農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：農(nóng)田水利工程是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中重要的組成部分，隨著國(guó)家日益重視“三農(nóng)”問題，農(nóng)田水利工程的重要性也在不斷凸顯。從當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)來看，節(jié)能技術(shù)在農(nóng)田水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用十分關(guān)鍵，一方面能夠有效降低農(nóng)田水利工程的能源成本，提升農(nóng)田水利工程的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面通過使用節(jié)能變頻調(diào)速水泵保證灌溉的效果，保證農(nóng)田水利工程功能性的正常發(fā)揮。這對(duì)提升我國(guó)農(nóng)田水利工程的建設(shè)水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有重要意義?；诖耍疚膶?duì)節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望提升節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程中的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù)；農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)；應(yīng)用

隨著我國(guó)加大農(nóng)業(yè)農(nóng)村的建設(shè)，農(nóng)業(yè)水利工程的建設(shè)成為基礎(chǔ)設(shè)施中的重點(diǎn)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特殊性，決定了對(duì)氣候水源有著比較高要求，而農(nóng)業(yè)水利工程是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要保障。當(dāng)前，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指導(dǎo)思想，對(duì)于農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)來說，需要在設(shè)計(jì)方案中將節(jié)能技術(shù)進(jìn)行有效的應(yīng)用，以保證農(nóng)業(yè)水利工程能夠在較低的能源消耗水平下，正常發(fā)揮其功能，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能源消耗以及其他資源消耗，提升農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效率，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，同時(shí)提升農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展能力以及發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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)水利工程工程設(shè)計(jì)中，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低水利灌溉的能源消耗以及水資源消耗。因此在農(nóng)業(yè)水利工程的節(jié)能設(shè)計(jì)中需要將節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用重視起來，在設(shè)計(jì)的過程中需要充分考慮到變頻調(diào)速技術(shù)本身的特性以及農(nóng)業(yè)水利工程灌溉的需求，來提升工程整體的節(jié)能水平。而想要保證技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性以及有效性，就需要對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理有著清晰的認(rèn)識(shí)。灌溉系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵在于，能夠根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)水流量進(jìn)行精確的控制，通過控制水泵的轉(zhuǎn)速以及閥門的開合來實(shí)現(xiàn)這一目的。在變頻調(diào)速技術(shù)的支持下，當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際的壓力要低于標(biāo)準(zhǔn)壓力，變頻器就會(huì)提升水泵的輸出功率，此時(shí)，水泵的轉(zhuǎn)速會(huì)加快，從而提升灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)的水壓，保證灌溉的效果；當(dāng)檢測(cè)到實(shí)際的壓力大于標(biāo)準(zhǔn)壓力，變頻器則會(huì)降低水泵輸出功率，此時(shí)水泵的轉(zhuǎn)速降低，水利管網(wǎng)的整體壓力也會(huì)下降，從而保證管網(wǎng)系統(tǒng)處于正常的壓力下，通過變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，一方面可以保證水利輸出的穩(wěn)定性，另一方面能夠降低水利灌溉的能源消耗[1]。

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

在節(jié)能灌溉系統(tǒng)中，需要對(duì)灌溉的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，才能保證灌溉調(diào)控策略的科學(xué)性、合理性。想要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要對(duì)水利管道的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并利用相關(guān)的技術(shù)將管道的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，將相關(guān)的壓力信息傳輸?shù)娇刂破髦?，變頻器能夠根據(jù)相關(guān)的電模擬量，對(duì)主回路中的交流電頻率進(jìn)行控制。保證水泵的功率始終處于合理的區(qū)間內(nèi)，降低灌溉的能源消耗。

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)

現(xiàn)代化的農(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)對(duì)灌溉策略的及時(shí)調(diào)整。因此在設(shè)計(jì)的過程中，需要充分發(fā)揮變頻器的PID調(diào)節(jié)功能，保證能夠在變頻器系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定的運(yùn)行PID運(yùn)算，提升系統(tǒng)的自動(dòng)控制水平。節(jié)能灌溉系統(tǒng)的關(guān)鍵在于水泵的轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)流量以及壓力情況進(jìn)行靈活的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉系統(tǒng)的精確控制。在設(shè)計(jì)的過程中需要對(duì)變頻的參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定，保證系統(tǒng)調(diào)控策略的科學(xué)性合理性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中還需要充分的考慮到電機(jī)的震蕩問題，解決這一問題需要對(duì)變頻器PID進(jìn)行合理手段設(shè)定，從而保證電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命[2]。

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)速作用，能夠根據(jù)不同壓力以及流量需求對(duì)功率進(jìn)行合理的控制。能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的恒壓變速。在設(shè)計(jì)的過程中需要對(duì)變頻器的頻率上升曲線進(jìn)行合理的控制，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的頻率為零，然后再逐步平穩(wěn)的上升到標(biāo)準(zhǔn)頻率，通過這樣的設(shè)計(jì)能夠有效的降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)起到保護(hù)的作用，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。

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

在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用需要具有整體性，設(shè)計(jì)的過程中僅僅應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，無法充分發(fā)揮系統(tǒng)的節(jié)能潛力，還需要對(duì)配套設(shè)施的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，尤其是要加強(qiáng)對(duì)田間排灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，保證田間管網(wǎng)布置的合理性，同時(shí)對(duì)泵房設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)滴灌技術(shù)的應(yīng)用，保證工程整體具有較強(qiáng)的節(jié)能性能。

2.1田間系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在進(jìn)行田間管網(wǎng)布置設(shè)計(jì)的過程中，需要充分的考慮到，農(nóng)田、農(nóng)林以及道路的分布，根據(jù)具體的環(huán)境條件來進(jìn)行管網(wǎng)的布置。一般來說，梳狀單向布置為常見的布置形式，該布置形式主要是以地勢(shì)為依據(jù)，輸水干管、輸水支管和毛管從高到低依次排布，能夠有效保證灌溉的效果。在泵房設(shè)計(jì)中，需要以水泵為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，泵房一般采取彩鋼板房的形式，成本較低，且易于搭建。在泵房設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注閥門和管道以及過濾器和施肥箱等設(shè)施的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中需要突出實(shí)用性，避免過于復(fù)雜的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮到日后對(duì)水泵的維修保養(yǎng)，要易于拆裝。在管網(wǎng)布設(shè)中，首先需要對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行選材，一般采用UPVC材質(zhì)的管道，這種管道強(qiáng)度較高，且耐腐蝕，有較長(zhǎng)的使用壽命。管道需進(jìn)行地下埋設(shè)，埋設(shè)的深度需控制在80cm左右，配置好三通，保證供水的穩(wěn)定性。同時(shí)還需要保證與泵房以及過濾器之間連接的穩(wěn)定性[2]。

2.2滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

滴灌系統(tǒng)是一種較為先進(jìn)的灌溉系統(tǒng)，在降低水資源以及能源消耗的同時(shí)，還能提升灌溉效果。因此在農(nóng)業(yè)水利工程的設(shè)計(jì)中滴灌技術(shù)的應(yīng)用也是重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中首先需要根據(jù)灌溉需求來進(jìn)行滴灌水頭以及滴頭的選擇，做好對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差的控制。同時(shí)還需要對(duì)干管支管的水利參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。從實(shí)際的應(yīng)用上來看，管上有壓的補(bǔ)償式滴頭具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，該滴頭不僅能夠?qū)喔鹊膲毫M(jìn)行有效的調(diào)整，同時(shí)還具有水流量補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｔ诘喂嘞到y(tǒng)中，支管以及毛管的設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)滴灌的效果產(chǎn)生很大的影響，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10cm。此外，還需要對(duì)支管以及干管的水力進(jìn)行計(jì)算，為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，二者需要分開來計(jì)算，以滴灌水頭損失公式來計(jì)算干管的水力。而支管的水力計(jì)算則相對(duì)復(fù)雜，由于支管是干管延伸出的管路，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，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[3]。

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

3.1注重泵型選擇

在進(jìn)行水泵選擇時(shí)，需要考慮到多方面的因素。不僅需要考慮到水泵的綜合性能以及經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還需要考慮到實(shí)際的灌溉需求，因此在進(jìn)行水泵的選擇時(shí)，需要農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)需求進(jìn)行細(xì)致的分析，綜合考慮實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，加深對(duì)不同型號(hào)水泵的了解，從而科學(xué)合理選擇水泵的型號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源消耗的有效控制，在保證灌溉效果的同時(shí)，延長(zhǎng)水泵的使用壽命。另外在水泵選擇時(shí)，還需要考慮到泵站的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)工況進(jìn)行選型，保證安裝的質(zhì)量，并根據(jù)實(shí)際的使用情況來對(duì)水泵的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[4]。

3.2合理劃分灌區(qū)

在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計(jì)中，對(duì)灌區(qū)的劃分也會(huì)影響到能源的消耗以及水資源的消耗，因此需要對(duì)灌區(qū)進(jìn)行合理的劃分，并對(duì)管路的布設(shè)進(jìn)行優(yōu)化。在對(duì)泵站進(jìn)行選址時(shí)，需要考慮到灌區(qū)的特點(diǎn)。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布置。在對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)時(shí)，需要對(duì)管網(wǎng)整體長(zhǎng)度進(jìn)行有效地控制，盡量減少管道的長(zhǎng)度，在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的同時(shí)，降低灌溉系統(tǒng)的整體能源消耗，并結(jié)合滴灌模式，降低對(duì)水資源的消耗[5]。

4總結(jié)

在當(dāng)前的發(fā)展階段下，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正在經(jīng)歷快速的發(fā)展，在這個(gè)過程中，農(nóng)業(yè)水利工程的建設(shè)十分關(guān)鍵，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供重要的保障。目前來看，國(guó)家為了促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村的發(fā)展，正在加快農(nóng)業(yè)水利工程的建設(shè)。從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的角度上來看，農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)不僅需要考慮到對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，同時(shí)還需要考慮到環(huán)境效益以及經(jīng)濟(jì)效益，這就需要農(nóng)業(yè)水利工程在設(shè)計(jì)的過程中，注重節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，通過節(jié)能技術(shù)的大量應(yīng)用能夠有效的降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的能源消耗以及水資源消耗，在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供重要保障的同時(shí)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。這對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展能力以及潛力具有重要的意義，因此在農(nóng)業(yè)水利工程的設(shè)計(jì)中需要將節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用重視起來，并在實(shí)踐中不斷提升節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用水平。

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[5]游磊.水利工程節(jié)水灌溉規(guī)劃與設(shè)計(jì)中的問題及相應(yīng)解決措施[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50(23)：275.

作者：許敏 單位：太原學(xué)院建筑工程系