節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計中的運(yùn)用

賈翠霞， 郝心偉

（青州水建工程建設(shè)有限公司）

1 節(jié)能技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利工程中的價值

對于節(jié)能技術(shù)來說，主要體現(xiàn)在節(jié)約水資源以及電能，同時要對太陽能合理利用，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)約種植成本的效果。以節(jié)水灌溉工程為例，高效節(jié)水灌溉技術(shù)在滿足農(nóng)作物生長的同時可以減少水資源浪費(fèi)，目前低壓管道灌溉、噴灌以及微灌是主要的類型，微灌方法又可根據(jù)灌溉設(shè)備劃分為泉涌灌、滴灌、滲灌。整體來看，該技術(shù)省水省工，不需要利用過多的土地資源，在合理控制下還可以避免大水漫灌導(dǎo)致農(nóng)作物根系缺氧或者爛根。

2 農(nóng)業(yè)水利工程的灌溉水泵設(shè)計中使用節(jié)能技術(shù)

2.1 在農(nóng)業(yè)水利工程中灌溉水泵節(jié)能變頻調(diào)速設(shè)計原理

在設(shè)計農(nóng)業(yè)水利工程過程中，為了降低灌溉的能源消耗，使用節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)，可以滿足灌溉需要，提高節(jié)能效果。在設(shè)計灌溉系統(tǒng)中需要使用節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)。在設(shè)計前，需要充分了解認(rèn)識灌溉系統(tǒng)的調(diào)速原理。灌溉水泵節(jié)能變頻調(diào)速設(shè)計目的主要通過對水流量的精準(zhǔn)控制，通過轉(zhuǎn)速，閥門等對流速進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。如果水泵中實際壓力小于標(biāo)準(zhǔn)壓力，會提高變頻器的輸出頻率，還會加快系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，增加水利管網(wǎng)壓力。如果水泵中實際壓力超過標(biāo)準(zhǔn)壓力，會降低輸出效率，減少系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，減少農(nóng)業(yè)水利管網(wǎng)壓力。在調(diào)節(jié)變頻器頻率中應(yīng)用節(jié)能變頻調(diào)速技術(shù)，可以降低灌溉能量應(yīng)用。

2.2 輔助變頻器的應(yīng)用

在節(jié)能灌溉過程中必須實時監(jiān)控水流量，而達(dá)到這一目標(biāo)需要利用有關(guān)技術(shù)，把壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，之后把數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鳟?dāng)中，通過電模擬量控制回路中的交流電頻率。在農(nóng)業(yè)水利工程的節(jié)能灌溉系統(tǒng)中可以實時監(jiān)控灌溉流量，對管道壓力變化進(jìn)行檢測，加強(qiáng)對管道壓力檢測技術(shù)，進(jìn)而更好的控制灌溉系統(tǒng)節(jié)能性。將管道中的壓力信號通過設(shè)備轉(zhuǎn)變形成電信號，使用電量模擬的方法，將電信號輸入到控制器中，進(jìn)而可以觀察到變頻器中管道壓力的情況，還可以自動調(diào)節(jié)交流電的頻率，優(yōu)化水泵的運(yùn)行線路，降低能量消耗。

2.3 變頻器設(shè)計要點(diǎn)

變頻器的應(yīng)用在節(jié)能灌溉系統(tǒng)中十分關(guān)鍵，主要是調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，可結(jié)合流量需求壓力大小加以控制。設(shè)計過程中必須把控頻率上升曲線，啟動系統(tǒng)后電動機(jī)從零逐漸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)頻率，以此減少對電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)電動機(jī)。變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓供水，并根據(jù)水泵壓力變化調(diào)節(jié)系統(tǒng)流速和流量，以此降低人力成本。在變頻器的設(shè)計中需要注意加強(qiáng)實際應(yīng)用，要求可以滿足農(nóng)業(yè)的多樣化的用水需要，對水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行更好地調(diào)節(jié)。在管網(wǎng)中要求可以使用變頻器達(dá)到恒壓變速，在啟動系統(tǒng)后，變頻器的電動機(jī)頻率為0，然后逐漸上升，調(diào)節(jié)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的頻率，在啟動過程中降低電網(wǎng)以及電流的沖擊，穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行。根據(jù)水泵壓力的變化，控制變頻器的恒壓供水，及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量以及流速，促進(jìn)系統(tǒng)的自動化運(yùn)行，減少農(nóng)業(yè)的人力成本。通過設(shè)計創(chuàng)新，增加變頻器的精度，優(yōu)化調(diào)節(jié)水利管網(wǎng)中水泵的轉(zhuǎn)速，針對管網(wǎng)壓力進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，增強(qiáng)灌溉過程中對水資源的利用率。

2.4 在農(nóng)業(yè)水利工程中灌溉水泵的自動控制技術(shù)

在農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)計過程中使用變頻器PID的調(diào)節(jié)功能，加強(qiáng)自動控制，在變頻器系統(tǒng)內(nèi)部使用PID運(yùn)算。根據(jù)壓力以及流變的變化可以導(dǎo)致水泵轉(zhuǎn)速額變化，通過變頻器可以對水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，加強(qiáng)差異化的系統(tǒng)控制。使用變頻器參數(shù)對管網(wǎng)壓力進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而達(dá)到自動化運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的目的。

2.5 科學(xué)設(shè)計水泵自動控制技術(shù)

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展下，農(nóng)業(yè)水利灌溉系統(tǒng)具有自動化特點(diǎn)，可以根據(jù)種植需要調(diào)整灌溉策略，所以要求設(shè)計過程中發(fā)揮PID調(diào)節(jié)功能，提升系統(tǒng)自動化控制能力。節(jié)能灌溉系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵在于根據(jù)流量和壓力情況調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速以及電機(jī)振蕩問題。通過科學(xué)手段設(shè)定變頻器PID可以達(dá)到這一目標(biāo)，讓系統(tǒng)使用壽命得到延長[1]。

3 農(nóng)業(yè)水利工程中灌溉系統(tǒng)的節(jié)能配套措施

3.1 田間系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)

①在設(shè)計田間管網(wǎng)布置過程中，需要充分考慮道路、農(nóng)林、農(nóng)業(yè)的分布情況，還需要考慮地形條件等。在布置中應(yīng)用梳狀單向布置，在配水管網(wǎng)設(shè)計過程中需要根據(jù)地勢做好毛管、支管、分干管以及干管，還需要根據(jù)灌溉中對節(jié)水效率的要求，優(yōu)化管網(wǎng)細(xì)節(jié)以及泵房內(nèi)容等。②在設(shè)計泵房過程中，需要充分以泵房為核心設(shè)計，使用彩鋼板房，設(shè)計好施肥箱，過濾器以及管道，閥門等設(shè)施，還需要嚴(yán)格按照整潔簡單的原則，安裝好各種設(shè)備，充分考慮日常維修操作，保證泵房的正常運(yùn)行。③在布置管網(wǎng)過程中，先布置干管，主要埋設(shè)在地下，使用UPVC的材質(zhì)管道，使用80cm的管道深度，并使用三通安裝，在干管中進(jìn)行供水，還需要銜接好過濾器，泵房的關(guān)系，保證可以滿足不同的農(nóng)業(yè)的灌溉需求[2]。

3.2 滴灌系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計農(nóng)業(yè)水利工程的灌溉時，在加強(qiáng)田間系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上，必須對滴灌系統(tǒng)進(jìn)行精心的設(shè)計。注意在設(shè)計期間，首先應(yīng)當(dāng)將優(yōu)質(zhì)的滴灌水頭和滴頭選擇好，然后按照偏差展開科學(xué)分配，干管和支管的相關(guān)水利參數(shù)則需要認(rèn)真計算。分配偏差以及選用滴頭時，一定要使用補(bǔ)償式的滴頭，采用這樣的設(shè)計方式能夠?qū)r(nóng)業(yè)灌溉，所需要承受的壓力進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，同時能夠?qū)λ髁窟M(jìn)行補(bǔ)充。其中，水頭的偏差應(yīng)當(dāng)保持在10cm的范圍內(nèi)，在滴灌系統(tǒng)中設(shè)計毛管以及支管需要嚴(yán)格控制設(shè)計質(zhì)量，在分配過程中應(yīng)用水頭偏差，壓力補(bǔ)償式的滴頭，其中毛管的水頭偏差為10cm。在灌溉系統(tǒng)中支管以及毛管也屬于重要的組成部分。在設(shè)計并計算干管以及支管的水力時，需要分開操作。干管的水力計算通過滴灌水頭損失的方式進(jìn)行。支管水力計算時，由于干管流量等于所有的支管的水力，因此，需要考慮干管水力的情況。支管是在分干管中的一條灌溉路線，在計算中需要根據(jù)干管設(shè)計流量的情況確定滴灌運(yùn)行情況，根據(jù)支管中壓力，管徑的流量，管徑尺寸等確定[3]。

4 農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能設(shè)計要點(diǎn)

4.1 科學(xué)進(jìn)行水泵型號選擇

合理選擇水泵的型號是保證水泵運(yùn)行效率的關(guān)鍵，同時要求必須將水泵的經(jīng)濟(jì)性和綜合性特征同時兼顧，不但要確保揚(yáng)程和流量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，還要對水泵的使用年限及轉(zhuǎn)換率進(jìn)行全面考慮。農(nóng)業(yè)水利工程對泵站進(jìn)行設(shè)計期間，要求相關(guān)設(shè)計人員必須對實際的工程狀況進(jìn)行全方位的考慮，然后再將水泵的型號和參數(shù)確定，安裝水泵葉片時，一定要根據(jù)水泵的轉(zhuǎn)速和口徑進(jìn)行安裝，注意將水泵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保證水泵能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，真正將節(jié)能目標(biāo)實現(xiàn)。

4.2 重視線路的優(yōu)化布置

從減少電能損耗角度講，在設(shè)計過程中通常盡量讓低壓配電室接近負(fù)荷中心，以此減少電纜饋線長度，并且饋線電纜根據(jù)實際需求確定設(shè)置密度，這樣能夠有效減少電能損耗。此外，變壓器要選擇損耗較低的型號，然后以太陽能作為室外照明能源。在農(nóng)業(yè)中所選用的燈具也要盡量依靠太陽能，進(jìn)而實現(xiàn)綠色照明，減少電費(fèi)支出。

4.3 合理劃分灌區(qū)

設(shè)計人員需要對布設(shè)的管路優(yōu)化，特別是選址泵站的過程中要結(jié)合泵站的功能特征與規(guī)模，然后科學(xué)進(jìn)行水系和整體的規(guī)劃。從多個角度出發(fā)，在供水管網(wǎng)的布置過程中還要降低管道總長度，以此滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。

5 農(nóng)業(yè)水利工程中在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)中的注意事項

5.1 采用信息技術(shù)手段進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)整

采用信息技術(shù)手段進(jìn)行科學(xué)合理的方式對農(nóng)業(yè)水利工程因時制宜地進(jìn)行管理，遇到問題能夠及時、正確地處理，能在很大程度上提高農(nóng)業(yè)水利工程的調(diào)水能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)水利工程節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。

5.2 選擇好泵型，提高水泵的效率

在選擇泵型中，需要充分考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，水泵的綜合性能，還需要考慮流量，水泵的使用壽命，轉(zhuǎn)換率等。水泵需要滿足水利工程的各種需要，同時一定要展開全面細(xì)致的分析，對各種水泵所要應(yīng)用的場地環(huán)境進(jìn)行全方位的考慮，進(jìn)一步了解各種型號水泵的功能，優(yōu)先選用合適的型號，對能源消耗進(jìn)行有效控制。確保節(jié)能灌溉的同時，還一定要將水泵的使用壽命盡可能延長。選用水泵期間還應(yīng)當(dāng)對水泵站的設(shè)計進(jìn)行全面考慮，根據(jù)實際工況選擇設(shè)計的型號，提高安裝的質(zhì)量，在實際應(yīng)用情況中還需要優(yōu)化水泵的參數(shù)。

5.3 優(yōu)化水利工程的線路布設(shè)，降低電能的損耗

在水利工程線路布設(shè)過程中，一定要將負(fù)荷中心與低壓配電室之間的距離盡可能減少，這樣也能夠?qū)㈦娎|的饋線長度減少，將饋線電纜運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)密度確定好，進(jìn)一步減少電能損耗。應(yīng)用耗能較少，效率較高的變壓器，進(jìn)而減少電能消耗。在室外照明中可以應(yīng)用太陽能，進(jìn)而形成綠色照明，節(jié)約能源。

5.4 合理劃分灌區(qū)，盡可能優(yōu)化管路布設(shè)

對泵站的地址進(jìn)行選擇時，一定要對水泵的規(guī)模及功能進(jìn)行充分考慮，對水泵的特點(diǎn)和使用要求綜合考慮，同時根據(jù)水系規(guī)劃和灌溉的整體方案，全面考慮各種因素。在供水管網(wǎng)的布置，減少管道的總長度，在滿足農(nóng)業(yè)灌溉需要的同時，減少水資源以及其他能源的應(yīng)用，根據(jù)農(nóng)業(yè)種植的情況進(jìn)行針對性灌溉模式。

6 結(jié)語

綜上所述，如今我國高度重視農(nóng)業(yè)水利工程建設(shè)在滿足農(nóng)作物生長需求的同時，要以節(jié)約水能、電能為出發(fā)點(diǎn)，所以必須確保農(nóng)業(yè)水利設(shè)施的科學(xué)設(shè)計，把握田間系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)、滴灌系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)，然后合理選擇水泵型號做好線路的優(yōu)化布置，科學(xué)劃分灌區(qū)，最終真正達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。