張健

（松原職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 松原 138005）

東北地區(qū)園林綠地自動噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

張健

（松原職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 松原 138005）

園林綠地自動噴灌技術(shù)是當(dāng)今國際上較為流行實(shí)用的并具有一定先進(jìn)性的園林綠地灌溉節(jié)水技術(shù)。目前，在我國部分地區(qū)園林綠地自動噴灌工程已經(jīng)逐步推廣和廣泛設(shè)計(jì)應(yīng)用。東北地區(qū)為克服地域差異以及寒冷低溫、水源緊張、成本控制等多種因素影響，在松嫩平原某園林綠地內(nèi)進(jìn)行自動噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，包括場地勘察、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)組成、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、布管施工、應(yīng)用效果等多個(gè)方面，取得良好的實(shí)際應(yīng)用效果。該項(xiàng)目自動噴灌系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用打破了人們傳統(tǒng)的思想認(rèn)識——在東北地區(qū)地凍天寒的惡劣氣候影響下無法進(jìn)行園林綠地自動噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，為東北其它地區(qū)進(jìn)行園林綠地自動噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持和參考依據(jù)。

東北地區(qū)；綠地；自動噴灌；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

隨著人類現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，灌溉技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。自動噴灌系統(tǒng)由于其具有節(jié)水、運(yùn)行穩(wěn)定、無需人工干預(yù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，日益獲得廣泛應(yīng)用[1]。但現(xiàn)有裝置一般針對農(nóng)田、綠地等需水量大的作物[2]。東北地區(qū)松嫩平原地域廣闊，氣候類型主要為溫帶季風(fēng)氣候，冬季較長，年降水量平均為431.3mm，年蒸發(fā)量為1211mm。松原市行政區(qū)域呈西南至東北走向，地形為兩邊高中間低。西部與半干旱區(qū)的白城市毗鄰，年降水量最少；而東部則與半濕潤至濕潤區(qū)的長春市接壤，年降水量明顯增多[3]。松嫩平原地區(qū)新建或改建的園林綠地在考慮植物最佳生長效果的前提下，需要配以適宜的水量的方法之一就是建立自動噴灌系統(tǒng)。綠地噴灌系統(tǒng)是綠地植被維護(hù)與管理中極為重要的一個(gè)組成部分[4]?，F(xiàn)就東北地區(qū)松嫩平原某園林綠地自動噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程做以下簡要闡述，為其它東北地區(qū)綠地噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型、配套、施工等提供一定的參考數(shù)據(jù)。

1 場地勘察

該綠地為成品綠化地，綠地總面積為6000m2左右，種植20余種多年生植物。由于綠地內(nèi)植物生長需要充足水分，但通過自然降雨過程無法全部滿足。經(jīng)建設(shè)單位要求后，擬修建自動噴灌系統(tǒng)。綠地內(nèi)植物生長狀況一般，種植土厚度在20～40cm，40cm以下部分為廠房磚石基礎(chǔ)及建筑垃圾，部分植物根系較淺，夏季干旱少雨季節(jié)植物容易出現(xiàn)缺水癥狀。

2 數(shù)據(jù)采集

對該園林綠地使用南方RTK進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地勘測和數(shù)據(jù)采集，獲得該區(qū)域的基本測繪數(shù)據(jù)資料。同時(shí)，在該綠化地范圍內(nèi)隨機(jī)選取6個(gè)點(diǎn)做土壤成份分析化驗(yàn)，土壤樣品的深度控制在15～20cm之間，每一點(diǎn)采取的土樣厚度、深淺、寬窄大體一致，每份樣品重量約1kg，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析，土壤樣品分析結(jié)果為草甸黑鈣土。綠化地內(nèi)原綠化井地下水位深度為4.6m，井深11m。從綠化地內(nèi)原有水井內(nèi)抽取2L地下水，對水質(zhì)樣品進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)分析，檢測水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果為Ⅳ類，可以用于園林綠化植物的日常澆灌工作。

3 系統(tǒng)組成

該自動噴灌系統(tǒng)由水源井、潛水泵、主管道網(wǎng)、支管道網(wǎng)、噴頭、模塊控制系統(tǒng)等組成。其中，水源采用60m深水源井，無砂混凝土井管￠50cm。水泵為200QJ32-78單吸式潛水泵，擁有65m的揚(yáng)程，水源井的日出水量為180m3左右。管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)為將水泵加壓后的灌溉用水通過主管道網(wǎng)和支管道網(wǎng)輸送到各個(gè)綠化區(qū)域，需要承受較大來自管中水的壓力（5～6kg/cm2）。主管道網(wǎng)設(shè)計(jì)為PE90mm，支管道網(wǎng)設(shè)計(jì)為PE63mm、PE32mm。其中支管道PE63管道中當(dāng)水流速為4m/s時(shí)，流量為44.86m3/h。通過水的壓力大小來控制水的流量快慢，從而決定噴頭有效噴灑的半徑范圍。噴頭是噴灌的專用終端設(shè)備，它可將管道中有壓力的水集中分散成細(xì)小的水滴均勻散布到綠地中。噴頭采用雨鳥（Rain Bird 5004PC）地埋式升降360°旋轉(zhuǎn)噴頭，有效噴灑半徑為15.2m。模塊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為ESP4M模塊控制器基礎(chǔ)型4站（Rain Bird IESP4MCHI）外加3站模塊組合。同時(shí)使用信號線連接B系列2"24V交流電磁閥（Rain Bird 200PEB），用于主模塊控制器操控各個(gè)交流電磁閥。自動噴灌系統(tǒng)主要部分材料見表1。

表1 自動噴灌系統(tǒng)主要部分材料

4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

根據(jù)該綠化區(qū)域植被分布情況和地表實(shí)際高差狀況，在保證主管道網(wǎng)、支管道網(wǎng)管道壓力的前提下一并考慮越冬前管道系統(tǒng)排水防凍的要求，對整個(gè)區(qū)域布局劃分為6個(gè)灌溉區(qū)（見圖1），分別由6個(gè)Rain Bird 200PEB電磁閥進(jìn)行獨(dú)立控制管道開關(guān)，通過雙芯信號線連接Rain Bird ESP4M模塊控制器。園林噴灌系統(tǒng)中，正方形和正三角形兩種布置形式應(yīng)用最多[5]。每個(gè)灌溉區(qū)根據(jù)地勢起伏狀況，在地勢最低點(diǎn)位置設(shè)計(jì)排水閥，保證入冬之前將管道內(nèi)的水及時(shí)排凈。根據(jù)每個(gè)區(qū)域的所處的位置，設(shè)計(jì)1～2個(gè)快速取水閥井，場地工作人員根據(jù)用水需要，使用快速取水插頭插入到快速取水閥門里面，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)即可獲得足夠壓力的水源，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)插頭即可關(guān)閉水源。

圖1 某廠區(qū)機(jī)關(guān)院內(nèi)園林自動噴灌工程平面布局

5 程序設(shè)定

通過對Rain Bird ESP4M模塊控制器來設(shè)置當(dāng)前系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)間。ESP4M模塊控制器有3個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行程序A、B、C 3種。該模塊控制器有4種灌溉循環(huán)模式，分別是：奇數(shù)天灌溉、偶數(shù)天灌溉、31日循環(huán)、常規(guī)周循環(huán)?？蛇x取4種灌溉循環(huán)模式之一來設(shè)置灌溉周期。其中31日循環(huán)指按1～31d間隔天數(shù)周期灌溉。常規(guī)周循環(huán)指按周指定某一天灌溉。本綠化區(qū)域劃分為6個(gè)區(qū)并設(shè)計(jì)對應(yīng)的6個(gè)站，每站可設(shè)置運(yùn)行時(shí)間0～4h（以1min為單位遞增）。每天可設(shè)置啟動灌溉次數(shù)0～12次（3個(gè)程序，每個(gè)程序4次）。

模擬程序設(shè)定方案實(shí)例：A程序，某日早晨8：00，一站8：00開始工作并運(yùn)行10min后，二站于8：10開始運(yùn)行10min，三站于8：20開始運(yùn)行10min，以此類推。ESP4M模塊控制器具有站點(diǎn)延時(shí)設(shè)置，使水源得到補(bǔ)充或慢關(guān)閥門，防止水錘產(chǎn)生；當(dāng)日下午15：00，一站開始工作并運(yùn)行20min后，二站于15：20開始運(yùn)行20min，三站于15：40開始運(yùn)行20min，以此類推。B程序，可再次設(shè)置工作站啟動時(shí)間和工作站的運(yùn)行時(shí)間?？呻S時(shí)調(diào)整自動噴灌灌溉時(shí)間及運(yùn)行時(shí)間，使ESP4M模塊控制器時(shí)間運(yùn)行到設(shè)置灌溉時(shí)間后自動啟動水泵和相對應(yīng)電磁閥，并按照設(shè)置灌溉時(shí)間和灌溉周期交替式運(yùn)行。如果遇到雨季雨水進(jìn)入到雨量傳感器內(nèi)，雨量傳感器對模塊控制器發(fā)出信號中斷灌溉操作程序。ESP4M模塊控制器有系統(tǒng)默認(rèn)程序，遇到故障時(shí)可通過按鍵進(jìn)行恢復(fù)。如果增強(qiáng)的診斷回路報(bào)警性能發(fā)揮作用，則程序受到傳感器中斷，短路及程序錯誤等現(xiàn)象發(fā)生，液晶顯示器會顯示報(bào)警顯示燈及檢測信息。

6 水力計(jì)算

選擇噴頭噴嘴時(shí)考慮噴頭的水力性能是否適應(yīng)當(dāng)?shù)刂参锖屯寥赖奶攸c(diǎn)，要根據(jù)植物種類來選擇噴嘴大?。ㄓ渺F化指標(biāo)來表示），使系統(tǒng)的組合澆灌強(qiáng)度小于土壤的滲透速度。該綠化地范圍內(nèi)土壤屬草甸黑鈣土，地表40cm以下有大量砂性土和廠區(qū)建筑基礎(chǔ)，因此選擇強(qiáng)度稍高的噴頭，工作壓力采用高壓、遠(yuǎn)射程。

6.1 需水量

單位面積一次灌水量為灌水定額，當(dāng)土壤含水量達(dá)到適合園林植物生長的下限時(shí)就應(yīng)進(jìn)行灌溉，每次灌水不能超過土壤的保水能力，以免發(fā)生深層滲漏，灌水定額按下式計(jì)算[6]：

式中m設(shè)為設(shè)計(jì)灌水定額（mm），hg為主要植物根系活動層的深度（mm），p為最大持水量；薺水為噴灌水有效利用系數(shù)。根據(jù)公式計(jì)算得出該綠地區(qū)域內(nèi)每平方米需水量為24.42mm/1000×1m×1m= 0.02442m3。本綠化地面積為6000m2，需水量為V= 6000m2×0.02442m3/m2=146.52m3。

6.2 設(shè)計(jì)灌水周期

灌水周期是指兩次灌水的時(shí)間間隔。在本噴灌設(shè)計(jì)中考慮到植物消耗水的最旺盛時(shí)期的允許最大時(shí)間間隔，依公式計(jì)算：T設(shè)=薺水×m設(shè)/W=75％× 24.42/37.8=0.48d

式中T設(shè)為設(shè)計(jì)灌水周期（d），W為植物最大日平均耗水量（mm/d）。根據(jù)公式計(jì)算得出該綠地區(qū)域內(nèi)每平方米設(shè)計(jì)灌水周期為0.48d，半天澆水1次即可。

6.3 單次灌水所需的時(shí)間

確定一次灌水所需的時(shí)間，先需要分析噴灌系統(tǒng)的平均噴灌強(qiáng)度p系統(tǒng)[7]：

式中q為1個(gè)噴頭的流量（m3/h），b為支管間距（m），l為支管噴頭間距（m）。

7 布管施工

根據(jù)噴灌工程設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場施工放樣，因原有綠化地內(nèi)被大量植被所覆蓋，故采用人工挖掘管溝。使用自動安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行溝底測量保證溝底坡度在1％左右，便于入冬之前越冬排水的需要，溝底必須平坦無磚石利刃等損壞PE管材的異物。溝底內(nèi)需平鋪細(xì)土或細(xì)沙后壓實(shí)再現(xiàn)場熱熔PE管材，在PE管材四周覆蓋細(xì)沙保護(hù)管材。所使用的主要材料見表2。

表2 主要材料

8 管道測試

管道系統(tǒng)布置完畢后，一般先不安裝噴頭，給壓注水清洗管道后再進(jìn)行壓力檢測，防止管道內(nèi)砂石堵住噴頭噴嘴。清洗完畢后在千秋架末端使用堵頭先把終端堵死，然后進(jìn)行壓力檢測，使用高壓氣泵給管道內(nèi)加壓觀察壓力表壓力達(dá)到6kg/cm2后關(guān)閉氣泵閥門，等待30min后觀察壓力表壓力是否有下降。如下降不明顯則可進(jìn)行安裝噴頭作業(yè)，如有壓力丟失，則使用水泵注水并仔細(xì)檢查所有給水管道連接處有無漏水現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。管道無異常后方可安裝噴頭并調(diào)節(jié)好噴嘴的旋轉(zhuǎn)角度和噴嘴出水量，以達(dá)到最佳噴灑效果。噴頭調(diào)試完畢后方可回填管溝土，在溝底和PE管材周圍用河沙鋪墊，起到保護(hù)管材的目的?；靥钔林胁坏糜写髩K磚石，防止砸裂、擠壓給水管材。應(yīng)在主管道的彎頭部位設(shè)置震堆，防止水錘頂爆水管。

9 應(yīng)用效果

因該噴灌區(qū)域地貌較為復(fù)雜、喬灌木較多，且不同植物的需水量有一定差異，故采用中等射程噴頭即可很好地控制噴灑范圍，滿足不同植物的需水要求。為防止噴頭噴水灑到綠地以外的區(qū)域，故使用調(diào)節(jié)螺旋調(diào)節(jié)噴頭噴灑的角度，使噴灑的范圍在綠化地范圍之內(nèi)，達(dá)到很好的噴灑效果，起到節(jié)水、高效、環(huán)保的多種目的，噴灑效果見圖2。為保證管道內(nèi)的壓力，噴灑工作按照每區(qū)輪換作業(yè)，保證噴頭出水的壓力在合理的范圍內(nèi)。

圖2 綠化地內(nèi)園林自動噴灌噴灑效果

[1]劉孝洋.一種高低壓自動轉(zhuǎn)換的節(jié)能噴灌噴頭裝置[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（36）：235-258.

[2]李秀春，劉洪祿.節(jié)水灌溉自動化測控系統(tǒng)研究[J].節(jié)水灌溉，2002（2）：27-29.

[3]王超穎，黃式琳，邢鳳娟，等.松原市雨量場的氣候分區(qū)和特征[J].吉林氣象，2008（1）：426，61.

[4]嚴(yán)海軍，鄭耀泉.兩種園林地埋式噴頭組合噴灑性能的模擬試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004（1）：84.

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[6]潘愛兵.園林工程噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)[J].山西水利，2005（4）：66.

[7]朱常平，劉富峰，王強(qiáng)，等.園林噴灌系統(tǒng)支管管徑優(yōu)化研究[J].節(jié)水灌溉，2007（3）：61.

Design and Application of Automatic Sprinkler Irrigation System in Garden Green Space in Northeast China

ZHANG Jian
（Songyuan Technical College1，Songyuan Jilin 138005）

Automatic sprinkler irrigation technology is more popular in today's international and practical and has a certain advanced landscape irrigation and water-saving technology.At present，in some areas of China，the automatic sprinkler irrigation project has been gradually popularized and widely used in design and application.Influence of variety in Northeast China to overcome regional differences and the cold temperature，water stress，cost control and other factors，the design and application of automatic sprinkler system in a green garden in the Songnen Plain in Northeast China，including many aspects of site investigation，data collection，system composition，design features，cloth pipe construction，application effect etc.，has good application effect.Application of automatic sprinkler system of the project of a people to break the traditional thinking and understanding，to the design and application of automatic sprinkler system landscape bad climate in the northeast of the freezing，provide technical support and reference for the design and application of automatic spray irrigation system of green space for other regions of northeast China.

Northeast region；Greenland；Automatic sprinkler irrigation；Design；application

S277.94

A

1002-3356（2016）06-0050-05

2016-11-12

大慶鉆探工程公司吉林探區(qū)廠區(qū)園林綠化改造項(xiàng)目。

張健（1980-），碩士，講師，研究方向?yàn)槌鞘袌@林綠化設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)相關(guān)內(nèi)容。Email：249554659@qq.com。