性数据的收集单位。

行政区划的数据库结构见表1所示，在输入过程中要具备相应的字段名且能够与图形数据相连接。管理所、交通、水系等其他数据库结构也必须具备相应的结构形式，在输入过程中与图形数据相连接。

表1 数据库结构类型

2.3 系统的应用

根据系统规划设计流程，建立了能够提供图形操作、空间查询功能的系统以及专题地图，实现了分析和查询辽阳灌区内存在的基本交通信息情况、行政区划情况等，为灌区水利现代化管理和宏观决策提供相应的指导。灌区管理相应的功能主要由各子模块来实现，具体如下：

灌区内分布的主要水系状况可通过渠道信息管理模块展示，从而实现了灌区内闸房、管理所、配水站、分干渠、干渠、总干渠等地理分布状况以及其他相关信息的详细描述，为用户及时直观的了解闸房、配水站、管理所、各骨干渠系等情况提供了有效的方法。根据MapX提供的空间分析功能可确定某特定区域内开采井、闸房、配水站、管理所的数量，并且空间分析子模块还可计算出作物种植面积、某一河流至某一口径之间最短距离等。

灌区内的基本历史数据的查询由历史数据查询子模块实现，其功能有查询水费、配水计划、水量、各配水站秋灌与春灌测点水位、灌溉面积内掺量等；灌区信息查询系统还可完成灌溉面积、总面积、灌区人口规模、行政区划、交通信息等综合信息的查询，同时还可查询矿化度分带专题图、灌区年均降雨量分布图等信息。

3 结 论

对灌区现代化管理中GIS技术的应用进行了系统分析，然后以辽阳灌区为例构建了适用于该灌区的地理信息系统，由此实现灌区水利设施与水资源的现代化管理。由于信息量较大且需要考虑数据的空间特性，使得水资源管理中GIS技术发挥着不可替代的作用。依据先进性、适用性、针对性目标，遵循模块化、分层化设计的管理系统，同时考虑了灌区未来发展需要和灌区实际情况，有利于系统的省级、扩充和维护。

辽阳灌区属于典型中型自流灌区，为实现水利现代化管理建立了包含辅助决策、量测准确、调度科学、水资源优化配置的地理信息系统，在实践应用和系统运行中可显著提升灌区管理工作效率和管理水平。