節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計中的應用

章效平

摘 要 農(nóng)業(yè)水利工程是高效節(jié)能灌溉的重要載體，在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計時，需要切實注重節(jié)能技術(shù)的應用，以提升農(nóng)業(yè)水利工程的節(jié)能灌溉效果。水利工程在農(nóng)業(yè)灌溉中發(fā)揮著重要作用，利用節(jié)能技術(shù)可以將水利工程效益發(fā)揮到最大化。基于此，基于節(jié)能灌溉的視角，梳理了節(jié)能變頻調(diào)速水泵在灌溉調(diào)節(jié)中的設(shè)計要點，并在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化線路布局和合理設(shè)計灌區(qū)，實現(xiàn)利用率最大化，達到節(jié)能的目的。此外，針對農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能設(shè)計實踐提出相關(guān)注意事項，以達到良好的節(jié)能功效。

關(guān)鍵詞 節(jié)能技術(shù);節(jié)能灌溉;農(nóng)業(yè)水利工程;節(jié)能設(shè)計

農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能成效的高低，主要取決于是否進行了高效的節(jié)能設(shè)計，因此，設(shè)計人員需要切實注重工程實踐的分析，并采取針對性的節(jié)能設(shè)計方案，從而更好地促進水利工程在農(nóng)業(yè)灌溉中作用的發(fā)揮，需要在設(shè)計中切實注重節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化，達到節(jié)水節(jié)能灌溉的目的。

1 農(nóng)業(yè)水利工程灌溉水泵設(shè)計中節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)的應用

1.1 灌溉水泵節(jié)能變頻調(diào)速設(shè)計原理分析

在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計時，為達到良好的節(jié)能灌溉效果，應加強節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)的應用。節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)在水利工程中屬于主要節(jié)能技術(shù)之一，為達到良好的節(jié)能效果，結(jié)合農(nóng)業(yè)水利工程灌溉的需要，需要借助節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)加強灌溉系統(tǒng)的設(shè)計，而設(shè)計之前，首先就要對灌溉系統(tǒng)的調(diào)速原理有一個基本的認識。節(jié)能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計目的在于精準地控制水流量，利用閥門、轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流速。當實際壓力比標準壓力低時，變頻器輸出頻率就會提升，此時系統(tǒng)轉(zhuǎn)速也會加快，從而達到增大農(nóng)業(yè)水利管網(wǎng)的壓力;而當實際壓力比標準壓力大時，變頻器的輸出頻率就會下降，此時系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速就會下降，使得農(nóng)業(yè)水利管網(wǎng)的壓力下降。在這一過程中，主要是利用節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)對變頻器頻率進行調(diào)節(jié)，從而達到恒壓變流的效果。

1.2 結(jié)合管道壓力監(jiān)測技術(shù)的輔助變頻器的應用

為了對節(jié)能灌溉系統(tǒng)的灌溉流量進行實時監(jiān)控，就需要監(jiān)測農(nóng)田水利的管道壓力變化情況，切實加強管道壓力監(jiān)測技術(shù)的應用，把壓力信號轉(zhuǎn)化成電信號，并采取電量模擬的方式將其輸入控制器中，這樣變頻器就能結(jié)合壓力信號轉(zhuǎn)化的電模擬量，對主回路中的交流電頻率進行自動調(diào)節(jié)，使得水泵運行功率優(yōu)化的同時降低能耗，達到良好的節(jié)水效果。

1.3 農(nóng)業(yè)水利工程灌溉水泵自動控制技術(shù)的設(shè)計

在農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)中，為實現(xiàn)對其的自動控制，在設(shè)計過程中需要利用變頻器的PID調(diào)節(jié)功能，并在變頻器系統(tǒng)內(nèi)部程序中通過運行PID運算，從而達到自動控制的目的。水泵轉(zhuǎn)速會隨著壓力和流量的變化而變化，所以需要利用變頻器來控制水泵轉(zhuǎn)速，從而對系統(tǒng)進行差異化控制，借助變頻器參數(shù)來設(shè)定管網(wǎng)壓力，實現(xiàn)系統(tǒng)自行運轉(zhuǎn)。而在此基礎(chǔ)上，為預防電機振蕩問題的出現(xiàn)，在設(shè)計過程中，需要合理設(shè)定變頻器PID，以確保系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，延長設(shè)備使用壽命。

1.4 變頻器的設(shè)計要點

在設(shè)計中加強變頻器的應用，主要是為了更好地調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，以滿足多樣化的農(nóng)業(yè)用水需求。利用變頻器能對管網(wǎng)實現(xiàn)恒壓變速，且在系統(tǒng)啟動中，電動機頻率首先設(shè)置為0，再逐漸上升到標準頻率，使得電機啟動電流與電網(wǎng)沖擊有效降低，使得電網(wǎng)運行更加穩(wěn)定，加上變頻器能達到恒壓供水，結(jié)合水泵壓力變化情況，對系統(tǒng)的流速和流量進行及時的調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)運行變得更加自動化，有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人力成本。再加上變頻器有著較高的精度，利用其能對農(nóng)田水利管網(wǎng)中的水泵轉(zhuǎn)速進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，可以結(jié)合管網(wǎng)壓力變化情況針對性地進行精確調(diào)節(jié)，使得水資源利用率得到提升[1]。

2 農(nóng)業(yè)水利工程高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)的節(jié)能配套措施

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水利工程的節(jié)能要求較高，在做好上水水泵設(shè)計的基礎(chǔ)上，還要完善節(jié)能配套設(shè)施，尤其是要完善田間排灌系統(tǒng)，既要做好田間管網(wǎng)的布設(shè)，又要以泵為核心做好泵房設(shè)計，在灌溉系統(tǒng)方面，主要是加強滴灌系統(tǒng)的設(shè)計，以更好地構(gòu)建完善的配套體系。

2.1 田間系統(tǒng)設(shè)計要點

1）在田間管網(wǎng)布置設(shè)計時，需要緊密結(jié)合工程所在地的農(nóng)田、農(nóng)林以及道路分布等，根據(jù)地形條件實施管網(wǎng)布設(shè)。以常見的梳狀單向布置為例，根據(jù)地勢對輸水干管和分干管以及支管和毛管做好輸配水管網(wǎng)設(shè)計，按照高效節(jié)水灌溉的需求，使得其泵房和管網(wǎng)細節(jié)內(nèi)容得到優(yōu)化。

2）在泵房設(shè)計中，主要是結(jié)合泵房為核心進行設(shè)計，在泵房設(shè)計時，主要是采用彩鋼板房，并做好閥門和管道以及過濾器和施肥箱等設(shè)施的設(shè)計，在設(shè)計中要秉承簡單整潔的原則，便于后續(xù)對各種設(shè)備的加裝以及日后的維修操作，并盡可能地將機組設(shè)為一列式的樣式。

3）在管網(wǎng)布設(shè)過程中，在布設(shè)干管時，采用UPVC材質(zhì)管道，并將在地下埋設(shè)和布設(shè)，管道的深度需要大于80 cm，并配置三通，從而給干管供水;還要與泵房、過濾器之間做好銜接，利用干管確保不同農(nóng)田田塊得到良好的協(xié)作灌溉[2]。

2.2 滴灌系統(tǒng)設(shè)計要點

在農(nóng)業(yè)水利工程高效節(jié)水灌溉設(shè)計時，除了做好田間系統(tǒng)設(shè)計外，還要精心設(shè)計滴灌系統(tǒng)。在設(shè)計過程中，首先需要做好滴灌水頭與滴頭的選擇，做好偏差分配，認真計算干管和支管的相關(guān)水利參數(shù)。在滴頭選擇和分配偏差時，通常采取管上有壓的補償式滴頭，這樣不僅能有效地調(diào)節(jié)農(nóng)田水的灌溉壓力，而且還能對水流量進行補償，水頭偏差寬度為10 cm，滴灌系統(tǒng)中，支管和毛管的設(shè)計也十分重要，也是灌水小區(qū)的重要組成部分，可以把壓力補償式的滴頭和水頭偏差向毛管部分分配，且毛管的水頭偏差為10 cm。

在計算支管和干管的水力時，需分開進行。其中，干管的水力主要是按照滴灌水頭損失公式來計算;而在計算支管流量時，由于支管屬于分干管上所開啟的一條節(jié)水灌溉路線，全部支管的流量綜合就是干管流量，需要根據(jù)干管的設(shè)計流量確定支管的滴灌運行方案，并結(jié)合經(jīng)濟流速制作管徑并對支管管段壓力進行校核，從而對干管管徑尺寸進行確定。

3 農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能設(shè)計的注意事項

1）切實做好泵型選擇，盡可能提升水泵運行效率。在泵型選擇過程中，主要是結(jié)合水泵綜合性能以及經(jīng)濟技術(shù)指標，既要考慮揚程和流量，又要考慮水泵轉(zhuǎn)換率和使用壽命。農(nóng)業(yè)水利工程中的中低流量軸流泵，并在泵站設(shè)計時，需要結(jié)合設(shè)計工況，確定水泵參數(shù)，選擇水泵的型號，做好葉片安裝，科學設(shè)計口徑與轉(zhuǎn)速等，并在確保符合流程與揚程的基礎(chǔ)上，對水泵參數(shù)進行優(yōu)化，使得水泵處于良好的設(shè)計工況下運行，提升水泵運行效率，從而達到良好的節(jié)能效果。

2）切實注重線路布設(shè)的優(yōu)化，盡可能地降低電能損耗。低壓配電室需要盡可能地與負荷中心靠近，將電纜饋線長度減少，饋線電纜需要結(jié)合運行的經(jīng)濟密度來確定，以盡可能減少電能損耗。而變壓器采用高效和損耗較低的變壓器，從而降低運行的電能損耗，并切實利用太陽能做好室內(nèi)外的照明設(shè)計，采用太陽能進行照明，所選燈具也滿足太陽能運用的需要，以達到綠色照明的目的。

3）對灌區(qū)進行合理劃分，以盡可能地優(yōu)化管路布設(shè)。尤其是在泵站選址時，需要結(jié)合規(guī)模和功能以及特點與運用要求等，結(jié)合灌區(qū)整體規(guī)劃與水系規(guī)劃，綜合考慮多方面因素來布置。在布置供水管網(wǎng)時，需要盡可能減少管道的總長度，這樣才能更好地滿足農(nóng)業(yè)種植的需要。此外，需要結(jié)合種植業(yè)態(tài)針對性地確定灌水模式[3]。

4 結(jié)語

節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計中的應用，需要緊密結(jié)合農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)的需要，在水利工程設(shè)計中，針對性地加強節(jié)能技術(shù)的選擇和應用，以達到提升農(nóng)業(yè)水利工程的節(jié)能效果。

參考文獻：

[1] 徐良學.芻議節(jié)能技術(shù)在水利工程設(shè)計中的應用[J].農(nóng)家參謀，2020（3）：154.

[2] 沈雪峰，沈偉.節(jié)能技術(shù)在水利工程設(shè)計中的應用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（10）：72.

[3] 陳玲，韓盈盈.節(jié)能技術(shù)在水利工程設(shè)計中的應用[J].河南科技，2014（18）：21-22.

（責任編輯：趙中正）