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1、南水北调中线工程数字电子渠道建设研究（王春辉陈志祥王开）
摘要:采用自主研发的地理信息系统TGIS平台建立了南水北调中线工程电子渠道,管理维护、查询渠道相关信息.采用多线程和Windows信号同步技术,为水面线校核模型、渠道运行调度研究模型提供前后处理功能.
关键词:南水北调;中线工程;电子渠道;模型
中图分类号:P343;TP39文献标识码:A
南水北调中线工程是一项特大型长距离跨流域调水工程,总干渠从丹江口水库陶岔枢纽引水,跨江、淮、黄、海四大流域,途径53个县市,沿京广铁路西侧北上,自流到XX、天津,干渠自陶岔渠首至XX团成湖全长1277km,天津干渠段自
2、西黑山分水闸到天津外环河出口长155km,多年平均调水量95×108m3[1].南水北调中线工程庞大而且复杂,涉及的资料非常多,需要进行规范高效管理,同时拟用水动力学模型对长距离输水的关键问题进行论证研究,为此建立了南水北调中线电子渠道,管理相关基础资料,同时为专业模型应用提供平台支持.
1系统框架设计
系统设计分三层:基础数据层、平台层、应用层,如图1所示.基础数据层为平台层和专业应用层提供数据服务,负责数据更新与维护;平台层实现中线工程相关信息管理与查询,与专业模型无缝集成;应用层通过数学模型提供针对性的专业服务.
基础数据包括:中线工程相关地理信息专题图(工程线路
3、、交通、水系、行政区划、渠道建筑物分布等),这类数据一般更新周期长,对数据的管理性能要求较低,所以直接采用文件系统方式存储;渠道断面信息与水力计算参数信息由于数据访问、检索速度要求较高,考虑数据量不大,采用小型Access数据库存储管理较合适.
平台层采用自主设计开发的TGIS平台,TGIS已经具有地理信息系统(GeographyInformationSystem,GIS)的基本功能,包括地图基本操作(缩放、漫游、查询)、地图导航、图层控制、统计分析、空间插值、支持矢量栅格数据.TGIS平台实现南水北调中线工程相关信息的管理、维护和查询,为水动力学模型提供数据前处理和结果表
4、现后处理功能.
应用层是针对南水北调中线输水最为关键的几个问题设计的数学模型应用,包括一维恒定水面线校核模型和一维非恒定水动力学模型.
2系统功能设计
与一般商业GIS软件或组件式技术开发的GIS平台相比,自主开发的TGIS平台对于实现专业应用模型数据的便捷交换和模型后处理的复杂功能有不可比拟的优势.TGIS的地图功能与一般的GIS软件基本相同,此处就不详细说明了.文中着重介绍专业应用模块功能的设计.
2.1信息查询
该模块主要是便于用户查询工程相关信息.TGIS提供了点击查询、关键字查询、编辑器查询三种方式,可以对工程相关的各种地理信息进行检索.同时根据系统设计要
5、求,平台独立设计了断面信息查询功能,用于检索渠道断面信息:长度、高程、坡度、断面水位等信息.用户鼠标点击渠道某处断面时,弹出窗口中采用图形、尺寸标注方式给出查询信息.为了方便用户查看,设计了位图输出、打印与打印预览、放大、缩小、漫游、全图显示、高程标注开关、坡度标注开关系列辅助功能,根据系统水面线校核模块的需求,可以查看各种校核方案中该断面处的水位.
2.2一维恒定水面线校核模型
南水北调中线工程总干渠渠线长,南北跨度大,供水区范围广.由于受地形高程条件的限制,总干渠总水头差不足100m;因纵坡太小,为了满足设计输水能力,总干渠设计为断面大、流速小[2].另外,沿程渡槽、倒
6、虹吸、隧洞都需要较大的水头,众多的控制建筑物也存在局部水头损失,这些都是影响渠道输水能力的关键因素,因此有必要对渠道水流、水力学特性及水头设计成果进行研究论证.校核模型的主要功能是对明渠衬砌渠道糙率系数取值和不同类型控制性建筑物引起的局部水头损失进行论证,对总干渠全线输水能力进行模拟与校核,检验分段设计成果是否与总体设计的要求一致,进行长距离输水宽浅明渠水头损失对糙率的敏感性分析[2].
2.2.1校核模型前处理模块
该模块为水面线校核模型提供计算所需的数据,按模型计算方式分为全程和分段校核两种.根据用户设置的计算方式和计算范围,平台自动从数据库中提取计算范围内的相关数据,
7、同时提供数据修改接口,用户可以针对具体的某个方案,修改计算参数(一般是水位、流量或局部损失系数),以数据文件方式单独存储计算方案输入数据.
为了避免系统忙于模型计算而出现响应迟钝的现象,设计采用了多线程与信号同步技术,保证模型运行期间系统对用户的其它操作的正常响应.当数据准备完毕后,平台启动校核模型子线程进行水面线校核计算.
2.2.2校核模型后处理模块
模型计算完毕后,利用Windows系统的消息机制,通知模型后处理模块,读取模型计算结果,采用图表方式对结果进行分析.该模块提供了曲
