高標準農(nóng)田之高效灌溉工程設(shè)計

高衛(wèi)國

（德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東德州 253500）

0 引言

根據(jù)山東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳下達《關(guān)于報送2020年中央預算內(nèi)投資農(nóng)業(yè)項目投資計劃的通知》的精神要求，德州市陵城區(qū)選定了于集鄉(xiāng)、邊臨鎮(zhèn)作為高標準農(nóng)田的項目區(qū)。項目區(qū)農(nóng)業(yè)生基礎(chǔ)設(shè)施大都建設(shè)于十幾年以前，存在設(shè)計標準偏低的問題。加之已運行十多年，部分設(shè)施出現(xiàn)老化現(xiàn)象。農(nóng)業(yè)措施不配套，造成土地利用程度低，肥力低下；部分田間生產(chǎn)道路窄而不平，不適合農(nóng)業(yè)機械耕作和機械運輸，不能滿足正常的生產(chǎn)經(jīng)營活動；灌溉以密長畦大田漫灌為主，灌溉水利用系數(shù)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(chǎn)能力低下，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力不穩(wěn)。

1 水源工程設(shè)計

根據(jù)工程的規(guī)模和數(shù)量，選擇具有代表性的孫國莊村1號泵站工程進行典型設(shè)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(shè)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(jié)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(shè)計流量172.5 m3/h。根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB/T50265-97）的有關(guān)規(guī)定，工程規(guī)模確定為?。?）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(shè)在河道內(nèi)，采用喇叭口型設(shè)計，采用C25混凝土護底，兩岸為M10漿塊石擋土墻，進水池口設(shè)密目鋼網(wǎng)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(nèi)。提水泵房采用預制泵房，首部設(shè)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(nóng)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(wǎng)工程設(shè)計

2.1 基本情況

以孫國莊1#泵站的管網(wǎng)為例進行潛污泵站管道輸水灌溉管網(wǎng)的典型設(shè)計。典型區(qū)總耕地面積30.8 hm2，典型區(qū)耕作層土壤為輕壤土，容重為1.4 g/cm3，田間持水率22%，農(nóng)作物主要為小麥、玉米。根據(jù)多年灌溉經(jīng)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(shè)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(wǎng)布局原則。管理設(shè)施，水源、路管道統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局，全面配套，統(tǒng)一管理，盡快發(fā)揮工程效益。依據(jù)地形、地塊、道路等情況布置管道系統(tǒng)，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(jié)省管材，沿路邊及地塊等高線布置。為方便澆地、節(jié)水、長畦要改短。按照村隊地片、分區(qū)管理，并能獨立使用的原則。

2.2.2 管網(wǎng)布置。根據(jù)項目區(qū)作物種植情況和經(jīng)濟發(fā)展水平，易采用半固定式管道系統(tǒng)。鋪設(shè)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(shè)置分水控制設(shè)施。干管盡量布置在生產(chǎn)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(shè)，間距滿足《低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》要求。管道鋪設(shè)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(chǎn)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(shè)涵管，上鋪設(shè)管道。

2.2.3 布置形式。根據(jù)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(wǎng)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(tǒng)流量及工作制度。根據(jù)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(nóng)田，又減少投資，灌溉系統(tǒng)采取干、支管續(xù)灌，斗管輪灌方式，毛灌水定額為50.29 m3/667m2，一次灌水延續(xù)時間為12.6 h。

3 信息化工程設(shè)計

為了實現(xiàn)2020年陵城區(qū)高標準農(nóng)田建設(shè)項目區(qū)內(nèi)灌溉水量的精確計量和水費計收，因此在項目區(qū)內(nèi)建設(shè)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(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)水股建設(shè)信息化中心，每臺水泵的灌溉信息數(shù)據(jù)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(tǒng)的組成

水情信息化系統(tǒng)由計算機（服務(wù)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(wǎng)絡(luò)等組成。

項目區(qū)內(nèi)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(nóng)戶發(fā)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(shù)據(jù)，包括各泵站的總用電量、總?cè)∷俊⒛耆∷?、瞬時流量、當前水位以及箱門開關(guān)狀態(tài)、供電狀態(tài)、用戶余額狀態(tài)、遙控狀態(tài)、電表工作狀態(tài)等，同時把相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線GPRS方式上報到控制中心，還可為本區(qū)域農(nóng)戶的IC卡充值，農(nóng)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(guān)閉水泵，取走卡內(nèi)余額，在本次澆地過程中用了多少電（水）費，就自動從農(nóng)戶卡內(nèi)扣除多少，卡內(nèi)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(nóng)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(tǒng)（硬件）、流量計量系統(tǒng)、電量計量系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（硬件）、數(shù)據(jù)無線遠傳系統(tǒng)等。

3.2.1 智能灌溉信息化云平臺軟件。具有對各個灌區(qū)數(shù)據(jù)實時采集，支持海量數(shù)據(jù)的存儲和處理功能，對終端數(shù)量沒有限制；支持多級權(quán)限管理功能，可對用戶設(shè)定不同的使用權(quán)限，滿足數(shù)據(jù)保密性要求；數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)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(shè)備系統(tǒng)自動識別，自動實現(xiàn)系統(tǒng)的擴容，軟件采用云平臺架構(gòu)，無需安裝軟件，網(wǎng)頁訪問，支持多用戶瀏覽。軟件具有GIS地圖功能，實現(xiàn)泵站顯示與坐標定位，用戶數(shù)據(jù)、泵站數(shù)據(jù)、行政數(shù)據(jù)及遠程控制管理，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護等。

泵站顯示：根據(jù)不同級別系統(tǒng)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(jù)功能，在彈出的窗口里可以點擊“實時數(shù)據(jù)”鏈接，查看泵的實時數(shù)據(jù)。

泵站坐標定位：此功能時根據(jù)所轄范圍內(nèi)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(shù)據(jù)管理：主要包括了用戶數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

行政數(shù)據(jù)管理：針對不同級別權(quán)限的用戶，查看不同級別（市用戶查看各縣區(qū)、縣用戶查看各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、鎮(zhèn)用戶查看鎮(zhèn)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(tài)控制、自報時間間隔配置、計費參數(shù)信息配置）。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(quán)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(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)，為灌溉用戶（村民）和行政用戶（村/鎮(zhèn)/縣/市/省各級管理員）提供灌溉記錄和能耗統(tǒng)計等數(shù)據(jù)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(xiāng)鎮(zhèn)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(nèi)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(jié)語

高效灌溉工程的設(shè)計，可使項目區(qū)農(nóng)田灌溉條件將有很大改善，農(nóng)田質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平也將隨之提高，種植結(jié)構(gòu)更加優(yōu)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(chǎn)。另外，可使項目具有顯著的節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省工的效果。