农业科技示范园项目工程建设中供电、灌溉及排水系统的设计探索

2017-07-25韩伟宏苏东涛高洋金辉

安徽农学通报 2017年13期

韩伟宏+苏东涛+高洋+金辉

摘要：随着经济发展和科技水平的提高，农业环境也在发生更大的变化，一些地区开始摸索更具科技水平的农业园区，通过农业科技园区提高农业产量，提升农产品的品质，但是在农业科技园区建设的时候会遇到一系列的问题，特别是供电、灌溉、排水系统的建设。该文对农业科技示范园区的建设进行了分析，旨在为相关从业人员提供参考。

关键词：农业科技示范园；供电系统；灌溉系统；排水系统；设计分析

中图分类号 F323.3 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）13-0118-05

Design of Power Supply，Irrigation and Drainage System in Construction of Agricultural Science Demonstration Garden Project

Han Weihong et al.

（Institute of Agricultural Resources and Economics，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030006，China）

Abstract：With the development of economy and the improvement of science and technology，the agricultural environment is also undergoing greater changes，some areas began to explore more scientific and technological level of the agricultural park，through agricultural science and technology park to improve agricultural production and improve the quality of agricultural products，but in the construction of agricultural science and technology park will encounter a series of problems，especially the construction of power supply，irrigation and drainage systems. This paper analyzes the construction of the park and aims to improve the construction opinions for the relevant practitioners.

Key words：Agricultural science and technology demonstration garden；Power supply system；Irrigation system；Drainage system；Design analysis

当前，现代农业产业的发展速度日益加快，建设农业科技园区能够有效推动农业产业的快速发展。在区域农业产业发展的基础上，集合现代农业建设的实践经验，进一步满足产业的实际需求，从而可以提高产業经济与历史文化的融合度，形成具有特色优势的产业。对于园区建设过程中存在的问题，有必要对其进行总结分析，为此本文对园区的供电、灌溉、排水系统的相关设计方法进行了简要的总结。

1 建设区域概况

1.1 地理位置概况园区地处山西五大盆地之首的大同盆地腹地，雄踞大同市与朔州市共同围合的核心区域，距离大同市区10km，距离朔州市区30km，距离怀仁县城12km。北倚大同承接京津，西出右玉、偏关通达陕蒙，南越雁门关、宁武关直下忻太，东接浑源、广灵辐射河北。区位优势明显，吸收接纳能力强，带动辐射范围广。园区东缘以大运高速为界，高速公路毛皂出口路经园区，西距208国道6.4km，北距109国道18km，怀毛公路横穿整个园区，县乡公路四通八达，对内对外交通都十分便利。特别是紧靠山西南北交通大动脉和最重要的经济走廊—大运高速，对于园区的发展及对外联系和宣传有着十分重要的意义。大同盆地，塞上高原，地势平坦，地域辽阔，土地资源丰富，具有宜农、宜林、宜牧的多种类型的土地资源和生物资源优势，集中连片和规模开发拥有得天独厚的条件。园区地下水丰富，开发利用空间大。园区现状主要种植玉米、小杂粮，或撂荒，经营粗放，生态环境良好，在当今以“生态、绿色”为主题的时代，绿色生态资源成为农业发展的优势所在，蓝天白云下所生产的农产品安全、卫生，市场竞争力强。规划区光照充足，雨热同期，昼夜温差大，农产品品质优良、口味纯正。打造品牌具有先决条件。

1.2 园区建设总体思路以科学发展观和全面建设小康社会总体战略目标为指导，抓住转型跨越发展机遇，以建设现代农业、发展农村经济和增加农民收入为宗旨，立足晋北高寒区农业资源特点和主导产业发展需求，有效提升本地区各项主导产业的现代化和产业化水平，突出农业高新技术的导入及其与先进适用技术的组装集成配套，强化农业科技新成果的转化应用和科技产业化；通过“引进创新—试验示范—辐射带动”的梯度技术扩散及产业拓展模式，促进晋北以至周边省区更大范围同类区域的农业科技整体水平的提高和特色高效农业的发展。作为从传统农业向现代农业转变中的一种农业发展模式，科技园首先是一个区域性农业现代化、产业化和标准化的示范样板区和生产区，为促进本区域农业结构调整、提高农产品的国内外市场竞争力，以及推动区域农业的规模化、标准化、产业化经营提供支撑和示范。其次，科技园应为农业科技推广模式和体系创新的基地，实现农业科技推广从单纯技术推广向提高农民科技素质与能力方向发展，并且通过农业科技成果产业化，推动本地农业科技推广体制的改革和创新；再次，科技园应成为多功能农业和新型农业产业开发基地，不仅示范现代农业高效生产功能，还可以示范其生态服务及传统农业文化继承等功能，具有开拓新的农业产业领域，兼具开发农业观光旅游等功能。

2 供电系统

2.1 供电设计任务园区供电规划的任务是园区变电、供电系统的规划设计，切实保证园区的生产和生活用电需要。园区内无大型设备、高压设备、高频设备及整流装置，所有变电皆为三级负荷。通过供电系统总计算负荷的分析，确定供电系统的总体结构、供电级数、相应的变压器台数和线路布置。基本要求如下：（1）安全。在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠。应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质。应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。（4）经济。供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

2.2 供电系统结构设计按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》，供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不宜多于两级；高压配电系统宜采用放射式，根据变压器的容量、分布及地理环境等情况，亦可采用树干式或环式；据负荷的容量和分布，配变电所尽量靠近负荷中心。

2.2.1 供电范围整个园区主要的用电单位包括：管理服务中心、农产品加工区、现代物流中心、现代化养殖区等，均属于三级负荷。

2.2.2 供电来源 500kV高压输电线路东西向横穿园区中部，距怀毛公路约100m。在输电线路附近设置总降压变电所，为整个园区供电。

2.2.3 总降压变电所位置选择按照变配电所位置选择的一般原则，结合园区供电实际进行确定。如果总降压变电所设置于怀毛公路北侧，则配电线路会在公路上穿越2次（高压输电线路→总降压变电所，总降压变电所→公路南侧园区），形成重复线路。因此，总降压变电所应设置于怀毛公路南侧，临近园区南北向主干道，再沿主干道架设园区主供电线路（树干式），这样就可以保证管理服务区、农产品加工、物流区、养殖区等主要耗电单位均处于主供电线路500m范围之内。

2.2.4 电压选择和变电级数电网电压等级要符合国家标准电压等级，选择电网电压是根据网内线路输送容量的大小和输送距离来决定的。园区东西宽约2km，南北长约3km，很多耗电单位距总降压变电所超过1km（380V输电线路一般不超过600m），输送距离较长，必须考虑线路压降和功率损耗问题。因此，选用10kV为主输电线路电压，整个园区供电系统采用二级变电，总降压变电所500kV/10kV为一级变电，各用电单位10kV/380V（220V）为二级变电。

3 计算负荷

3.1 负荷计算的方法本设计采用需要系数法确定。为了简便设计运算过程，参考与园区相近用电情况，根据长期观测所得出的需要系数表，用来估算类似项目的有功计算负荷。

3.2 负荷计算结果汇总详见表1。

3.3 功率因数和无功补偿

3.3.1 最大负荷时的功率因数计算公式如下：cosθ=P30/S30=5065.9/7652.3=0.66。

3.3.2 无功功率补偿容量该厂的最大负荷功率因数是0.66，而供电部门一般要求最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗大于有功损耗，暂取0.92来计算10kV侧的无功功率补偿容量。

3.3.3 无功补偿后计算负荷的確定补偿后变电所低压侧的视在功率：

[S30=P302+（Q30-Qc）2 =5065.92+（5735.4-3608.4）2=5494.3kVa ]

变压器的功率损耗：

△PT≈0.015×5494.3=82.4（kW）

△QT≈0.06×5494.3=329.6（kVar）

变压器高压侧的计算负荷：

P30（1）=5065.9+92.1=5148.3（kW）

Q30（1）=（5735.4-3608.4）+329.6=2456.7（kVar）

[S30（1）=P30（1）2+Q30（1）2 =5148.32+2456.72=5704.5KVa ]

最大负荷时的功率因数：cosθ=P30（1）/S30（1）=5148.3/5704.5=0.90

3.3.4 无功功率的人工补偿装置采用并联电容器来补偿供电系统的无功功率。

3.4 变压器选用由于农业用电负荷具有季节性强、波动较大的特点，其变电所主变压器的台数一般宜选择两台为好，两台可以相同容量，但考虑到园区的用电负荷峰谷差较大，则两台主变压器宜选择一大一小。其中大容量主变压器容量SNT为总的计算负荷S30的70%左右，小容量主变压器的选择，应以能满足低谷时最小负荷，且不低于总的计算负荷S30的50%为宜。因此，总降压变电所选择一台SCZ9-4000/500型变压器和一台SCZ9-3000/500型变压器。

3.5 线路结构线路结构包括放射式接线和树干式接线。园区用电为三级负荷，供电范围较大，因此采用树干式系统，架空线路，线路长度3600m。架空线路具有投资省、施工维护方便、易于发现和排除故障、受地形影响小等优点。部分特殊地点，出于环境美观要求，可以采用电缆线路。

3.6 投资估算园区供电工程总投资为209万元，供电设施投资估算详见表2。

4.2 灌溉系统建设原则

4.2.1 力求经济合理上下级管道尽可能垂直布置，管道宜短直；尽量少占耕地；充分利用灌区内原有的水利工程设施，以降低工程造价；灌溉方式合理、先进、节水、简单、适用。

4.2.2 保证工程安全管线应尽量避开险工险段和深挖、高填，以求管道稳定、施工方便、输水及灌溉安全。

4.2.3 灌排统一规划一般应做到灌有管道，排有沟渠，灌排分开，自成体系。尽量保持原有排水系统，不打乱自然排水流向，保证排水通畅。

4.2.4 便于管理与工程维护管道布置应兼顾土地利用规划，每个区都有独立的配水口或单独使用一条管道，以便于用水管理与工程维护。

4.2.5 工程节水措施要与管理节水措施相结合遵循节水性、节能性、经济性、可靠性和实用性，新水源开发应首先考虑水源的二次利用，以项目区水资源的可持续利用和农业生产的可持续发展为方向。

4.3 灌溉管道工程设计方法综合考虑前期的盐碱地改良和后期的节水灌溉，灌溉系统输水管道等级分3个层次，即：干管、支管和毛管。

4.3.1 干、支管规划布置（1）合理确定管道线路：干、支管的的布置形式主要取决于地形条件，由于园区地形平坦开阔，管线的选择要尽可能满足最大的自流灌溉面积。（2）解决好灌区排水：对于易涝、易碱的地块，首先应考虑和满足排水要求，由于园内耕地不同程度地存在盐碱化，必须统一规划布置排水系统，实行灌，排分开，各成体系。

4.3.2 毛管的布置毛管的主要任务是向各用水单位分配水量，较之干、支管数量多、分布广，且又要深入田间。因此，农管的布置则要结合实际，因地制宜，合理布置。农管的规划是在干支管规划布置的基础上进行的。

4.3.3 地面下的上出水管道布置为满足灌溉与土地改良的需要，园区内土地从南到北每隔100m左右设置一条东西方向的出水管道，沿着管道每隔50m左右设置一个出水口。放样前需指定专人与设计工程师研讨施工实施方案，进行技术交底。

4.3.4 输配水工程设计（1）管网设计流量计算：管网设计流量计算是水力计算的依据，由灌溉设计流量决定。灌溉规模确定之后，根据水源条件、作物灌溉制度和灌溉工作制度計算灌溉设计流量，本项目区灌溉设计流量为40m3/h。（2）管网水力计算：管网水力计算是在管网布置和各级管道流量已经确定的前提和满足约束条件下，计算各级管道的经济管径，确定首端工作压力，再根据机井动水位、进出水泵管道水头损失等，计算水泵设计扬程。

4.4 灌水方式设计根据种植作物的不同分别采取波涌灌溉、喷灌、滴灌、小管出流灌等相应的灌水方式，并配置相应的灌水器。

4.5 现有水源及水平衡分析园区水源主要来自地下水，灌溉主要为井灌。它不仅具有水源比较稳定、灌溉保证率高、输水线路短、便于与节水灌溉方法相结合等特点，还能起到控制地下水位，防治园区盐碱化的作用。（1）灌溉定额：根据当地气候、园区土壤及主要作物需水量等综合计算，园区灌溉定额为750m3/hm2。（2）灌溉周期：经计算，园区灌水周期平均为20d。（3）单井控制灌溉面积：在地下水利用量与补给量基本平衡的前提下，确定出单井出水量出水量50m3/h。根据《机井技术规范》计算得单井控制面积为26.4hm2，园区灌溉总面积606.816hm2，园区灌溉共需要23眼井。综合考虑灌溉、人畜饮水、加工业用水、生活废水利用，共需要出水量为50m3/h的水井24眼。园区内已有16眼井（共计出水量752m3/h），设计需要新打8眼井（每眼井出水量50m3/h），以满足园区内灌溉的水资源需求。

4.6 投资估算整个园区灌溉工程（包括新打深井和灌溉管网配套工程）总投资为698万元。

5 排水系统

园区排水系统主要包括农田（种植区及林果区）排水网络系统、设施蔬菜区雨水排放、养殖区雨水及生产生活污水排放、管理服务区雨水及生活污水排放等，园区总排水规划重点对农田排水网络系统进行整体规划，其他各区排水规划在各区基础设施规划中进行。

5.1 农田排水的重要性涝渍盐碱灾害是我国不少地区农业生产发展的主要障碍，提高防御涝渍盐碱灾害的能力对于加速发展农业生产有着重要的现实意义和战略意义。农田排水是农田水利的重要组成部分，农业的发展需要灌溉，同时也离不开排水。长期的实践证明，农田排水在防御涝溃灾害和土壤盐碱化，维持农田生态系统水分平衡，改善田间耕作管理，增加农作物产量，促进国民经济发展等方面起着积极的作用。园区所在区域是典型的重盐碱化区，其对当地农业造成的影响和危害极大，建设科学完善的农田排水系统，对于提高耕地质量，减少洪涝灾害和由此引起的次生盐碱化的发生，特别是对于盐碱地的科学治理有着重要的、不可替代的作用。

5.2 排水系统设计依据与原则（1）规划依据：《农田排水工程技术规范》和《灌溉与排水工程技术管理规程》。（2）原则和要求：根据农业可持续发展、环境保护和洪、旱、涝、渍、盐碱综合治理的要求，实行长远与当前相结合，工程措施与生物措施相结合，从骨干到田间统一规划。规划中要坚持因地制宜、统筹兼顾、保护环境、合理用地、蓄排兼施、灌排结合、路排结合、节约水资源、排水再利用等原则。

5.3 系统分级与排水方式根据GB/T50288—1999《灌溉与排水工程设计规范》的规定，排水系统通常可分为干、支、斗、农4级，视治理区面积的大小亦可增减级数。园区排水系统分为干、支、斗、农、毛5级，5级排水全部使用明渠（沟）排水。

5.4 布置形式和线路选择（1）总体布置：排水明渠应结合灌溉渠系和田间道路进行布置，因园区总体地形是东北高、西北地，并结合园区外围排水系统实际条件，采用由东北向西南的单向排水形式。采用路、沟相邻的布置形式。路、沟之间布置林带。（2）线路选择：各级排水明沟应根据治理区的地形条件，按照高水高排、低水低排、就近排泄、力争自流的原则选择线路。①各级排水沟渠原则上应沿低洼积水线布设，并尽量利用天然河沟，支沟与干沟，干沟与天然河流之间成锐角相连接，支、斗、农、毛沟相互垂直连接。②各级排水明沟的线路应选在有利沟坡稳定的土质地带，若必须通过不稳定土质地带时，应采用沟坡防塌措施。③当地形坡度大于0.5%时，末级固定沟宜大体上沿地形等高线布设。

5.5 排水标准园区农田排水标准可分为排涝、治渍和防治盐碱化3类，均应根据当地或临近类似地区排水试验资料或实践经验，按照园区的作物种类、土壤特性、水文地质和气象条件等因素，进行技术经济论证后进行详细设计。（1）排涝标准：设计暴雨重现期为5～10年。设计暴雨的历时和排出时间为1～3d暴雨1～3d排除。排涝模数根据近期内当地或邻近地区的实测资料确定。（2）治渍标准：应综合农作物生长和农业机械作业的要求确定，达到在渍害敏感期间可采用3～4d内将地下水埋深降至0.4～0.6m。（3）防治盐碱化标准：以地下水临界深为工程设计标准，当采用小于临界深度设计时，应通过水盐平衡论证确定。防治盐碱化的排水时间可采用8～15d内将地下水位降到临界深度，预防盐碱化应保证农作物各生育期的根层土壤含盐量不超过其耐盐能力。冲洗改良盐碱土，应满足设计土层深度内达到脱盐要求。防治盐碱化排水模数和冲洗改良时的排水模数可利用专门公式计算确定。

5.6 排水系统工程设计应满足输水能力、水位控制、上下级沟道和建筑物的水位衔接、边坡稳定、不发生冲淤以及工程量少、便于人力施工或机械作业等基本要求。因园区面积较大，排水系统对于整个园区防治盐碱地作用极其重要，园区配套建设标准要求高，因此需要进行专门的详细设计。

5.7 投资估算排水系统工程包括各级排水渠的挖方、整型、稳定处理及与道路交叉的桥涵，工程估算投资172万元，详见表4。

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