高標準農田之高效灌溉工程設計

高衛國

（德州市陵城區農業農村局，山東德州 253500）

0 引言

根據山東省農業農村廳下達《關于報送2020年中央預算內投資農業項目投資計劃的通知》的精神要求，德州市陵城區選定了于集鄉、邊臨鎮作為高標準農田的項目區。項目區農業生基礎設施大都建設于十幾年以前，存在設計標準偏低的問題。加之已運行十多年，部分設施出現老化現象。農業措施不配套，造成土地利用程度低，肥力低下；部分田間生產道路窄而不平，不適合農業機械耕作和機械運輸，不能滿足正常的生產經營活動；灌溉以密長畦大田漫灌為主，灌溉水利用系數低，灌溧困難且成本較高，水土流失嚴重，從而造成糧食綜合生產能力低下，農業綜合生產能力不穩。

1 水源工程設計

根據工程的規模和數量，選擇具有代表性的孫國莊村1號泵站工程進行典型設計。

1.1 建筑物等級

孫國莊村1號泵站控制灌溉面積30.8 hm2，泵站設干管3條，每條干管控制灌溉面積分別為12.87 hm2、12.27 hm2、5.67 hm2，考慮到灌溉季節的泵站使用的靈活性和管理方便的因素，每條干管均配備一套潛污泵，總設計流量172.5 m3/h。根據《泵站設計規范》（GB/T50265-97）的有關規定，工程規模確定為小（2）型；工程等別：V等，主要建筑物5級，次要建筑物5級。

1.2 泵站布置

潛污泵站的主體工程包括進水建筑物和閥井組成。進水池開口設在河道內，采用喇叭口型設計，采用C25混凝土護底，兩岸為M10漿塊石擋土墻，進水池口設密目鋼網攔污，焊接在攔污柵上。工程選用立式潛污泵，將水泵固定在進水池內。提水泵房采用預制泵房，首部設置逆止閥、安全閥、進排氣閥、水表等。通過對不同灌溉面積（12.87 hm2、12.27 hm2、5.67 hm2）農田進行揚程計算，所需泵的揚程分別為21.62 m、22.48 m和17.59 m。

2 灌溉管網工程設計

2.1 基本情況

以孫國莊1#泵站的管網為例進行潛污泵站管道輸水灌溉管網的典型設計。典型區總耕地面積30.8 hm2，典型區耕作層土壤為輕壤土，容重為1.4 g/cm3，田間持水率22%，農作物主要為小麥、玉米。根據多年灌溉經驗，4—5月份小麥灌溉和春播同時用水期為作物需水高峰，平均日需水強度Ea=5.5 mm/d。而玉米生長期正逢雨季，適時灌水即可滿足。設計時以小麥日需水量最高的灌漿期確定灌水定額。適宜土壤含水量上限θmax取田間持水率的95%，下限θmin取65%。

2.2 灌溉工程布局

2.2.1 管網布局原則。管理設施，水源、路管道統一規劃，合理布局，全面配套，統一管理，盡快發揮工程效益。依據地形、地塊、道路等情況布置管道系統，要求線路最短，控制面積最大，便于機耕，管理方便。管道盡可能雙向分水，節省管材，沿路邊及地塊等高線布置。為方便澆地、節水、長畦要改短。按照村隊地片、分區管理，并能獨立使用的原則。

2.2.2 管網布置。根據項目區作物種植情況和經濟發展水平，易采用半固定式管道系統。鋪設干、支、斗三級管道，地面通過給水栓直接套接軟管向田間供水。干管與支管連接處設置分水控制設施。干管盡量布置在生產路、排水溝渠旁成平行布置。給水栓或出水口應按灌溉面積均衡布設，間距滿足《低壓管道輸水灌溉工程技術規范》要求。管道鋪設力求順直，避免起伏，以減少水流阻力和水頭損失。管道過瀝青砼路為路面下穿鋼筋混凝土管或頂管跨越的方式，過一般土生產路，管道采用直埋式，埋深為0.6 m。干管、支管采用鋼管跨越方式。過小溝采用溝上設涵管，上鋪設管道。

2.2.3 布置形式。根據水源位置、控制范圍、地面坡度、作物種植方向等條件基本情況，通過方案比較，管網按照梳齒形布置，干管沿河道布置，支管垂直于干管，斗管垂直于支管。斗管雙面供水，間距100 m左右，給水栓雙向分水，間距50 m。

2.2.4 灌溉系統流量及工作制度。根據泵站所處的地形條件，考慮到灌溉情況，計算得干管的流量為Q1=78.4 m3/h。為減小干、支管管徑，既利于灌溉農田，又減少投資，灌溉系統采取干、支管續灌，斗管輪灌方式，毛灌水定額為50.29 m3/667m2，一次灌水延續時間為12.6 h。

3 信息化工程設計

為了實現2020年陵城區高標準農田建設項目區內灌溉水量的精確計量和水費計收，因此在項目區內建設信息化工程，每臺水泵均配備取水計量一體機，同時在陵城區農業農村局農水股建設信息化中心，每臺水泵的灌溉信息數據不僅可以遠傳至信息中心，同時控制中心可以對每臺水泵進行遠程控制。

3.1 系統的組成

水情信息化系統由計算機（服務器）、管理機、水電雙計智能灌溉控制器（取水計量一體機）、流量計、IC卡、無線傳輸網絡等組成。

項目區內每臺水泵均配套一臺水電雙計智能灌溉控制器（取水計量一體機），每個農戶發一張機泵灌溉射頻卡，每個村配置一臺計算機，負責和本村安裝的水電雙計智能灌溉控制器（取水計量一體機）通過無線方式通訊，讀取各控制器的數據，包括各泵站的總用電量、總取水量、年取水量、瞬時流量、當前水位以及箱門開關狀態、供電狀態、用戶余額狀態、遙控狀態、電表工作狀態等，同時把相關數據通過無線GPRS方式上報到控制中心，還可為本區域農戶的IC卡充值，農戶在澆地前必須先持IC卡充值，然后刷卡澆地，澆地完成后再次刷卡即可關閉水泵，取走卡內余額，在本次澆地過程中用了多少電（水）費，就自動從農戶卡內扣除多少，卡內余額用完，自動停泵，一臺水電雙計智能灌溉控制器可以供多個農戶（輪流）使用。

3.2 信息化平臺

信息化平臺可分為：智能灌溉信息化云平臺軟件、手機APP軟件、水電雙計智能灌溉控制系統（硬件）、流量計量系統、電量計量系統、視頻監控系統（硬件）、數據無線遠傳系統等。

3.2.1 智能灌溉信息化云平臺軟件。具有對各個灌區數據實時采集，支持海量數據的存儲和處理功能，對終端數量沒有限制；支持多級權限管理功能，可對用戶設定不同的使用權限，滿足數據保密性要求；數據分析、統計和報表功能；圖形化顯示，表計故障、能耗異常自動告警。新增設備系統自動識別，自動實現系統的擴容，軟件采用云平臺架構，無需安裝軟件，網頁訪問，支持多用戶瀏覽。軟件具有GIS地圖功能，實現泵站顯示與坐標定位，用戶數據、泵站數據、行政數據及遠程控制管理，基礎數據維護等。

泵站顯示：根據不同級別系統自動在地圖上載入管轄的泵站，鼠標點擊地圖上泵站，彈出泵站詳細信息的窗口，根據功能，在彈出的窗口里可以點擊“實時數據”鏈接，查看泵的實時數據。

泵站坐標定位：此功能時根據所轄范圍內的泵站，在地圖上選擇泵進行泵站地圖坐標錄入配置。

用戶數據管理：主要包括了用戶數據查詢、用戶卡號查詢、用戶灌溉記錄查詢、用戶能耗分析；通過這幾項子功能，使用戶詳細了解自己的灌溉信息、灌溉記錄以及灌溉所耗的水、電以及費用。

泵站數據管理：主要包括泵站信息查詢、泵站能耗分析、泵站灌溉記錄查詢、泵站報警數據分析；通過這幾項子功能，詳細的掌握泵站基本信息、能耗、引水量、報警以及灌溉方面的數據。

行政數據管理：針對不同級別權限的用戶，查看不同級別（市用戶查看各縣區、縣用戶查看各鄉鎮、鎮用戶查看鎮所轄村、村用戶查看本村）的泵站用水量、用電量、消費額匯總以及曲線展示。

遠程控制管理：主要包括泵站遠程控制功能；通過不同級別層次展示出各自管轄的泵站，針對泵站進行實時控制管理（用戶剩余水量報警值、水位基位及上下限、水壓上下限值、年度可開采水量、繼電器狀態控制、自報時間間隔配置、計費參數信息配置）。

基礎數據維護：主要包括卡號信息維護、水泵信息維護、用戶審核、用戶卡號分配、用戶權限分配、密碼修改。

3.2.2 手機APP軟件。智能灌溉APP是信息化云平臺的數據層為基礎，為灌溉用戶（村民）和行政用戶（村/鎮/縣/市/省各級管理員）提供灌溉記錄和能耗統計等數據查詢的安卓手機應用。

灌溉用戶以射頻卡ID號登陸，可查詢所有灌溉記錄，包括灌溉時間，灌溉用水量、灌溉用電量、本次灌溉金額、剩余灌溉金額、年可用電量、累計用水量、累計用電量等信息。

行政用戶分為村級行政用戶、鄉鎮級行政用戶和縣市級行政用戶。村級行政用戶可查詢所轄范圍內所有泵的灌溉記錄，包括：每座泵站的灌溉記錄，所有泵的累計用水量、累計用電量，年可開采水量、年可用電量等信息。

4 結語

高效灌溉工程的設計，可使項目區農田灌溉條件將有很大改善，農田質量、農業生產管理水平也將隨之提高，種植結構更加優化、合理，灌溉周期縮短，澆水及時，肥料的利用率提高，促使作物增產。另外，可使項目具有顯著的節水、節能、節地、省工的效果。