高衛(wèi)國(guó)

（德州市陵城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東德州 253500）

0 引言

根據(jù)山東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳下達(dá)《關(guān)于報(bào)送2020年中央預(yù)算內(nèi)投資農(nóng)業(yè)項(xiàng)目投資計(jì)劃的通知》的精神要求，德州市陵城區(qū)選定了于集鄉(xiāng)、邊臨鎮(zhèn)作為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的項(xiàng)目區(qū)。項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)生基礎(chǔ)設(shè)施大都建設(shè)于十幾年以前，存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低的問(wèn)題。加之已運(yùn)行十多年，部分設(shè)施出現(xiàn)老化現(xiàn)象。農(nóng)業(yè)措施不配套，造成土地利用程度低，肥力低下；部分田間生產(chǎn)道路窄而不平，不適合農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作和機(jī)械運(yùn)輸，不能滿足正常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)；灌溉以密長(zhǎng)畦大田漫灌為主，灌溉水利用系數(shù)低，灌溧困難且成本較高，水土流失嚴(yán)重，從而造成糧食綜合生產(chǎn)能力低下，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力不穩(wěn)。

1 水源工程設(shè)計(jì)

根據(jù)工程的規(guī)模和數(shù)量，選擇具有代表性的孫國(guó)莊村1號(hào)泵站工程進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。

1.1 建筑物等級(jí)

孫國(guó)莊村1號(hào)泵站控制灌溉面積30.8 hm2，泵站設(shè)干管3條，每條干管控制灌溉面積分別為12.87 hm2、12.27 hm2、5.67 hm2，考慮到灌溉季節(jié)的泵站使用的靈活性和管理方便的因素，每條干管均配備一套潛污泵，總設(shè)計(jì)流量172.5 m3/h。根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50265-97）的有關(guān)規(guī)定，工程規(guī)模確定為?。?）型；工程等別：V等，主要建筑物5級(jí)，次要建筑物5級(jí)。

1.2 泵站布置

潛污泵站的主體工程包括進(jìn)水建筑物和閥井組成。進(jìn)水池開(kāi)口設(shè)在河道內(nèi)，采用喇叭口型設(shè)計(jì)，采用C25混凝土護(hù)底，兩岸為M10漿塊石擋土墻，進(jìn)水池口設(shè)密目鋼網(wǎng)攔污，焊接在攔污柵上。工程選用立式潛污泵，將水泵固定在進(jìn)水池內(nèi)。提水泵房采用預(yù)制泵房，首部設(shè)置逆止閥、安全閥、進(jìn)排氣閥、水表等。通過(guò)對(duì)不同灌溉面積（12.87 hm2、12.27 hm2、5.67 hm2）農(nóng)田進(jìn)行揚(yáng)程計(jì)算，所需泵的揚(yáng)程分別為21.62 m、22.48 m和17.59 m。

2 灌溉管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)

2.1 基本情況

以孫國(guó)莊1#泵站的管網(wǎng)為例進(jìn)行潛污泵站管道輸水灌溉管網(wǎng)的典型設(shè)計(jì)。典型區(qū)總耕地面積30.8 hm2，典型區(qū)耕作層土壤為輕壤土，容重為1.4 g/cm3，田間持水率22%，農(nóng)作物主要為小麥、玉米。根據(jù)多年灌溉經(jīng)驗(yàn)，4—5月份小麥灌溉和春播同時(shí)用水期為作物需水高峰，平均日需水強(qiáng)度Ea=5.5 mm/d。而玉米生長(zhǎng)期正逢雨季，適時(shí)灌水即可滿足。設(shè)計(jì)時(shí)以小麥日需水量最高的灌漿期確定灌水定額。適宜土壤含水量上限θmax取田間持水率的95%，下限θmin取65%。

2.2 灌溉工程布局

2.2.1 管網(wǎng)布局原則。管理設(shè)施，水源、路管道統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局，全面配套，統(tǒng)一管理，盡快發(fā)揮工程效益。依據(jù)地形、地塊、道路等情況布置管道系統(tǒng)，要求線路最短，控制面積最大，便于機(jī)耕，管理方便。管道盡可能雙向分水，節(jié)省管材，沿路邊及地塊等高線布置。為方便澆地、節(jié)水、長(zhǎng)畦要改短。按照村隊(duì)地片、分區(qū)管理，并能獨(dú)立使用的原則。

2.2.2 管網(wǎng)布置。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)作物種植情況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，易采用半固定式管道系統(tǒng)。鋪設(shè)干、支、斗三級(jí)管道，地面通過(guò)給水栓直接套接軟管向田間供水。干管與支管連接處設(shè)置分水控制設(shè)施。干管盡量布置在生產(chǎn)路、排水溝渠旁成平行布置。給水栓或出水口應(yīng)按灌溉面積均衡布設(shè)，間距滿足《低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》要求。管道鋪設(shè)力求順直，避免起伏，以減少水流阻力和水頭損失。管道過(guò)瀝青砼路為路面下穿鋼筋混凝土管或頂管跨越的方式，過(guò)一般土生產(chǎn)路，管道采用直埋式，埋深為0.6 m。干管、支管采用鋼管跨越方式。過(guò)小溝采用溝上設(shè)涵管，上鋪設(shè)管道。

2.2.3 布置形式。根據(jù)水源位置、控制范圍、地面坡度、作物種植方向等條件基本情況，通過(guò)方案比較，管網(wǎng)按照梳齒形布置，干管沿河道布置，支管垂直于干管，斗管垂直于支管。斗管雙面供水，間距100 m左右，給水栓雙向分水，間距50 m。

2.2.4 灌溉系統(tǒng)流量及工作制度。根據(jù)泵站所處的地形條件，考慮到灌溉情況，計(jì)算得干管的流量為Q1=78.4 m3/h。為減小干、支管管徑，既利于灌溉農(nóng)田，又減少投資，灌溉系統(tǒng)采取干、支管續(xù)灌，斗管輪灌方式，毛灌水定額為50.29 m3/667m2，一次灌水延續(xù)時(shí)間為12.6 h。

3 信息化工程設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)2020年陵城區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)灌溉水量的精確計(jì)量和水費(fèi)計(jì)收，因此在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)建設(shè)信息化工程，每臺(tái)水泵均配備取水計(jì)量一體機(jī)，同時(shí)在陵城區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)水股建設(shè)信息化中心，每臺(tái)水泵的灌溉信息數(shù)據(jù)不僅可以遠(yuǎn)傳至信息中心，同時(shí)控制中心可以對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3.1 系統(tǒng)的組成

水情信息化系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)（服務(wù)器）、管理機(jī)、水電雙計(jì)智能灌溉控制器（取水計(jì)量一體機(jī)）、流量計(jì)、IC卡、無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)等組成。

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)每臺(tái)水泵均配套一臺(tái)水電雙計(jì)智能灌溉控制器（取水計(jì)量一體機(jī)），每個(gè)農(nóng)戶發(fā)一張機(jī)泵灌溉射頻卡，每個(gè)村配置一臺(tái)計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)和本村安裝的水電雙計(jì)智能灌溉控制器（取水計(jì)量一體機(jī)）通過(guò)無(wú)線方式通訊，讀取各控制器的數(shù)據(jù)，包括各泵站的總用電量、總?cè)∷?、年取水量、瞬時(shí)流量、當(dāng)前水位以及箱門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、供電狀態(tài)、用戶余額狀態(tài)、遙控狀態(tài)、電表工作狀態(tài)等，同時(shí)把相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線GPRS方式上報(bào)到控制中心，還可為本區(qū)域農(nóng)戶的IC卡充值，農(nóng)戶在澆地前必須先持IC卡充值，然后刷卡澆地，澆地完成后再次刷卡即可關(guān)閉水泵，取走卡內(nèi)余額，在本次澆地過(guò)程中用了多少電（水）費(fèi)，就自動(dòng)從農(nóng)戶卡內(nèi)扣除多少，卡內(nèi)余額用完，自動(dòng)停泵，一臺(tái)水電雙計(jì)智能灌溉控制器可以供多個(gè)農(nóng)戶（輪流）使用。

3.2 信息化平臺(tái)

信息化平臺(tái)可分為：智能灌溉信息化云平臺(tái)軟件、手機(jī)APP軟件、水電雙計(jì)智能灌溉控制系統(tǒng)（硬件）、流量計(jì)量系統(tǒng)、電量計(jì)量系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（硬件）、數(shù)據(jù)無(wú)線遠(yuǎn)傳系統(tǒng)等。

3.2.1 智能灌溉信息化云平臺(tái)軟件。具有對(duì)各個(gè)灌區(qū)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，支持海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理功能，對(duì)終端數(shù)量沒(méi)有限制；支持多級(jí)權(quán)限管理功能，可對(duì)用戶設(shè)定不同的使用權(quán)限，滿足數(shù)據(jù)保密性要求；數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表功能；圖形化顯示，表計(jì)故障、能耗異常自動(dòng)告警。新增設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)容，軟件采用云平臺(tái)架構(gòu)，無(wú)需安裝軟件，網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)，支持多用戶瀏覽。軟件具有GIS地圖功能，實(shí)現(xiàn)泵站顯示與坐標(biāo)定位，用戶數(shù)據(jù)、泵站數(shù)據(jù)、行政數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程控制管理，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)等。

泵站顯示：根據(jù)不同級(jí)別系統(tǒng)自動(dòng)在地圖上載入管轄的泵站，鼠標(biāo)點(diǎn)擊地圖上泵站，彈出泵站詳細(xì)信息的窗口，根據(jù)功能，在彈出的窗口里可以點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”鏈接，查看泵的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

泵站坐標(biāo)定位：此功能時(shí)根據(jù)所轄范圍內(nèi)的泵站，在地圖上選擇泵進(jìn)行泵站地圖坐標(biāo)錄入配置。

用戶數(shù)據(jù)管理：主要包括了用戶數(shù)據(jù)查詢、用戶卡號(hào)查詢、用戶灌溉記錄查詢、用戶能耗分析；通過(guò)這幾項(xiàng)子功能，使用戶詳細(xì)了解自己的灌溉信息、灌溉記錄以及灌溉所耗的水、電以及費(fèi)用。

泵站數(shù)據(jù)管理：主要包括泵站信息查詢、泵站能耗分析、泵站灌溉記錄查詢、泵站報(bào)警數(shù)據(jù)分析；通過(guò)這幾項(xiàng)子功能，詳細(xì)的掌握泵站基本信息、能耗、引水量、報(bào)警以及灌溉方面的數(shù)據(jù)。

行政數(shù)據(jù)管理：針對(duì)不同級(jí)別權(quán)限的用戶，查看不同級(jí)別（市用戶查看各縣區(qū)、縣用戶查看各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、鎮(zhèn)用戶查看鎮(zhèn)所轄村、村用戶查看本村）的泵站用水量、用電量、消費(fèi)額匯總以及曲線展示。

遠(yuǎn)程控制管理：主要包括泵站遠(yuǎn)程控制功能；通過(guò)不同級(jí)別層次展示出各自管轄的泵站，針對(duì)泵站進(jìn)行實(shí)時(shí)控制管理（用戶剩余水量報(bào)警值、水位基位及上下限、水壓上下限值、年度可開(kāi)采水量、繼電器狀態(tài)控制、自報(bào)時(shí)間間隔配置、計(jì)費(fèi)參數(shù)信息配置）。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)：主要包括卡號(hào)信息維護(hù)、水泵信息維護(hù)、用戶審核、用戶卡號(hào)分配、用戶權(quán)限分配、密碼修改。

3.2.2 手機(jī)APP軟件。智能灌溉APP是信息化云平臺(tái)的數(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)，為灌溉用戶（村民）和行政用戶（村/鎮(zhèn)/縣/市/省各級(jí)管理員）提供灌溉記錄和能耗統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)查詢的安卓手機(jī)應(yīng)用。

灌溉用戶以射頻卡ID號(hào)登陸，可查詢所有灌溉記錄，包括灌溉時(shí)間，灌溉用水量、灌溉用電量、本次灌溉金額、剩余灌溉金額、年可用電量、累計(jì)用水量、累計(jì)用電量等信息。

行政用戶分為村級(jí)行政用戶、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政用戶和縣市級(jí)行政用戶。村級(jí)行政用戶可查詢所轄范圍內(nèi)所有泵的灌溉記錄，包括：每座泵站的灌溉記錄，所有泵的累計(jì)用水量、累計(jì)用電量，年可開(kāi)采水量、年可用電量等信息。

4 結(jié)語(yǔ)

高效灌溉工程的設(shè)計(jì)，可使項(xiàng)目區(qū)農(nóng)田灌溉條件將有很大改善，農(nóng)田質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平也將隨之提高，種植結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化、合理，灌溉周期縮短，澆水及時(shí)，肥料的利用率提高，促使作物增產(chǎn)。另外，可使項(xiàng)目具有顯著的節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省工的效果。