节能技术在农业水利工程设计中的应用

章效平

摘 要 农业水利工程是高效节能灌溉的重要载体，在农业水利工程设计时，需要切实注重节能技术的应用，以提升农业水利工程的节能灌溉效果。水利工程在农业灌溉中发挥着重要作用，利用节能技术可以将水利工程效益发挥到最大化。基于此，基于节能灌溉的视角，梳理了节能变频调速水泵在灌溉调节中的设计要点，并在此基础上，优化线路布局和合理设计灌区，实现利用率最大化，达到节能的目的。此外，针对农业水利工程节能设计实践提出相关注意事项，以达到良好的节能功效。

关键词 节能技术;节能灌溉;农业水利工程;节能设计

农业水利工程节能成效的高低，主要取决于是否进行了高效的节能设计，因此，设计人员需要切实注重工程实践的分析，并采取针对性的节能设计方案，从而更好地促进水利工程在农业灌溉中作用的发挥，需要在设计中切实注重节能技术的优化，达到节水节能灌溉的目的。

1 农业水利工程灌溉水泵设计中节能变频调速技术的应用

1.1 灌溉水泵节能变频调速设计原理分析

在农业水利工程设计时，为达到良好的节能灌溉效果，应加强节能变频调速技术的应用。节能变频调速技术在水利工程中属于主要节能技术之一，为达到良好的节能效果，结合农业水利工程灌溉的需要，需要借助节能变频调速技术加强灌溉系统的设计，而设计之前，首先就要对灌溉系统的调速原理有一个基本的认识。节能灌溉系统的设计目的在于精准地控制水流量，利用阀门、转速来调节流速。当实际压力比标准压力低时，变频器输出频率就会提升，此时系统转速也会加快，从而达到增大农业水利管网的压力;而当实际压力比标准压力大时，变频器的输出频率就会下降，此时系统的转速就会下降，使得农业水利管网的压力下降。在这一过程中，主要是利用节能变频调速技术对变频器频率进行调节，从而达到恒压变流的效果。

1.2 结合管道压力监测技术的辅助变频器的应用

为了对节能灌溉系统的灌溉流量进行实时监控，就需要监测农田水利的管道压力变化情况，切实加强管道压力监测技术的应用，把压力信号转化成电信号，并采取电量模拟的方式将其输入控制器中，这样变频器就能结合压力信号转化的电模拟量，对主回路中的交流电频率进行自动调节，使得水泵运行功率优化的同时降低能耗，达到良好的节水效果。

1.3 农业水利工程灌溉水泵自动控制技术的设计

在农田水利灌溉系统中，为实现对其的自动控制，在设计过程中需要利用变频器的PID调节功能，并在变频器系统内部程序中通过运行PID运算，从而达到自动控制的目的。水泵转速会随着压力和流量的变化而变化，所以需要利用变频器来控制水泵转速，从而对系统进行差异化控制，借助变频器参数来设定管网压力，实现系统自行运转。而在此基础上，为预防电机振荡问题的出现，在设计过程中，需要合理设定变频器PID，以确保系统运行更加稳定，延长设备使用寿命。

1.4 变频器的设计要点

在设计中加强变频器的应用，主要是为了更好地调节水泵转速，以满足多样化的农业用水需求。利用变频器能对管网实现恒压变速，且在系统启动中，电动机频率首先设置为0，再逐渐上升到标准频率，使得电机启动电流与电网冲击有效降低，使得电网运行更加稳定，加上变频器能达到恒压供水，结合水泵压力变化情况，对系统的流速和流量进行及时的调节，使得系统运行变得更加自动化，有效降低农业生产人力成本。再加上变频器有着较高的精度，利用其能对农田水利管网中的水泵转速进行优化调节，可以结合管网压力变化情况针对性地进行精确调节，使得水资源利用率得到提升[1]。

2 农业水利工程高效节水灌溉系统的节能配套措施

现代农业水利工程的节能要求较高，在做好上水水泵设计的基础上，还要完善节能配套设施，尤其是要完善田间排灌系统，既要做好田间管网的布设，又要以泵为核心做好泵房设计，在灌溉系统方面，主要是加强滴灌系统的设计，以更好地构建完善的配套体系。

2.1 田间系统设计要点

1）在田间管网布置设计时，需要紧密结合工程所在地的农田、农林以及道路分布等，根据地形条件实施管网布设。以常见的梳状单向布置为例，根据地势对输水干管和分干管以及支管和毛管做好输配水管网设计，按照高效节水灌溉的需求，使得其泵房和管网细节内容得到优化。

2）在泵房设计中，主要是结合泵房为核心进行设计，在泵房设计时，主要是采用彩钢板房，并做好阀门和管道以及过滤器和施肥箱等设施的设计，在设计中要秉承简单整洁的原则，便于后续对各种设备的加装以及日后的维修操作，并尽可能地将机组设为一列式的样式。

3）在管网布设过程中，在布设干管时，采用UPVC材质管道，并将在地下埋设和布设，管道的深度需要大于80 cm，并配置三通，从而给干管供水;还要与泵房、过滤器之间做好衔接，利用干管确保不同农田田块得到良好的协作灌溉[2]。

2.2 滴灌系统设计要点

在农业水利工程高效节水灌溉设计时，除了做好田间系统设计外，还要精心设计滴灌系统。在设计过程中，首先需要做好滴灌水头与滴头的选择，做好偏差分配，认真计算干管和支管的相关水利参数。在滴头选择和分配偏差时，通常采取管上有压的补偿式滴头，这样不仅能有效地调节农田水的灌溉压力，而且还能对水流量进行补偿，水头偏差宽度为10 cm，滴灌系统中，支管和毛管的设计也十分重要，也是灌水小区的重要组成部分，可以把压力补偿式的滴头和水头偏差向毛管部分分配，且毛管的水头偏差为10 cm。

在计算支管和干管的水力时，需分开进行。其中，干管的水力主要是按照滴灌水头损失公式来计算;而在计算支管流量时，由于支管属于分干管上所开启的一條节水灌溉路线，全部支管的流量综合就是干管流量，需要根据干管的设计流量确定支管的滴灌运行方案，并结合经济流速制作管径并对支管管段压力进行校核，从而对干管管径尺寸进行确定。

3 农业水利工程节能设计的注意事项

1）切实做好泵型选择，尽可能提升水泵运行效率。在泵型选择过程中，主要是结合水泵综合性能以及经济技术指标，既要考虑扬程和流量，又要考虑水泵转换率和使用寿命。农业水利工程中的中低流量轴流泵，并在泵站设计时，需要结合设计工况，确定水泵参数，选择水泵的型号，做好叶片安装，科学设计口径与转速等，并在确保符合流程与扬程的基础上，对水泵参数进行优化，使得水泵处于良好的设计工况下运行，提升水泵运行效率，从而达到良好的节能效果。

2）切实注重线路布设的优化，尽可能地降低电能损耗。低压配电室需要尽可能地与负荷中心靠近，将电缆馈线长度减少，馈线电缆需要结合运行的经济密度来确定，以尽可能减少电能损耗。而变压器采用高效和损耗较低的变压器，从而降低运行的电能损耗，并切实利用太阳能做好室内外的照明设计，采用太阳能进行照明，所选灯具也满足太阳能运用的需要，以达到绿色照明的目的。

3）对灌区进行合理划分，以尽可能地优化管路布设。尤其是在泵站选址时，需要结合规模和功能以及特点与运用要求等，结合灌区整体规划与水系规划，综合考虑多方面因素来布置。在布置供水管网时，需要尽可能减少管道的总长度，这样才能更好地满足农业种植的需要。此外，需要结合种植业态针对性地确定灌水模式[3]。

4 结语

节能技术在农业水利工程设计中的应用，需要紧密结合农业水利工程建设的需要，在水利工程设计中，针对性地加强节能技术的选择和应用，以达到提升农业水利工程的节能效果。

参考文献：

[1] 徐良学.刍议节能技术在水利工程设计中的应用[J].农家参谋，2020（3）：154.

[2] 沈雪峰，沈伟.节能技术在水利工程设计中的应用[J].山东工业技术，2015（10）：72.

[3] 陈玲，韩盈盈.节能技术在水利工程设计中的应用[J].河南科技，2014（18）：21-22.

（责任编辑：赵中正）