淺談節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

曹彬

東營(yíng)弘毅工程勘察設(shè)計(jì)有限公司 山東 東營(yíng) 257091

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

在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以有效降低水利灌溉的能耗和水資源消耗。因此，在農(nóng)業(yè)水利工程的節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要注意節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮變頻調(diào)速技術(shù)本身的特點(diǎn)和農(nóng)業(yè)水利工程的灌溉需求，從而提高工程的整體節(jié)能水平。為了保證技術(shù)的科學(xué)有效應(yīng)用，我們需要對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。灌溉系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵是根據(jù)實(shí)際情況準(zhǔn)確控制水量，通過(guò)控制水泵的轉(zhuǎn)速和閥門(mén)的開(kāi)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)。在變頻調(diào)速技術(shù)的支持下，當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際壓力低于標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)，變頻器會(huì)增加泵的輸出功率，此時(shí)泵的轉(zhuǎn)速會(huì)加快，從而提高灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)的水壓，保證灌溉效果；當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際壓力高于標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)，變頻器會(huì)降低泵的輸出功率，此時(shí)泵的轉(zhuǎn)速會(huì)降低，整個(gè)管網(wǎng)的壓力也會(huì)降低下降，以確保管網(wǎng)系統(tǒng)處于正常壓力下。通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，一方面可以保證出水量的穩(wěn)定，另一方面可以降低灌溉能耗[1]。

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

在節(jié)能灌溉系統(tǒng)中，需要對(duì)灌溉流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保證灌溉控制策略的科學(xué)性和合理性。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，需要對(duì)水利管道壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用相關(guān)技術(shù)將管道壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將相關(guān)壓力信息傳送給控制器。變頻器可根據(jù)相應(yīng)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(nèi)，降低灌溉能耗。

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

現(xiàn)代農(nóng)田水利灌溉系統(tǒng)需要具有一定的自動(dòng)控制功能，以實(shí)現(xiàn)灌溉策略的適時(shí)調(diào)整。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分發(fā)揮逆變器的PID調(diào)節(jié)功能，保證PID在逆變器系統(tǒng)中的穩(wěn)定運(yùn)行，提高系統(tǒng)的自動(dòng)控制水平。節(jié)能灌溉系統(tǒng)的關(guān)鍵是泵的轉(zhuǎn)速能根據(jù)流量和壓力靈活調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉系統(tǒng)的精確控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要合理設(shè)置變頻參數(shù)，保證系統(tǒng)控制策略的科學(xué)合理性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要充分考慮電機(jī)的振動(dòng)。為了解決這一問(wèn)題，需要對(duì)逆變器的PID進(jìn)行合理設(shè)置，以保證電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

1.4 變頻器設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

在節(jié)能灌溉系統(tǒng)中，變頻器的應(yīng)用是關(guān)鍵。變頻器起到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的作用，能根據(jù)不同的壓力和流量需求合理地控制功率。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的定壓輸送。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要合理控制逆變器的頻率上升曲線。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)的頻率為零，然后逐步上升到標(biāo)準(zhǔn)頻率。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，可以有效降低對(duì)電網(wǎng)的影響，同時(shí)也起到了電機(jī)的保護(hù)作用。另外，變頻器還可以實(shí)現(xiàn)恒壓供水。另外結(jié)合泵壓的變化，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)流量和流量，使系統(tǒng)運(yùn)行更加自動(dòng)化，有效降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人工成本。

2 農(nóng)業(yè)水利工程高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)的節(jié)能配套設(shè)計(jì)

2.1 田間系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在田間管網(wǎng)布置設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮農(nóng)田、農(nóng)林、道路的分布，根據(jù)具體的環(huán)境條件布置管網(wǎng)。一般來(lái)說(shuō)，梳式單向布局是一種常見(jiàn)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(shè)計(jì)中，需要以泵房為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。泵房一般采用彩鋼板房形式，造價(jià)低，施工方便。在泵房的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意閥門(mén)、管道、過(guò)濾器和肥料箱的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要突出實(shí)用性，避免過(guò)于復(fù)雜的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中需要充分考慮泵的未來(lái)維護(hù)，以便于拆卸。

在管網(wǎng)布置中，首先要選擇管網(wǎng)的材質(zhì)。一般采用UPVC管材，強(qiáng)度高，耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。管道需埋地敷設(shè)，埋深控制在80cm左右，并配置三通，保證供水穩(wěn)定。同時(shí)，還要保證與泵房和過(guò)濾器連接的穩(wěn)定性[2]。

2.2 滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

滴灌系統(tǒng)是一種先進(jìn)的灌溉系統(tǒng)，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(shù)的應(yīng)用也是農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中，首先要根據(jù)灌溉需求選擇滴灌頭和滴頭，控制標(biāo)準(zhǔn)差。同時(shí)，要準(zhǔn)確計(jì)算干、支管的水力參數(shù)。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，帶壓補(bǔ)償式滴頭具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。該灌水器不僅能有效調(diào)節(jié)灌水壓力，而且具有水流補(bǔ)償功能。在滴灌系統(tǒng)中，支管和毛管的設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)滴灌效果產(chǎn)生很大影響。壓力補(bǔ)償?shù)牡晤^和壓頭偏差可以分布到毛細(xì)管部分，毛細(xì)管的壓頭偏差為10cm。

此外，還需要計(jì)算支管和主管的水力功率。為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，需要分別進(jìn)行計(jì)算，并采用滴灌水頭損失公式計(jì)算干管水力功率。支管的水力計(jì)算比較復(fù)雜。由于支管是從干管伸出的管道，因此需要根據(jù)干管的設(shè)計(jì)流量確定支管的滴灌運(yùn)行方案，使管徑與經(jīng)濟(jì)流量相結(jié)合，并校核支管段的壓力。

2.3 水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

農(nóng)田水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是水利工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該融入生態(tài)理念、加強(qiáng)分析、嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)等。農(nóng)田水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，堤岸結(jié)構(gòu)是比較重要的防災(zāi)減害以及生態(tài)保護(hù)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行堤岸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)結(jié)合環(huán)境勘探的結(jié)果，根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕邓畻l件、水文走向以及生態(tài)環(huán)境等進(jìn)行堤岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證堤岸設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和有效性。生態(tài)理念下進(jìn)行堤岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該注重經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的結(jié)合，在經(jīng)濟(jì)效益基礎(chǔ)上更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)。堤岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該增加綠色生態(tài)理念設(shè)計(jì)，合理應(yīng)用水源凈化、固土樹(shù)木等設(shè)計(jì)，加強(qiáng)堤岸周邊綠色植物分布設(shè)計(jì)，建立有效的堤岸防護(hù)設(shè)計(jì)，優(yōu)化堤岸抵御水量增長(zhǎng)的能力等，同時(shí)也要注意減少堤岸工程施工中對(duì)周邊環(huán)境的破壞和影響，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水利工程與生態(tài)理念的有效結(jié)合。河道改造是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)分析的內(nèi)容，農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)時(shí)普遍需要進(jìn)行或多或少的河道改造建設(shè)，在這一過(guò)程中除了需要分析當(dāng)?shù)氐乃摹⒌匦翁攸c(diǎn)外，還應(yīng)該重視對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的影響，特別是當(dāng)?shù)貏?dòng)植物的生態(tài)條件影響，做出河流改道后相關(guān)生態(tài)環(huán)境變化的預(yù)測(cè)，并注意在河流改道后對(duì)環(huán)境保護(hù)和綠化問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，降低河流改道對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的負(fù)面影響。岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)水利工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，需要保證施工滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)境的生態(tài)平衡性以及穩(wěn)定性，注意岸坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中材料的合理選擇，特別是使用混凝土等不透水材料時(shí)，應(yīng)該更加注意不透水材料可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，加強(qiáng)細(xì)節(jié)控制和優(yōu)化，貫徹生態(tài)理念。

2.4 智能化建設(shè)

智能化建設(shè)是時(shí)代發(fā)展的大趨勢(shì)，發(fā)展生態(tài)理念下農(nóng)田水利工程也應(yīng)當(dāng)重視智能化的建設(shè)。現(xiàn)在通過(guò)計(jì)算機(jī)以及數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行智能灌溉模式，自動(dòng)測(cè)量農(nóng)田干濕度以及病蟲(chóng)害情況，對(duì)農(nóng)田周邊空氣濕度、環(huán)境溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化農(nóng)田建設(shè)中，進(jìn)行農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)時(shí)為了更好地保證生態(tài)條件，也可以將智能化技術(shù)更好地應(yīng)用其中。如在生態(tài)保護(hù)過(guò)程中開(kāi)啟智能監(jiān)控模式，了解有無(wú)人為環(huán)境破壞等；在水利工程運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)水利工程的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估，了解水利工程與周邊生態(tài)環(huán)境是否和諧；在水利工程建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用智能化控制，建模、評(píng)估、評(píng)測(cè)設(shè)計(jì)方案可能對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成的各方面影響等。智能化建設(shè)不僅可以便利農(nóng)田水利工程的設(shè)計(jì)與建設(shè)，也有利于農(nóng)田水利工程的后續(xù)發(fā)展，順應(yīng)了時(shí)代的進(jìn)程[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展，國(guó)家正在加快農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)。從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的角度看，農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)不僅要考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，還要考慮環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，這就要求農(nóng)業(yè)水利工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中，注重節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)大量應(yīng)用節(jié)能技術(shù)可以有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的能源消耗和水資源消耗，同時(shí)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供重要保障，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。這對(duì)于推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展能力和潛力具有重要意義。因此，在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中，要重視節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)踐中不斷提高節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用水平。