淺談大型設施農業園區供水系統及其應用

摘要：在農業現代化快速發展中，大型設施農業園區供水系統及其使用中的認識存在著諸多模糊之處，作者對農業園區供水控制系統的選擇、管材的選擇、設備的選擇、供水管網的敷設與水壓與水流量的關系等幾方面進行了介紹。

關鍵詞：設施農業園區；恒壓供水；PVC-U管材；控制柜；水壓；流量

李東方. 淺談大型設施農業園區供水系統及其應用[J]. 農業工程技術，2017，37（32）：35+37.

在全國農業正在大踏步地邁向現代化的今天，集專業化、市場化、集約化于一身的大、中、小型溫室；大、中、小型冷棚、拱棚的設施農業園區建設蜂擁而上。不但加速了農業現代化的進程，也為土地分散的山區、丘陵地區的農業發展創造了成功的模式。

一、農業園區供水控制系統的選擇

農業園區供水控制系統大多選用恒壓供水控制系統，這是因為它在農業園區的供水使用中具有其它控制方法不可替代的優越性：

恒壓供水因采用變頻器技術改變電動機電源頻率，而達到調節水泵轉速改變水泵出口壓力，比其它控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。

由于潛水泵是在變頻狀態工作的，運行過程中其轉速是由外供水量決定的，所以系統在運行過程中可節約可觀的電能，其經濟效益是十分明顯的，由此產生的社會效益也非常巨大。

水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間或者因管道壓力減小而加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成水泵系統的間歇性振動。

因實現恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節省了人力。

潛水泵工作在變頻工況在其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發熱，延長了泵和電動機的機械使用壽命。

二、管材的選擇

在供水管材的選擇上，大多數都選用PVC-U管材，這是因PVC-U管材所具備的如下特性所決定的：

PVC-U管材質量輕，搬運方便，施工強度低，進度快，可降低施工成本。PVC-U管壁光滑，對水流阻力非常小，其粗糙系數僅為0.009，輸水能力比鐵管提高20%，比砼管提高了40%。埋于地下防嚙咬，抗土壤腐蝕能力強，老化速度慢，使用壽命長；耐腐蝕性強，耐藥性優良，一般的藥液和中弱酸堿液都不易溶解它。維護費用低，維修簡單，其維修過程不需要昂貴的費用和復雜的工具，維護費用僅是鐵管和砼管的30%左右。具有良好的水密性，管路與配件間用特種膠粘接組合成一體，接點牢固，密閉性強。材料性質穩定不易發生化學反應，對水質無污染，不結垢，更不易出現二次污染。

三、設備的選擇

大型設施園區供水系統的設備主要指潛水泵及恒壓供水變頻控制柜，至于電力配置這里就不加討論了。

在選擇潛水泵時，一定要注意潛水泵的標定流量不要大于水源的供應量，否則，流量過大的潛水泵沒有充足的水源供應，就會處于斷續供水的狀態，不但浪費電能，也會增加設備的故障率。

恒壓供水變頻控制柜對潛水泵工作狀態的控制，是由遠傳壓力表對管道內即時水壓進行測量，然后將測量值反饋到控制柜，由控制柜根據事先設定的水壓值而調整潛水泵的工作頻率，從而決定潛水泵的即時工作狀態。

恒壓供水變頻控制柜所測量的管道壓強是測量點附近管道內的壓強，并不代表供水管網內各個點的壓強，于是，在剛開機工作和剛剛關閉所有用水點的一小段時間內，管網內局部的水壓并不等于遠傳壓力表所測得的水壓，有時偏差很大。

由于一拖二（拖三）的方法使用變頻控制柜時，兩臺（三臺）水泵工作狀態是同步的，所拖的潛水泵工作狀態是由主機端傳感的水壓所決定的，這就會造成管網內局部水壓在特殊時段內超出設定值的可能性更大，從而增加了供水管網因水壓過大而爆管的可能性。

雖然多井、多泵同時為同網工作時也存在上述情況，但因其不采用拖二（拖三）的模式，各井有各自獨立的控制柜，獨立的遠傳壓力表通過不同點測得的水壓調整潛水泵的工作狀態，這就大大減少了潛水泵同狀態工作的可能性，因而管網因水壓過大而爆管的可能性也就會大大降低。

四、供水管網的設計

因為農業園區用水具有復雜性和特殊性，在鋪設供水管道網絡時應該注意如下問題：

在多井、多泵同時向一套地下管網供水的情況下，選擇PVC-U管材的承壓值一定要在使用壓力的3-5倍以上，一井供一管網則不必要求超出過大。

在用水同時率較高的情況下，一級主管道截面積的設定一定要考慮二級主管道截面積的總和，二級主管道截面積的設定一定要考慮三級主管道截面積的總和，依此類推。否則就不容易取得需要得到的水壓和流量。

設計使用微噴灌管帶時，開啟各條微噴帶閥門的估算噴水量一定不大于所接主管道的流量，否則，會因流量不足導致水壓不足。

設計使用較長的微噴灌管帶時，最好設計兩端供水。否則，管帶末端的水壓會不足。

五、明確水壓與水流量的關系

水壓不等于水量，水壓大只是在一定時間內水量大的一個因素。水壓是在有水的時候才能形成的，沒有持續、充足的水流量供應就不可能有所需要的持續水壓。

我們這里所說的水壓通常是指水流流經管道時的動水壓強，即在恒壓供水的條件下，流經或者靜止在管道內的水流的任意一點，沿任意三個彼此垂直的方向作用的水流壓強大小的平均值。這是一個與方向無關的設定數。

由于大型農業園區用水的同時率比較高，我們這里所討論的水流量不是流體力學里面精確計算出的流量，而只需要簡單地認為Q=SV就可以了（式中Q為流量；S為管道橫截面積；V為管道內水流的速率），我們可以粗略地認為V為不變量，所以，決定流量的只有S了。當使用端同時打開了N個Sn面積的閥門，而N×Sn的截面積遠遠大于連接各閥門的主管道截面積時，那么連接閥門出口支管的水壓就要遠遠小于主管道的了，更不會得到所需要的噴淋水壓。

出現上述情況時，有人往往將恒壓供水變頻控制柜的水壓值調高。但是，這時的水泵是在全速工作的，這樣做，不會產生積極的效果。

農業園區大量用水時，由于農時關系，人們往往要求更大的水流量。但由于潛水泵流量和水源供應的限制以及機井數量滿足不了人們無限急切的心情，在這種況下，還需要人們耐下心來，不要輕易改變控制系統的參數，做徒勞無功的工作。

六、結語

總之，大型設施農業園區的用水具有用水量大；終端出口密集度大；使用同時率高；時間性強；對水壓要求差異大；設計與應用思路有矛盾；還有短時間的間歇性等特點，這就決定了大型設施農業園區供水系統設計與應用的復雜性，給設計工作增加了相應的難度。所以，要求我們的設計人員必須在全面深入地了解園區設施布局與各功能區的劃分上做足功課，花大力氣理解各功能區的用水特點，站在統籌全局的高度搞好規劃設計。只有如此，才能減小供水系統在使用中的矛盾與壓力，創造出輕松和諧的生產氛圍。