高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計研究

顧永毅

（武威市水利水電勘測設(shè)計院有限公司，甘肅 武威 733000）

水資源的匱乏與緊缺是當前我國所面臨的一大難題，對于農(nóng)業(yè)地區(qū)而言，這種情況會使得整個區(qū)域內(nèi)可灌溉用水量大幅度下降，農(nóng)作物產(chǎn)量無法達到預(yù)期標準，人員自身的生命健康安全也很難得到有效保障。因此，為了滿足我國農(nóng)業(yè)地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展需要，相關(guān)部門在開展日常工作中，需要依照實際情況進行技術(shù)手段的創(chuàng)新處理，并以信息化、智能化技術(shù)為主，使得灌溉系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新化工作，這樣不但能夠滿足我國農(nóng)業(yè)人員用水需求，對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展工作也會起到積極有效的促進作用。此外，在進行系統(tǒng)工程的建立過程中，相關(guān)部門還要遵循因地制宜的基本原則，依照合理的手段進行內(nèi)容上的創(chuàng)新與優(yōu)化，為后續(xù)工作奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 項目概況

以古浪縣的灌溉工程施工為例，作為該地區(qū)農(nóng)業(yè)建設(shè)的核心目標之一，節(jié)水灌溉工程的存在與產(chǎn)業(yè)融合有著極為密切的聯(lián)系，同時也是該地區(qū)實現(xiàn)經(jīng)濟長久發(fā)展的重要保障。古浪縣的高標準農(nóng)田灌溉工程共涉及10 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，輻射面積較為廣泛，總建設(shè)面積為1.8萬公頃。

在該工程中，涉及以下幾種施工項目：機井裝置、提水工程、蓄水池、各類管道。

2 RO 反滲透建設(shè)方案

2.1 原水系統(tǒng)

作為節(jié)水灌溉工程中不可或缺的重要組成部分，施工單位在進行工程施工時，會對原水系統(tǒng)開展相應(yīng)的設(shè)計與應(yīng)用，整個過程會涉及原水箱的存在，通過原水泵以及相應(yīng)的管道結(jié)構(gòu)來達到預(yù)期的目的。當原水從原水箱結(jié)構(gòu)中流入時，受到箱體結(jié)構(gòu)的影響，所產(chǎn)生的緩沖空間會方便原水協(xié)調(diào)工作順利開展，使得有關(guān)水資源的供給量以及輸入量能夠達到標準狀態(tài)，當原水本身所產(chǎn)生的供應(yīng)量達到極限，水箱空間被占滿時，整個水箱系統(tǒng)便不再進行原水的供應(yīng)。因此，倘若原水的供應(yīng)量相對較小時，整個水箱便會呈現(xiàn)無水狀態(tài)，相應(yīng)的原水閥也會在這一背景下停止開展任何工作，這樣不但能夠避免原水泵受到不利影響，還能夠有效提高水資源的利用率。

2.2 石英砂處理系統(tǒng)

在很多水質(zhì)中都存在著懸浮顆粒，盡管數(shù)量上相對較少，但是仍然無法掩蓋其所帶來的不利影響，但工作人員在開展除鹽處理的過程中，很容易會受到這方面的阻礙，使得反滲透膜遭到污染，水資源的灌溉質(zhì)量也會因此受到影響。

為了降低水體中懸浮物所帶來的不利影響，相關(guān)人員則需要選用石英砂處理技術(shù)來完成相應(yīng)的過濾工作，利用粒狀濾層來完成懸浮物的篩選與截留，確保通過的水質(zhì)能夠達到預(yù)期標準。與其他技術(shù)相比，粒狀濾層本身在過濾原理上相對簡單，同時還方便進行清洗，從而來確保整個過濾性能能夠達到相關(guān)要求。從作用上來看，石英砂材料被應(yīng)用到過濾過程中，會對所有達到體積與尺寸要求的懸浮物或者是膠體開展高效清理，并根據(jù)實際情況對原水產(chǎn)生提高清澈度的效果，原水中所存在的顆粒物以及藻類物體都會被網(wǎng)格攔截，因而所起到的效果是極其明顯的。與其他技術(shù)相比，石英砂過濾系統(tǒng)本身便具備一定的先進性，能夠?qū)Σ蝗苡谒碾s質(zhì)物體進行全面篩除，使得水體所具備的SDI 值不高于4，是反滲透系統(tǒng)的重要保障，同時也是節(jié)水灌溉工程中不可或缺的重要組成部分。

通常情況下，工作人員在進行石英砂處理系統(tǒng)的選擇過程中，會以壓力式過濾器為主，這種設(shè)備本身都是以不銹鋼為主要材料，在耐壓性方面有著良好的保障，當其處于運行狀態(tài)時，只需要利用氣控閥進行控制即可，以此來完成后續(xù)的各方面工作。而在流速設(shè)計方面，該過濾系統(tǒng)的過濾數(shù)值應(yīng)當控制在10~12 m/h 之間，以此來確保篩除效果能夠達到預(yù)期標準，在質(zhì)量方面也能夠得到有效保障。與其他技術(shù)手段相比，石英砂過濾系統(tǒng)本身在成本方面的需求相對較低，操作維護效果也能夠滿足預(yù)期標準，同時還方便開展各種類型的管理工作，對于原水處理以及灌溉需求而言有著較為重要的作用。

2.3 預(yù)處理反洗系統(tǒng)

預(yù)處理反洗系統(tǒng)是整個工程中不可或缺的重要組成部分，同時也是落實灌溉工作的重要保障，工作人員在開展灌溉工程設(shè)計與應(yīng)用的過程中，還需要考慮到設(shè)備的循環(huán)利用特性，進而需要通過分析泵來對這個濾層進行相應(yīng)的清理，以此來確保其過濾效果不會受到較為嚴重的影響。通常情況下，企業(yè)在進行日常工作時，需要依照系統(tǒng)的規(guī)模進行設(shè)備的調(diào)整，倘若規(guī)模較小，則不會進行反洗泵的單獨配置與應(yīng)用，而在風(fēng)機的風(fēng)壓管控中，則是要將其數(shù)值控制在4 000 mmAq 左右，這樣不但能夠有效降低外界因素的干擾，同時還能夠提高預(yù)處理反洗系統(tǒng)的整體質(zhì)量，對灌溉工作也會產(chǎn)生積極的促進作用。

2.4 活性炭處理系統(tǒng)

對于我國農(nóng)業(yè)工作者來講，在日常用水灌溉的過程中，往往會受到重金屬離子或者是有機物的影響，使得整個灌溉效率無法得到預(yù)期標準，農(nóng)作物的產(chǎn)量遠非受到一定程度的阻礙，同時也會威脅到人員的生命健康安全。石英砂處理系統(tǒng)的存在無法對離子進行有效的清理，進而會使得整個工程效果大打折扣，為了避免類似的情況出現(xiàn)，需要相關(guān)人員選用活性炭處理系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)本身所具備的吸附特性實現(xiàn)物質(zhì)的有效沉積與應(yīng)用，滿足離子去除標準，并為后續(xù)工作奠定良好的基礎(chǔ)，通常情況下，在進行活性炭過濾器的設(shè)計與管理中，需要將其流速控制在10~12 m/h之間，同樣是以壓力式過濾器為主，并在底層結(jié)構(gòu)中完成有關(guān)粗石英砂濾料的鋪設(shè)與填充，在上層結(jié)構(gòu)中進行活性炭的應(yīng)用，以此來提高水資源的處理效果，提高灌溉工程的整體質(zhì)量，這對整個灌溉工程設(shè)計應(yīng)用也會產(chǎn)生極為重要的影響。不僅如此，從某種角度來看，活性炭處理系統(tǒng)本身還能夠滿足不同狀態(tài)下的特殊需要，這是其他傳統(tǒng)工藝所不能具備的重要功能與作用，詳細情況如下：

（1）活性炭處理系統(tǒng)能夠?qū)υ兴嬖诘奈廴旧冗M行凈化，滿足污染物處理標準。

（2）活性炭處理系統(tǒng)能夠完成脫氯的工作，降低嗅味所帶來的不利影響。

（3）該系統(tǒng)能夠?qū)τ袡C物進行清理，將其內(nèi)部所存在的微量污染物加以清除，比如說農(nóng)藥殘留、殺蟲劑殘留等。

（4）在原水凈化中會涉及消毒劑以及氧化劑，同樣會在水中留下殘留，這時便要利用活性炭處理系統(tǒng)的工作特性進行清理。

（5）通過對活性炭處理系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠滿足有關(guān)亞硝酸鹽的處理需要。

3 智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

（1）智能灌溉系統(tǒng)原理。對于節(jié)水灌溉工程而言，想要滿足當前我國社會的經(jīng)濟建設(shè)需要，除了要在水資源質(zhì)量方面進行管控，同時還要在智能化技術(shù)上進行有效應(yīng)用，以此來確保國民的生活質(zhì)量能夠因此得到有效提升。施工單位在進行智能灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，需要先將傳感器進行合理的安裝與設(shè)置，使其能夠?qū)€沒有完成灌溉工作的區(qū)域土壤進行信息的采集與處理，并根據(jù)自身所具備的轉(zhuǎn)換裝置進行信號的傳輸與應(yīng)用，從單片機中完成數(shù)字信號的接收與對比后，再對整個區(qū)域的參考數(shù)值進行參量的控制，并以此為基礎(chǔ)開展變頻器的應(yīng)用，以此來確保整個灌溉系統(tǒng)的濕度值能夠達到預(yù)期標準，而后再利用電動機完成相應(yīng)的控制工作，確保水泵的抽水效率與灌溉質(zhì)量能夠達到預(yù)期標準。

當人員想要對農(nóng)田區(qū)域進行灌溉的過程中，還需要先激活電磁閥，使其滿足開啟狀態(tài)需要，而后再等到管道內(nèi)水資源供給達到相關(guān)界限，便可以智能化利用噴頭結(jié)構(gòu)開展旋轉(zhuǎn)灌溉工作，以此來滿足我國自動化灌溉的各方面需求。倘若達到灌溉時限或者是土壤的濕度能夠達到預(yù)期標準，系統(tǒng)便會自動進行停止指令的輸入，使得整個灌溉系統(tǒng)不再進行工作，電磁閥也會第一時間完成自動關(guān)閉，以此來避免出現(xiàn)水資源浪費的情況。同時，為了防止發(fā)生噴頭壓力不足的情況，施工單位則要利用電磁閥對壓力表數(shù)值進行管控，而后加強噴頭結(jié)構(gòu)的水源調(diào)整，使其滿足預(yù)設(shè)的射程標準，從而為后續(xù)工作奠定良好的基礎(chǔ)。

（2）實施灌溉的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。智能灌溉系統(tǒng)對于我國社會經(jīng)濟建設(shè)而言有著極為重要的作用，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來講，其本身涉及不同類型的可編程控制裝置，工作重心便是完成對信號的接收以及指令的發(fā)送，利用傳感器來完成對土壤參數(shù)的信號獲取，在大數(shù)據(jù)技術(shù)下實現(xiàn)相關(guān)信息的比對與分析，并結(jié)合實際情況進行噴灌模式的調(diào)節(jié)，合理控制電動機的轉(zhuǎn)速，并對水流量進行相應(yīng)的管控，進而滿足我國有關(guān)節(jié)水的需求。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）主控模塊設(shè)計。作為高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計中極為重要的存在，智能灌溉系統(tǒng)本身能夠有效滿足我國在能源管控方面的需要，其所涉及的主控模塊在進行設(shè)計過程中，則要將單片機看作是核心內(nèi)容，通過對參數(shù)的對比與分析，來實現(xiàn)整體性的控制，并對區(qū)域土壤預(yù)計效果開展后續(xù)的灌溉工作，以此來確保灌溉效率能夠達到預(yù)期標準，并對國民的生活質(zhì)量帶來積極有效的影響。就目前來看，我國在高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計中所選用的單片機，除了能夠?qū)崿F(xiàn)對參數(shù)的高速運轉(zhuǎn)與計算外，還會涉及較為明顯的強制報警功能，且在顯示效果上也能夠?qū)崿F(xiàn)有效保障，是我國實現(xiàn)可持續(xù)化建設(shè)發(fā)展不可或缺的重要內(nèi)容。

（2）系統(tǒng)總體電路設(shè)計。通常情況下，有關(guān)灌溉工程的智能化應(yīng)用，會涉及電路系統(tǒng)，其中包括數(shù)據(jù)收集裝置、顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)以及電磁閥裝置，通過對電磁閥的應(yīng)用來完成其他數(shù)據(jù)內(nèi)容的激活與管控，進而為后續(xù)工作奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。在這一過程中，需要相關(guān)部門及時進行模塊顯示的調(diào)整與應(yīng)用，通過對點陣液晶模塊的設(shè)置來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換與處理，幫助用戶明確問題發(fā)生的根源，并依照實際情況開展相應(yīng)的處理工作。在確認無誤后，所有的參數(shù)標準都滿足預(yù)期要求，單片機便會顯示正常工作狀態(tài)，這時人員進行電磁閥的接通，開關(guān)吸合工作順利開展，灌溉工作也就能夠正常進行。

3.3 管材選擇

管材的選擇對整個高效節(jié)水灌溉工程中不可或缺的重要組成部分，由于管材性能本身具有較強的差異性，所選擇的管材不同，所對應(yīng)的市場價格也會存在差異性，因而相關(guān)部門在進行管材選擇的過程中，需要依照成本需求進行內(nèi)容的調(diào)整，既要滿足灌溉需求，同時還要在經(jīng)濟效益方面上能夠得到有效保障。但是，倘若相關(guān)部門一味進行成本節(jié)約與管控，會導(dǎo)致整個管材的性能質(zhì)量出現(xiàn)較為明顯的問題，使得工程的可操作性與安全性大幅度下降，使用壽命也會因此受到較為不利的影響。通常情況下，相關(guān)部門在進行管道線路的管控過程中，還要明確不同管道線路本身的優(yōu)缺點以及應(yīng)用對象，比如說人們常見的焊接鋼管，其本身在強度上具有較為明顯的優(yōu)勢，并且在承載能力方面也能夠?qū)崿F(xiàn)有效的保障，但是在缺點方面，整個管道的材料是以金屬為主，因而很容易發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，鋼鐵的資源利用量也相對較大，在運輸?shù)倪^程中也會發(fā)生不同程度的問題。相比之下，塑料材料在進行運輸過程中所涉及到的要求相對較低，并且在安裝的過程中并不會發(fā)生生銹情況，且本身會具備相應(yīng)的彈性。不過，由于整個塑料管材本身的特殊性，在進行應(yīng)用的過程中很容易會發(fā)生破裂的情況，高溫環(huán)境以及外界因素的干擾都會使的塑料產(chǎn)生毒素，從而使得水質(zhì)受到污染。正因如此，為了確保高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計工作能夠順利開展，相關(guān)部門需要選用PVC 管材開展相應(yīng)的施工作業(yè)，并加強對化學(xué)穩(wěn)定性的管控力度，通過合理的手段進行造價管理，以此來確保整個工程灌溉質(zhì)量能夠得到有效保障。

4 結(jié)論

綜上所述，智能灌溉系統(tǒng)適用于各種各樣的形狀區(qū)域來進行自動灌溉，而且該系統(tǒng)的容量較大，成本較低，其生產(chǎn)率自然較高。該系統(tǒng)性價比較高，靈活性比較強，應(yīng)用廣泛，便于使用，多種優(yōu)點集于一身。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國在灌溉的管理上也在不斷進步。在專業(yè)人士的指導(dǎo)下，熟練使用相關(guān)硬件軟件設(shè)備，真正實現(xiàn)智能化灌溉，促進我國節(jié)水灌溉進一步發(fā)展，從而使得有限的資源得到最優(yōu)化的利用。