節能技術在農業水利工程設計中的應用

章效平

摘 要 農業水利工程是高效節能灌溉的重要載體，在農業水利工程設計時，需要切實注重節能技術的應用，以提升農業水利工程的節能灌溉效果。水利工程在農業灌溉中發揮著重要作用，利用節能技術可以將水利工程效益發揮到最大化。基于此，基于節能灌溉的視角，梳理了節能變頻調速水泵在灌溉調節中的設計要點，并在此基礎上，優化線路布局和合理設計灌區，實現利用率最大化，達到節能的目的。此外，針對農業水利工程節能設計實踐提出相關注意事項，以達到良好的節能功效。

關鍵詞 節能技術;節能灌溉;農業水利工程;節能設計

農業水利工程節能成效的高低，主要取決于是否進行了高效的節能設計，因此，設計人員需要切實注重工程實踐的分析，并采取針對性的節能設計方案，從而更好地促進水利工程在農業灌溉中作用的發揮，需要在設計中切實注重節能技術的優化，達到節水節能灌溉的目的。

1 農業水利工程灌溉水泵設計中節能變頻調速技術的應用

1.1 灌溉水泵節能變頻調速設計原理分析

在農業水利工程設計時，為達到良好的節能灌溉效果，應加強節能變頻調速技術的應用。節能變頻調速技術在水利工程中屬于主要節能技術之一，為達到良好的節能效果，結合農業水利工程灌溉的需要，需要借助節能變頻調速技術加強灌溉系統的設計，而設計之前，首先就要對灌溉系統的調速原理有一個基本的認識。節能灌溉系統的設計目的在于精準地控制水流量，利用閥門、轉速來調節流速。當實際壓力比標準壓力低時，變頻器輸出頻率就會提升，此時系統轉速也會加快，從而達到增大農業水利管網的壓力;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，此時系統的轉速就會下降，使得農業水利管網的壓力下降。在這一過程中，主要是利用節能變頻調速技術對變頻器頻率進行調節，從而達到恒壓變流的效果。

1.2 結合管道壓力監測技術的輔助變頻器的應用

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

1.3 農業水利工程灌溉水泵自動控制技術的設計

在農田水利灌溉系統中，為實現對其的自動控制，在設計過程中需要利用變頻器的PID調節功能，并在變頻器系統內部程序中通過運行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速，從而對系統進行差異化控制，借助變頻器參數來設定管網壓力，實現系統自行運轉。而在此基礎上，為預防電機振蕩問題的出現，在設計過程中，需要合理設定變頻器PID，以確保系統運行更加穩定，延長設備使用壽命。

1.4 變頻器的設計要點

在設計中加強變頻器的應用，主要是為了更好地調節水泵轉速，以滿足多樣化的農業用水需求。利用變頻器能對管網實現恒壓變速，且在系統啟動中，電動機頻率首先設置為0，再逐漸上升到標準頻率，使得電機啟動電流與電網沖擊有效降低，使得電網運行更加穩定，加上變頻器能達到恒壓供水，結合水泵壓力變化情況，對系統的流速和流量進行及時的調節，使得系統運行變得更加自動化，有效降低農業生產人力成本。再加上變頻器有著較高的精度，利用其能對農田水利管網中的水泵轉速進行優化調節，可以結合管網壓力變化情況針對性地進行精確調節，使得水資源利用率得到提升[1]。

2 農業水利工程高效節水灌溉系統的節能配套措施

現代農業水利工程的節能要求較高，在做好上水水泵設計的基礎上，還要完善節能配套設施，尤其是要完善田間排灌系統，既要做好田間管網的布設，又要以泵為核心做好泵房設計，在灌溉系統方面，主要是加強滴灌系統的設計，以更好地構建完善的配套體系。

2.1 田間系統設計要點

1）在田間管網布置設計時，需要緊密結合工程所在地的農田、農林以及道路分布等，根據地形條件實施管網布設。以常見的梳狀單向布置為例，根據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設計，按照高效節水灌溉的需求，使得其泵房和管網細節內容得到優化。

2）在泵房設計中，主要是結合泵房為核心進行設計，在泵房設計時，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施的設計，在設計中要秉承簡單整潔的原則，便于后續對各種設備的加裝以及日后的維修操作，并盡可能地將機組設為一列式的樣式。

3）在管網布設過程中，在布設干管時，采用UPVC材質管道，并將在地下埋設和布設，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田田塊得到良好的協作灌溉[2]。

2.2 滴灌系統設計要點

在農業水利工程高效節水灌溉設計時，除了做好田間系統設計外，還要精心設計滴灌系統。在設計過程中，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水利參數。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節農田水的灌溉壓力，而且還能對水流量進行補償，水頭偏差寬度為10 cm，滴灌系統中，支管和毛管的設計也十分重要，也是灌水小區的重要組成部分，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水灌溉路線，全部支管的流量綜合就是干管流量，需要根據干管的設計流量確定支管的滴灌運行方案，并結合經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 農業水利工程節能設計的注意事項

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，主要是結合水泵綜合性能以及經濟技術指標，既要考慮揚程和流量，又要考慮水泵轉換率和使用壽命。農業水利工程中的中低流量軸流泵，并在泵站設計時，需要結合設計工況，確定水泵參數，選擇水泵的型號，做好葉片安裝，科學設計口徑與轉速等，并在確保符合流程與揚程的基礎上，對水泵參數進行優化，使得水泵處于良好的設計工況下運行，提升水泵運行效率，從而達到良好的節能效果。

2）切實注重線路布設的優化，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，饋線電纜需要結合運行的經濟密度來確定，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外的照明設計，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）對灌區進行合理劃分，以盡可能地優化管路布設。尤其是在泵站選址時，需要結合規模和功能以及特點與運用要求等，結合灌區整體規劃與水系規劃，綜合考慮多方面因素來布置。在布置供水管網時，需要盡可能減少管道的總長度，這樣才能更好地滿足農業種植的需要。此外，需要結合種植業態針對性地確定灌水模式[3]。

4 結語

節能技術在農業水利工程設計中的應用，需要緊密結合農業水利工程建設的需要，在水利工程設計中，針對性地加強節能技術的選擇和應用，以達到提升農業水利工程的節能效果。

參考文獻：

[1] 徐良學.芻議節能技術在水利工程設計中的應用[J].農家參謀，2020（3）：154.

[2] 沈雪峰，沈偉.節能技術在水利工程設計中的應用[J].山東工業技術，2015（10）：72.

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

（責任編輯：趙中正）