淺談節能技術在農業水利工程設計中的應用

曹彬

東營弘毅工程勘察設計有限公司 山東 東營 257091

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

在農業水利工程設計中，應用變頻調速技術可以有效降低水利灌溉的能耗和水資源消耗。因此，在農業水利工程的節能設計中，需要注意節能變頻調速技術的應用。在設計過程中，要充分考慮變頻調速技術本身的特點和農業水利工程的灌溉需求，從而提高工程的整體節能水平。為了保證技術的科學有效應用，我們需要對變頻調速技術的基本原理有一個清晰的認識。灌溉系統節能的關鍵是根據實際情況準確控制水量，通過控制水泵的轉速和閥門的開閉來實現。在變頻調速技術的支持下，當檢測到實際壓力低于標準壓力時，變頻器會增加泵的輸出功率，此時泵的轉速會加快，從而提高灌溉管網系統的水壓，保證灌溉效果；當檢測到實際壓力高于標準壓力時，變頻器會降低泵的輸出功率，此時泵的轉速會降低，整個管網的壓力也會降低下降，以確保管網系統處于正常壓力下。通過變頻調速技術的應用，一方面可以保證出水量的穩定，另一方面可以降低灌溉能耗[1]。

1.2 輔助變頻器結合管道壓力監測技術的應用

在節能灌溉系統中，需要對灌溉流量進行實時監測，以保證灌溉控制策略的科學性和合理性。為了實現這一目的，需要對水利管道壓力進行實時監測，利用相關技術將管道壓力信號轉換成電信號，并將相關壓力信息傳送給控制器。變頻器可根據相應的電模擬量控制主電路中的交流頻率。保證水泵功率始終在合理范圍內，降低灌溉能耗。

1.3 農業水利工程灌溉水泵自動控制技術設計

現代農田水利灌溉系統需要具有一定的自動控制功能，以實現灌溉策略的適時調整。因此，在設計過程中，要充分發揮逆變器的PID調節功能，保證PID在逆變器系統中的穩定運行，提高系統的自動控制水平。節能灌溉系統的關鍵是泵的轉速能根據流量和壓力靈活調節，從而實現對灌溉系統的精確控制。在設計過程中，需要合理設置變頻參數，保證系統控制策略的科學合理性。同時，在設計過程中，還需要充分考慮電機的振動。為了解決這一問題，需要對逆變器的PID進行合理設置，以保證電機運行的穩定性，延長系統的使用壽命。

1.4 變頻器設計的要點

在節能灌溉系統中，變頻器的應用是關鍵。變頻器起到調節水泵轉速的作用，能根據不同的壓力和流量需求合理地控制功率。實現了系統的定壓輸送。在設計過程中，需要合理控制逆變器的頻率上升曲線。系統啟動時，電機的頻率為零，然后逐步上升到標準頻率。通過這種設計，可以有效降低對電網的影響，同時也起到了電機的保護作用。另外，變頻器還可以實現恒壓供水。另外結合泵壓的變化，及時調整系統流量和流量，使系統運行更加自動化，有效降低了農業生產的人工成本。

2 農業水利工程高效節水灌溉系統的節能配套設計

2.1 田間系統設計要點

在田間管網布置設計過程中，要充分考慮農田、農林、道路的分布，根據具體的環境條件布置管網。一般來說，梳式單向布局是一種常見的布局形式，主要是基于地形的布局。主水管、支管、毛管由高到低排列，可有效保證灌溉效果。

在泵房的設計中，需要以泵房為核心進行設計。泵房一般采用彩鋼板房形式，造價低，施工方便。在泵房的設計中，應注意閥門、管道、過濾器和肥料箱的設計。在設計過程中，要突出實用性，避免過于復雜的設計。在設計中需要充分考慮泵的未來維護，以便于拆卸。

在管網布置中，首先要選擇管網的材質。一般采用UPVC管材，強度高，耐腐蝕，使用壽命長。管道需埋地敷設，埋深控制在80cm左右，并配置三通，保證供水穩定。同時，還要保證與泵房和過濾器連接的穩定性[2]。

2.2 滴灌系統設計要點

滴灌系統是一種先進的灌溉系統，它既可以減少水資源和能源消耗，又可以提高灌溉效果。因此，滴灌技術的應用也是農業水利工程設計的重點。在設計中，首先要根據灌溉需求選擇滴灌頭和滴頭，控制標準差。同時，要準確計算干、支管的水力參數。從實際應用的角度來看，帶壓補償式滴頭具有很大的應用優勢。該灌水器不僅能有效調節灌水壓力，而且具有水流補償功能。在滴灌系統中，支管和毛管的設計也會對滴灌效果產生很大影響。壓力補償的滴頭和壓頭偏差可以分布到毛細管部分，毛細管的壓頭偏差為10cm。

此外，還需要計算支管和主管的水力功率。為了保證計算的準確性，需要分別進行計算，并采用滴灌水頭損失公式計算干管水力功率。支管的水力計算比較復雜。由于支管是從干管伸出的管道，因此需要根據干管的設計流量確定支管的滴灌運行方案，使管徑與經濟流量相結合，并校核支管段的壓力。

2.3 水利工程結構設計

農田水利工程結構設計是水利工程設計的主要內容之一，進行結構設計時應該融入生態理念、加強分析、嚴格遵循標準等。農田水利工程結構設計中，堤岸結構是比較重要的防災減害以及生態保護結構，在進行堤岸設計時應該重點結合環境勘探的結果，根據當地的降水條件、水文走向以及生態環境等進行堤岸結構的設計，保證堤岸設計的穩定性和有效性。生態理念下進行堤岸結構設計應該注重經濟效益與環境效益的結合，在經濟效益基礎上更好地實現對環境的保護。堤岸結構設計中應該增加綠色生態理念設計，合理應用水源凈化、固土樹木等設計，加強堤岸周邊綠色植物分布設計，建立有效的堤岸防護設計，優化堤岸抵御水量增長的能力等，同時也要注意減少堤岸工程施工中對周邊環境的破壞和影響，實現農田水利工程與生態理念的有效結合。河道改造是結構設計中應該重點分析的內容，農田水利工程設計時普遍需要進行或多或少的河道改造建設，在這一過程中除了需要分析當地的水文、地形特點外，還應該重視對當地自然環境的影響，特別是當地動植物的生態條件影響，做出河流改道后相關生態環境變化的預測，并注意在河流改道后對環境保護和綠化問題進行科學規劃，降低河流改道對當地自然環境的負面影響。岸坡防護設計應該根據水利工程現場的實際情況進行分析，需要保證施工滿足當地環境的生態平衡性以及穩定性，注意岸坡結構設計中材料的合理選擇，特別是使用混凝土等不透水材料時，應該更加注意不透水材料可能對環境產生的負面影響，加強細節控制和優化，貫徹生態理念。

2.4 智能化建設

智能化建設是時代發展的大趨勢，發展生態理念下農田水利工程也應當重視智能化的建設。現在通過計算機以及數字控制技術進行智能灌溉模式，自動測量農田干濕度以及病蟲害情況，對農田周邊空氣濕度、環境溫度等進行實時監控等技術，已廣泛應用于現代化農田建設中，進行農田水利工程設計時為了更好地保證生態條件，也可以將智能化技術更好地應用其中。如在生態保護過程中開啟智能監控模式，了解有無人為環境破壞等；在水利工程運行過程中，通過智能監測技術，對水利工程的實際運行狀況進行評估，了解水利工程與周邊生態環境是否和諧；在水利工程建設過程中應用智能化控制，建模、評估、評測設計方案可能對周邊生態環境造成的各方面影響等。智能化建設不僅可以便利農田水利工程的設計與建設，也有利于農田水利工程的后續發展，順應了時代的進程[3]。

3 結束語

目前，為促進農業農村發展，國家正在加快農業水利工程建設。從現代農業發展的角度看，農業水利工程建設不僅要考慮農業生產效益，還要考慮環境效益和經濟效益，這就要求農業水利工程在設計過程中，注重節能技術的應用，通過大量應用節能技術可以有效降低農業生產中的能源消耗和水資源消耗，同時為農業生產提供重要保障，降低農業生產成本。這對于推進我國農業現代化，增強農業生產的可持續發展能力和潛力具有重要意義。因此，在農業水利工程設計中，要重視節能技術的應用，在實踐中不斷提高節能技術的應用水平。