農業水利工程設計節能技術的應用
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摘要：農田水利工程是國家基礎設施建設中重要的組成部分，隨著國家日益重視“三農”問題，農田水利工程的重要性也在不斷凸顯。從當前社會的發展趨勢來看，節能技術在農田水利工程設計中的應用十分關鍵，一方面能夠有效降低農田水利工程的能源成本，提升農田水利工程的經濟效益；另一方面通過使用節能變頻調速水泵保證灌溉的效果，保證農田水利工程功能性的正常發揮。這對提升我國農田水利工程的建設水平，促進農業現代化發展具有重要意義。基于此，本文對節能技術在農業水利工程設計中的應用進行分析，希望提升節能技術在農業水利工程中的應用水平。
關鍵詞：節能技術；農業水利工程設計；應用
隨著我國加大農業農村的建設，農業水利工程的建設成為基礎設施中的重點。農業生產的特殊性，決定了對氣候水源有著比較高要求，而農業水利工程是農業生產的重要保障。當前，可持續發展戰略已經成為社會經濟發展的重要指導思想，對于農業水利工程設計來說，需要在設計方案中將節能技術進行有效的應用，以保證農業水利工程能夠在較低的能源消耗水平下，正常發揮其功能，促進農業生產，降低農業生產的能源消耗以及其他資源消耗，提升農業水利工程建設的經濟效率，促進我國農業的現代化發展，同時提升農業領域的可持續發展能力以及發展潛力。
1.1灌溉水泵節能變頻調速設計原理
在農業水利工程工程設計中，變頻調速技術的應用能夠有效降低水利灌溉的能源消耗以及水資源消耗。因此在農業水利工程的節能設計中需要將節能變頻調速技術的應用重視起來，在設計的過程中需要充分考慮到變頻調速技術本身的特性以及農業水利工程灌溉的需求，來提升工程整體的節能水平。而想要保證技術應用的科學性以及有效性，就需要對變頻調速技術的基本原理有著清晰的認識。灌溉系統節能的關鍵在于，能夠根據實際的情況對水流量進行精確的控制，通過控制水泵的轉速以及閥門的開合來實現這一目的。在變頻調速技術的支持下，當檢測到實際的壓力要低于標準壓力，變頻器就會提升水泵的輸出功率，此時，水泵的轉速會加快，從而提升灌溉管網系統的水壓，保證灌溉的效果；當檢測到實際的壓力大于標準壓力，變頻器則會降低水泵輸出功率，此時水泵的轉速降低，水利管網的整體壓力也會下降，從而保證管網系統處于正常的壓力下，通過變頻調速技術的應用，一方面可以保證水利輸出的穩定性，另一方面能夠降低水利灌溉的能源消耗[1]。
1.2結合管道壓力監測技術的輔助變頻器的應用
在節能灌溉系統中，需要對灌溉的流量進行實時的監控，才能保證灌溉調控策略的科學性、合理性。想要實現這一點需要對水利管道的壓力進行實時監測，并利用相關的技術將管道的壓力信號轉化為電信號，將相關的壓力信息傳輸到控制器中，變頻器能夠根據相關的電模擬量，對主回路中的交流電頻率進行控制。保證水泵的功率始終處于合理的區間內，降低灌溉的能源消耗。
1.3農業水利工程灌溉水泵自動控制技術的設計
現代化的農田水利灌溉系統，需要具有一定的自動控制功能，以實現對灌溉策略的及時調整。因此在設計的過程中，需要充分發揮變頻器的PID調節功能，保證能夠在變頻器系統內部穩定的運行PID運算，提升系統的自動控制水平。節能灌溉系統的關鍵在于水泵的轉速能夠根據流量以及壓力情況進行靈活的調整，從而實現對灌溉系統的精確控制。在設計的過程中需要對變頻的參數進行合理的設定，保證系統調控策略的科學性合理性。同時，在設計的過程中還需要充分的考慮到電機的震蕩問題，解決這一問題需要對變頻器PID進行合理手段設定，從而保證電機運行的穩定性，同時也延長系統的使用壽命[2]。
1.4變頻器設計的要點
在節能灌溉系統中，變頻器的應用是關鍵，變頻器起到調節水泵轉速作用，能夠根據不同壓力以及流量需求對功率進行合理的控制。能夠實現系統的恒壓變速。在設計的過程中需要對變頻器的頻率上升曲線進行合理的控制，系統啟動時，電動機的頻率為零，然后再逐步平穩的上升到標準頻率，通過這樣的設計能夠有效的降低對電網的沖擊，同時對電動機起到保護的作用，加上變頻器能達到恒壓供水，結合水泵壓力變化情況，對系統的流速和流量進行及時的調節，使得系統運行變得更加自動化，有效降低農業生產人力成本。
2農業水利工程高效節水灌溉系統的節能配套措施
在農業水利工程設計中節能技術的應用需要具有整體性，設計的過程中僅僅應用變頻調速技術，無法充分發揮系統的節能潛力，還需要對配套設施的節能設計進行完善，尤其是要加強對田間排灌系統的設計，保證田間管網布置的合理性，同時對泵房設計進行優化，加強滴灌技術的應用，保證工程整體具有較強的節能性能。
2.1田間系統設計要點
在進行田間管網布置設計的過程中，需要充分的考慮到，農田、農林以及道路的分布，根據具體的環境條件來進行管網的布置。一般來說，梳狀單向布置為常見的布置形式，該布置形式主要是以地勢為依據，輸水干管、輸水支管和毛管從高到低依次排布，能夠有效保證灌溉的效果。在泵房設計中，需要以水泵為核心進行設計，泵房一般采取彩鋼板房的形式，成本較低，且易于搭建。在泵房設計中需要重點關注閥門和管道以及過濾器和施肥箱等設施的設計。在設計的過程中需要突出實用性，避免過于復雜的設計。在設計時需要充分考慮到日后對水泵的維修保養，要易于拆裝。在管網布設中，首先需要對管網進行選材，一般采用UPVC材質的管道，這種管道強度較高，且耐腐蝕，有較長的使用壽命。管道需進行地下埋設，埋設的深度需控制在80cm左右，配置好三通，保證供水的穩定性。同時還需要保證與泵房以及過濾器之間連接的穩定性[2]。
2.2滴灌系統設計要點
滴灌系統是一種較為先進的灌溉系統，在降低水資源以及能源消耗的同時，還能提升灌溉效果。因此在農業水利工程的設計中滴灌技術的應用也是重點。在設計中首先需要根據灌溉需求來進行滴灌水頭以及滴頭的選擇，做好對標準差的控制。同時還需要對干管支管的水利參數進行準確計算。從實際的應用上來看，管上有壓的補償式滴頭具有較大的應用優勢，該滴頭不僅能夠對灌溉的壓力進行有效的調整，同時還具有水流量補償的功能。在滴灌系統中，支管以及毛管的設計也會對滴灌的效果產生很大的影響，可以把壓力補償式的滴頭和水頭偏差向毛管部分分配，且毛管的水頭偏差為10cm。此外，還需要對支管以及干管的水力進行計算，為了保證計算的準確性，二者需要分開來計算，以滴灌水頭損失公式來計算干管的水力。而支管的水力計算則相對復雜，由于支管是干管延伸出的管路，因此需要根據干管的設計流量確定支管的滴灌運行方案，并結合經濟流速制作管徑并對支管管段壓力進行校核[3]。
3農業水利工程節能設計的注意事項
3.1注重泵型選擇
在進行水泵選擇時，需要考慮到多方面的因素。不僅需要考慮到水泵的綜合性能以及經濟性，同時還需要考慮到實際的灌溉需求，因此在進行水泵的選擇時，需要農業水利工程設計需求進行細致的分析，綜合考慮實際的應用場景，加深對不同型號水泵的了解，從而科學合理選擇水泵的型號，實現對能源消耗的有效控制，在保證灌溉效果的同時，延長水泵的使用壽命。另外在水泵選擇時，還需要考慮到泵站的設計，根據設計工況進行選型，保證安裝的質量，并根據實際的使用情況來對水泵的參數進行優化[4]。
3.2合理劃分灌區
在農業水利工程設計中，對灌區的劃分也會影響到能源的消耗以及水資源的消耗，因此需要對灌區進行合理的劃分，并對管路的布設進行優化。在對泵站進行選址時，需要考慮到灌區的特點。規模和功能以及特點與運用要求等，結合灌區整體規劃與水系規劃，綜合考慮多方面因素來布置。在對管網進行布設時，需要對管網整體長度進行有效地控制，盡量減少管道的長度，在滿足農業生產需求的同時，降低灌溉系統的整體能源消耗，并結合滴灌模式，降低對水資源的消耗[5]。
4總結
在當前的發展階段下，農業領域正在經歷快速的發展，在這個過程中，農業水利工程的建設十分關鍵，能夠為農業生產提供重要的保障。目前來看，國家為了促進農業農村的發展，正在加快農業水利工程的建設。從現代農業發展的角度上來看，農業水利工程建設不僅需要考慮到對農業生產效益，同時還需要考慮到環境效益以及經濟效益，這就需要農業水利工程在設計的過程中，注重節能技術的應用，通過節能技術的大量應用能夠有效的降低農業生產中的能源消耗以及水資源消耗，在為農業生產提供重要保障的同時，降低農業生產的成本。這對促進我國農業的現代化發展，提升農業生產的可持續發展能力以及潛力具有重要的意義，因此在農業水利工程的設計中需要將節能技術的應用重視起來，并在實踐中不斷提升節能技術的應用水平。
參考文獻：
[1]章效平.節能技術在農業水利工程設計中的應用[J].南方農業，2020，14(18)：177-178.
[2]沈雪峰，沈偉.節能技術在水利工程設計中的應用[J].山東工業技術，2015(10)：72.
[3]陳玲，韓盈盈.節能技術在水利工程設計中的應用[J].河南科技，2014(18)：21-22.
[4]萬晉軍.節能技術在水利工程設計中的應用[J].西部探礦工程，2006(11)：242-243.
[5]游磊.水利工程節水灌溉規劃與設計中的問題及相應解決措施[J].南方農機，2019，50(23)：275.
作者：許敏 單位：太原學院建筑工程系
