浅谈大型设施农业园区供水系统及其应用

摘要：在农业现代化快速发展中，大型设施农业园区供水系统及其使用中的认识存在着诸多模糊之处，作者对农业园区供水控制系统的选择、管材的选择、设备的选择、供水管网的敷设与水压与水流量的关系等几方面进行了介绍。

关键词：设施农业园区；恒压供水；PVC-U管材；控制柜；水压；流量

李东方. 浅谈大型设施农业园区供水系统及其应用[J]. 农业工程技术，2017，37（32）：35+37.

在全国农业正在大踏步地迈向现代化的今天，集专业化、市场化、集约化于一身的大、中、小型温室；大、中、小型冷棚、拱棚的设施农业园区建设蜂拥而上。不但加速了农业现代化的进程，也为土地分散的山区、丘陵地区的农业发展创造了成功的模式。

一、农业园区供水控制系统的选择

农业园区供水控制系统大多选用恒压供水控制系统，这是因为它在农业园区的供水使用中具有其它控制方法不可替代的优越性：

恒压供水因采用变频器技术改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比其它控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。

由于潜水泵是在变频状态工作的，运行过程中其转速是由外供水量决定的，所以系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的，由此产生的社会效益也非常巨大。

水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间或者因管道压力减小而加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成水泵系统的间歇性振动。

因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

潜水泵工作在变频工况在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长了泵和电动机的机械使用寿命。

二、管材的选择

在供水管材的选择上，大多数都选用PVC-U管材，这是因PVC-U管材所具备的如下特性所决定的：

PVC-U管材质量轻，搬运方便，施工强度低，进度快，可降低施工成本。PVC-U管壁光滑，对水流阻力非常小，其粗糙系数仅为0.009，输水能力比铁管提高20%，比砼管提高了40%。埋于地下防啮咬，抗土壤腐蚀能力强，老化速度慢，使用寿命长；耐腐蚀性强，耐药性优良，一般的药液和中弱酸碱液都不易溶解它。维护费用低，维修简单，其维修过程不需要昂贵的费用和复杂的工具，维护费用仅是铁管和砼管的30%左右。具有良好的水密性，管路与配件间用特种胶粘接组合成一体，接点牢固，密闭性强。材料性质稳定不易发生化学反应，对水质无污染，不结垢，更不易出现二次污染。

三、设备的选择

大型设施园区供水系统的设备主要指潜水泵及恒压供水变频控制柜，至于电力配置这里就不加讨论了。

在选择潜水泵时，一定要注意潜水泵的标定流量不要大于水源的供应量，否则，流量过大的潜水泵没有充足的水源供应，就会处于断续供水的状态，不但浪费电能，也会增加设备的故障率。

恒压供水变频控制柜对潜水泵工作状态的控制，是由远传压力表对管道内即时水压进行测量，然后将测量值反馈到控制柜，由控制柜根据事先设定的水压值而调整潜水泵的工作频率，从而决定潜水泵的即时工作状态。

恒压供水变频控制柜所测量的管道压强是测量点附近管道内的压强，并不代表供水管网内各个点的压强，于是，在刚开机工作和刚刚关闭所有用水点的一小段时间内，管网内局部的水压并不等于远传压力表所测得的水压，有时偏差很大。

由于一拖二（拖三）的方法使用变频控制柜时，两台（三台）水泵工作状态是同步的，所拖的潜水泵工作状态是由主机端传感的水压所决定的，这就会造成管网内局部水压在特殊时段内超出设定值的可能性更大，从而增加了供水管网因水压过大而爆管的可能性。

虽然多井、多泵同时为同网工作时也存在上述情况，但因其不采用拖二（拖三）的模式，各井有各自独立的控制柜，独立的远传压力表通过不同点测得的水压调整潜水泵的工作状态，这就大大减少了潜水泵同状态工作的可能性，因而管网因水压过大而爆管的可能性也就会大大降低。

四、供水管网的设计

因为农业园区用水具有复杂性和特殊性，在铺设供水管道网络时应该注意如下问题：

在多井、多泵同时向一套地下管网供水的情况下，选择PVC-U管材的承压值一定要在使用压力的3-5倍以上，一井供一管网则不必要求超出过大。

在用水同时率较高的情况下，一级主管道截面积的设定一定要考虑二级主管道截面积的总和，二级主管道截面积的设定一定要考虑三级主管道截面积的总和，依此类推。否则就不容易取得需要得到的水压和流量。

设计使用微喷灌管带时，开启各条微喷带阀门的估算喷水量一定不大于所接主管道的流量，否则，会因流量不足导致水压不足。

设计使用较长的微喷灌管带时，最好设计两端供水。否则，管带末端的水压会不足。

五、明确水压与水流量的关系

水压不等于水量，水压大只是在一定时间内水量大的一个因素。水压是在有水的时候才能形成的，没有持续、充足的水流量供应就不可能有所需要的持续水压。

我们这里所说的水压通常是指水流流经管道时的动水压强，即在恒压供水的条件下，流经或者静止在管道内的水流的任意一点，沿任意三个彼此垂直的方向作用的水流压强大小的平均值。这是一个与方向无关的设定数。

由于大型农业园区用水的同时率比较高，我们这里所讨论的水流量不是流体力学里面精确计算出的流量，而只需要简单地认为Q=SV就可以了（式中Q为流量；S为管道横截面积；V为管道内水流的速率），我们可以粗略地认为V为不变量，所以，决定流量的只有S了。当使用端同时打开了N个Sn面积的阀门，而N×Sn的截面积远远大于连接各阀门的主管道截面积时，那么连接阀门出口支管的水压就要远远小于主管道的了，更不会得到所需要的喷淋水压。

出现上述情况时，有人往往将恒压供水变频控制柜的水压值调高。但是，这时的水泵是在全速工作的，这样做，不会产生积极的效果。

農业园区大量用水时，由于农时关系，人们往往要求更大的水流量。但由于潜水泵流量和水源供应的限制以及机井数量满足不了人们无限急切的心情，在这种况下，还需要人们耐下心来，不要轻易改变控制系统的参数，做徒劳无功的工作。

六、结语

总之，大型设施农业园区的用水具有用水量大；终端出口密集度大；使用同时率高；时间性强；对水压要求差异大；设计与应用思路有矛盾；还有短时间的间歇性等特点，这就决定了大型设施农业园区供水系统设计与应用的复杂性，给设计工作增加了相应的难度。所以，要求我们的设计人员必须在全面深入地了解园区设施布局与各功能区的划分上做足功课，花大力气理解各功能区的用水特点，站在统筹全局的高度搞好规划设计。只有如此，才能减小供水系统在使用中的矛盾与压力，创造出轻松和谐的生产氛围。