節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(jì)時(shí)，需要切實(shí)注重節(jié)能技術(shù)的應(yīng)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(jì)要點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化線路布局和合理設(shè)計(jì)灌區(qū)，實(shí)現(xiàn)利用率最大化，達(dá)到節(jié)能的目的。此外，針對(duì)農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)踐提出相關(guān)注意事項(xiàng)，以達(dá)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(jì)

農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能成效的高低，主要取決于是否進(jìn)行了高效的節(jié)能設(shè)計(jì)，因此，設(shè)計(jì)人員需要切實(shí)注重工程實(shí)踐的分析，并采取針對(duì)性的節(jié)能設(shè)計(jì)方案，從而更好地促進(jìn)水利工程在農(nóng)業(yè)灌溉中作用的發(fā)揮，需要在設(shè)計(jì)中切實(shí)注重節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化，達(dá)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(jì)中節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

1.1 灌溉水泵節(jié)能變頻調(diào)速設(shè)計(jì)原理分析

在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到良好的節(jié)能灌溉效果，應(yīng)加強(qiáng)節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)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(dá)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(qiáng)灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)之前，首先就要對(duì)灌溉系統(tǒng)的調(diào)速原理有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。節(jié)能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的在于精準(zhǔn)地控制水流量，利用閥門、轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流速。當(dāng)實(shí)際壓力比標(biāo)準(zhǔn)壓力低時(shí)，變頻器輸出頻率就會(huì)提升，此時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速也會(huì)加快，從而達(dá)到增大農(nóng)業(yè)水利管網(wǎng)的壓力;而當(dāng)實(shí)際壓力比標(biāo)準(zhǔn)壓力大時(shí)，變頻器的輸出頻率就會(huì)下降，此時(shí)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速就會(huì)下降，使得農(nóng)業(yè)水利管網(wǎng)的壓力下降。在這一過(guò)程中，主要是利用節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)變頻器頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到恒壓變流的效果。

1.2 結(jié)合管道壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)的輔助變頻器的應(yīng)用

為了對(duì)節(jié)能灌溉系統(tǒng)的灌溉流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，就需要監(jiān)測(cè)農(nóng)田水利的管道壓力變化情況，切實(shí)加強(qiáng)管道壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)化的電模擬量，對(duì)主回路中的交流電頻率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得水泵運(yùn)行功率優(yōu)化的同時(shí)降低能耗，達(dá)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(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)

在農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)其的自動(dòng)控制，在設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)運(yùn)行PID運(yùn)算，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。水泵轉(zhuǎn)速會(huì)隨著壓力和流量的變化而變化，所以需要利用變頻器來(lái)控制水泵轉(zhuǎn)速，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行差異化控制，借助變頻器參數(shù)來(lái)設(shè)定管網(wǎng)壓力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自行運(yùn)轉(zhuǎn)。而在此基礎(chǔ)上，為預(yù)防電機(jī)振蕩問(wèn)題的出現(xiàn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要合理設(shè)定變頻器PID，以確保系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

1.4 變頻器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)中加強(qiáng)變頻器的應(yīng)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(duì)管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)恒壓變速，且在系統(tǒng)啟動(dòng)中，電動(dòng)機(jī)頻率首先設(shè)置為0，再逐漸上升到標(biāo)準(zhǔn)頻率，使得電機(jī)啟動(dòng)電流與電網(wǎng)沖擊有效降低，使得電網(wǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，加上變頻器能達(dá)到恒壓供水，結(jié)合水泵壓力變化情況，對(duì)系統(tǒng)的流速和流量進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)運(yùn)行變得更加自動(dòng)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(duì)農(nóng)田水利管網(wǎng)中的水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，可以結(jié)合管網(wǎng)壓力變化情況針對(duì)性地進(jìn)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(jì)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(jì)，在灌溉系統(tǒng)方面，主要是加強(qiáng)滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以更好地構(gòu)建完善的配套體系。

2.1 田間系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）在田間管網(wǎng)布置設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)施管網(wǎng)布設(shè)。以常見(jiàn)的梳狀單向布置為例，根據(jù)地勢(shì)對(duì)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(jì)，按照高效節(jié)水灌溉的需求，使得其泵房和管網(wǎng)細(xì)節(jié)內(nèi)容得到優(yōu)化。

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

3）在管網(wǎng)布設(shè)過(guò)程中，在布設(shè)干管時(shí)，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(guò)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(jì)要點(diǎn)

在農(nóng)業(yè)水利工程高效節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)時(shí)，除了做好田間系統(tǒng)設(shè)計(jì)外，還要精心設(shè)計(jì)滴灌系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)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(rèn)真計(jì)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(shí)，通常采取管上有壓的補(bǔ)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(duì)水流量進(jìn)行補(bǔ)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(jì)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(bǔ)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(jì)算支管和干管的水力時(shí)，需分開進(jìn)行。其中，干管的水力主要是按照滴灌水頭損失公式來(lái)計(jì)算;而在計(jì)算支管流量時(shí)，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(jì)流量確定支管的滴灌運(yùn)行方案，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)流速制作管徑并對(duì)支管管段壓力進(jìn)行校核，從而對(duì)干管管徑尺寸進(jìn)行確定。

3 農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

1）切實(shí)做好泵型選擇，盡可能提升水泵運(yùn)行效率。在泵型選擇過(guò)程中，主要是結(jié)合水泵綜合性能以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，既要考慮揚(yáng)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(jì)時(shí)，需要結(jié)合設(shè)計(jì)工況，確定水泵參數(shù)，選擇水泵的型號(hào)，做好葉片安裝，科學(xué)設(shè)計(jì)口徑與轉(zhuǎn)速等，并在確保符合流程與揚(yáng)程的基礎(chǔ)上，對(duì)水泵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得水泵處于良好的設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，提升水泵運(yùn)行效率，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。

2）切實(shí)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(fù)荷中心靠近，將電纜饋線長(zhǎng)度減少，饋線電纜需要結(jié)合運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)密度來(lái)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(yùn)行的電能損耗，并切實(shí)利用太陽(yáng)能做好室內(nèi)外的照明設(shè)計(jì)，采用太陽(yáng)能進(jìn)行照明，所選燈具也滿足太陽(yáng)能運(yùn)用的需要，以達(dá)到綠色照明的目的。

3）對(duì)灌區(qū)進(jìn)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(shí)，需要結(jié)合規(guī)模和功能以及特點(diǎn)與運(yùn)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(lái)布置。在布置供水管網(wǎng)時(shí)，需要盡可能減少管道的總長(zhǎng)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(duì)性地確定灌水模式[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(jì)中，針對(duì)性地加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的選擇和應(yīng)用，以達(dá)到提升農(nóng)業(yè)水利工程的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐良學(xué).芻議節(jié)能技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(jì)中的應(yīng)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(jì)中的應(yīng)用[J].河南科技，2014（18）：21-22.

（責(zé)任編輯：趙中正）