高标准农田之高效灌溉工程设计

高卫国

（德州市陵城区农业农村局，山东德州 253500）

0 引言

根据山东省农业农村厅下达《关于报送2020年中央预算内投资农业项目投资计划的通知》的精神要求，德州市陵城区选定了于集乡、边临镇作为高标准农田的项目区。项目区农业生基础设施大都建设于十几年以前，存在设计标准偏低的问题。加之已运行十多年，部分设施出现老化现象。农业措施不配套，造成土地利用程度低，肥力低下；部分田间生产道路窄而不平，不适合农业机械耕作和机械运输，不能满足正常的生产经营活动；灌溉以密长畦大田漫灌为主，灌溉水利用系数低，灌溧困难且成本较高，水土流失严重，从而造成粮食综合生产能力低下，农业综合生产能力不稳。

1 水源工程设计

根据工程的规模和数量，选择具有代表性的孙国庄村1号泵站工程进行典型设计。

1.1 建筑物等级

孙国庄村1号泵站控制灌溉面积30.8 hm2，泵站设干管3条，每条干管控制灌溉面积分别为12.87 hm2、12.27 hm2、5.67 hm2，考虑到灌溉季节的泵站使用的灵活性和管理方便的因素，每条干管均配备一套潜污泵，总设计流量172.5 m³/h。根据《泵站设计规范》（GB/T50265-97）的有关规定，工程规模确定为小（2）型；工程等别：V等，主要建筑物5级，次要建筑物5级。

1.2 泵站布置

潜污泵站的主体工程包括进水建筑物和阀井组成。进水池开口设在河道内，采用喇叭口型设计，采用C25混凝土护底，两岸为M10浆块石挡土墙，进水池口设密目钢网拦污，焊接在拦污栅上。工程选用立式潜污泵，将水泵固定在进水池内。提水泵房采用预制泵房，首部设置逆止阀、安全阀、进排气阀、水表等。通过对不同灌溉面积（12.87 hm2、12.27 hm2、5.67 hm2）农田进行扬程计算，所需泵的扬程分别为21.62 m、22.48 m和17.59 m。

2 灌溉管网工程设计

2.1 基本情况

以孙国庄1#泵站的管网为例进行潜污泵站管道输水灌溉管网的典型设计。典型区总耕地面积30.8 hm2，典型区耕作层土壤为轻壤土，容重为1.4 g/cm³，田间持水率22%，农作物主要为小麦、玉米。根据多年灌溉经验，4—5月份小麦灌溉和春播同时用水期为作物需水高峰，平均日需水强度Ea=5.5 mm/d。而玉米生长期正逢雨季，适时灌水即可满足。设计时以小麦日需水量最高的灌浆期确定灌水定额。适宜土壤含水量上限θmax取田间持水率的95%，下限θmin取65%。

2.2 灌溉工程布局

2.2.1 管网布局原则。管理设施，水源、路管道统一规划，合理布局，全面配套，统一管理，尽快发挥工程效益。依据地形、地块、道路等情况布置管道系统，要求线路最短，控制面积最大，便于机耕，管理方便。管道尽可能双向分水，节省管材，沿路边及地块等高线布置。为方便浇地、节水、长畦要改短。按照村队地片、分区管理，并能独立使用的原则。

2.2.2 管网布置。根据项目区作物种植情况和经济发展水平，易采用半固定式管道系统。铺设干、支、斗三级管道，地面通过给水栓直接套接软管向田间供水。干管与支管连接处设置分水控制设施。干管尽量布置在生产路、排水沟渠旁成平行布置。给水栓或出水口应按灌溉面积均衡布设，间距满足《低压管道输水灌溉工程技术规范》要求。管道铺设力求顺直，避免起伏，以减少水流阻力和水头损失。管道过沥青砼路为路面下穿钢筋混凝土管或顶管跨越的方式，过一般土生产路，管道采用直埋式，埋深为0.6 m。干管、支管采用钢管跨越方式。过小沟采用沟上设涵管，上铺设管道。

2.2.3 布置形式。根据水源位置、控制范围、地面坡度、作物种植方向等条件基本情况，通过方案比较，管网按照梳齿形布置，干管沿河道布置，支管垂直于干管，斗管垂直于支管。斗管双面供水，间距100 m左右，给水栓双向分水，间距50 m。

2.2.4 灌溉系统流量及工作制度。根据泵站所处的地形条件，考虑到灌溉情况，计算得干管的流量为Q1=78.4 m3/h。为减小干、支管管径，既利于灌溉农田，又减少投资，灌溉系统采取干、支管续灌，斗管轮灌方式，毛灌水定额为50.29 m3/667m2，一次灌水延续时间为12.6 h。

3 信息化工程设计

为了实现2020年陵城区高标准农田建设项目区内灌溉水量的精确计量和水费计收，因此在项目区内建设信息化工程，每台水泵均配备取水计量一体机，同时在陵城区农业农村局农水股建设信息化中心，每台水泵的灌溉信息数据不仅可以远传至信息中心，同时控制中心可以对每台水泵进行远程控制。

3.1 系统的组成

水情信息化系统由计算机（服务器）、管理机、水电双计智能灌溉控制器（取水计量一体机）、流量计、IC卡、无线传输网络等组成。

项目区内每台水泵均配套一台水电双计智能灌溉控制器（取水计量一体机），每个农户发一张机泵灌溉射频卡，每个村配置一台计算机，负责和本村安装的水电双计智能灌溉控制器（取水计量一体机）通过无线方式通讯，读取各控制器的数据，包括各泵站的总用电量、总取水量、年取水量、瞬时流量、当前水位以及箱门开关状态、供电状态、用户余额状态、遥控状态、电表工作状态等，同时把相关数据通过无线GPRS方式上报到控制中心，还可为本区域农户的IC卡充值，农户在浇地前必须先持IC卡充值，然后刷卡浇地，浇地完成后再次刷卡即可关闭水泵，取走卡内余额，在本次浇地过程中用了多少电（水）费，就自动从农户卡内扣除多少，卡内余额用完，自动停泵，一台水电双计智能灌溉控制器可以供多个农户（轮流）使用。

3.2 信息化平台

信息化平台可分为：智能灌溉信息化云平台软件、手机APP软件、水电双计智能灌溉控制系统（硬件）、流量计量系统、电量计量系统、视频监控系统（硬件）、数据无线远传系统等。

3.2.1 智能灌溉信息化云平台软件。具有对各个灌区数据实时采集，支持海量数据的存储和处理功能，对终端数量没有限制；支持多级权限管理功能，可对用户设定不同的使用权限，满足数据保密性要求；数据分析、统计和报表功能；图形化显示，表计故障、能耗异常自动告警。新增设备系统自动识别，自动实现系统的扩容，软件采用云平台架构，无需安装软件，网页访问，支持多用户浏览。软件具有GIS地图功能，实现泵站显示与坐标定位，用户数据、泵站数据、行政数据及远程控制管理，基础数据维护等。

泵站显示：根据不同级别系统自动在地图上载入管辖的泵站，鼠标点击地图上泵站，弹出泵站详细信息的窗口，根据功能，在弹出的窗口里可以点击“实时数据”链接，查看泵的实时数据。

泵站坐标定位：此功能时根据所辖范围内的泵站，在地图上选择泵进行泵站地图坐标录入配置。

用户数据管理：主要包括了用户数据查询、用户卡号查询、用户灌溉记录查询、用户能耗分析；通过这几项子功能，使用户详细了解自己的灌溉信息、灌溉记录以及灌溉所耗的水、电以及费用。

泵站数据管理：主要包括泵站信息查询、泵站能耗分析、泵站灌溉记录查询、泵站报警数据分析；通过这几项子功能，详细的掌握泵站基本信息、能耗、引水量、报警以及灌溉方面的数据。

行政数据管理：针对不同级别权限的用户，查看不同级别（市用户查看各县区、县用户查看各乡镇、镇用户查看镇所辖村、村用户查看本村）的泵站用水量、用电量、消费额汇总以及曲线展示。

远程控制管理：主要包括泵站远程控制功能；通过不同级别层次展示出各自管辖的泵站，针对泵站进行实时控制管理（用户剩余水量报警值、水位基位及上下限、水压上下限值、年度可开采水量、继电器状态控制、自报时间间隔配置、计费参数信息配置）。

基础数据维护：主要包括卡号信息维护、水泵信息维护、用户审核、用户卡号分配、用户权限分配、密码修改。

3.2.2 手机APP软件。智能灌溉APP是信息化云平台的数据层为基础，为灌溉用户（村民）和行政用户（村/镇/县/市/省各级管理员）提供灌溉记录和能耗统计等数据查询的安卓手机应用。

灌溉用户以射频卡ID号登陆，可查询所有灌溉记录，包括灌溉时间，灌溉用水量、灌溉用电量、本次灌溉金额、剩余灌溉金额、年可用电量、累计用水量、累计用电量等信息。

行政用户分为村级行政用户、乡镇级行政用户和县市级行政用户。村级行政用户可查询所辖范围内所有泵的灌溉记录，包括：每座泵站的灌溉记录，所有泵的累计用水量、累计用电量，年可开采水量、年可用电量等信息。

4 结语

高效灌溉工程的设计，可使项目区农田灌溉条件将有很大改善，农田质量、农业生产管理水平也将随之提高，种植结构更加优化、合理，灌溉周期缩短，浇水及时，肥料的利用率提高，促使作物增产。另外，可使项目具有显著的节水、节能、节地、省工的效果。