東北地區園林綠地自動噴灌系統設計及應用

張健

（松原職業技術學院，吉林 松原 138005）

東北地區園林綠地自動噴灌系統設計及應用

張健

（松原職業技術學院，吉林 松原 138005）

園林綠地自動噴灌技術是當今國際上較為流行實用的并具有一定先進性的園林綠地灌溉節水技術。目前，在我國部分地區園林綠地自動噴灌工程已經逐步推廣和廣泛設計應用。東北地區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進行自動噴灌系統的設計及應用，包括場地勘察、數據采集、系統組成、設計特點、布管施工、應用效果等多個方面，取得良好的實際應用效果。該項目自動噴灌系統的實際應用打破了人們傳統的思想認識——在東北地區地凍天寒的惡劣氣候影響下無法進行園林綠地自動噴灌系統的設計和應用，為東北其它地區進行園林綠地自動噴灌系統的規劃設計和實際應用提供一定的技術支持和參考依據。

東北地區；綠地；自動噴灌；設計；應用

隨著人類現代科學技術的快速發展，灌溉技術已經發生了巨大的變化。自動噴灌系統由于其具有節水、運行穩定、無需人工干預等諸多優點，日益獲得廣泛應用[1]。但現有裝置一般針對農田、綠地等需水量大的作物[2]。東北地區松嫩平原地域廣闊，氣候類型主要為溫帶季風氣候，冬季較長，年降水量平均為431.3mm，年蒸發量為1211mm。松原市行政區域呈西南至東北走向，地形為兩邊高中間低。西部與半干旱區的白城市毗鄰，年降水量最少；而東部則與半濕潤至濕潤區的長春市接壤，年降水量明顯增多[3]。松嫩平原地區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。綠地噴灌系統是綠地植被維護與管理中極為重要的一個組成部分[4]。現就東北地區松嫩平原某園林綠地自動噴灌系統的設計及應用過程做以下簡要闡述，為其它東北地區綠地噴灌系統的設計、選型、配套、施工等提供一定的參考數據。

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。經建設單位要求后，擬修建自動噴灌系統。綠地內植物生長狀況一般，種植土厚度在20～40cm，40cm以下部分為廠房磚石基礎及建筑垃圾，部分植物根系較淺，夏季干旱少雨季節植物容易出現缺水癥狀。

2 數據采集

對該園林綠地使用南方RTK進行現場實地勘測和數據采集，獲得該區域的基本測繪數據資料。同時，在該綠化地范圍內隨機選取6個點做土壤成份分析化驗，土壤樣品的深度控制在15～20cm之間，每一點采取的土樣厚度、深淺、寬窄大體一致，每份樣品重量約1kg，并進行實驗室化驗分析，土壤樣品分析結果為草甸黑鈣土。綠化地內原綠化井地下水位深度為4.6m，井深11m。從綠化地內原有水井內抽取2L地下水，對水質樣品進行水質化驗分析，檢測水質化驗結果為Ⅳ類，可以用于園林綠化植物的日常澆灌工作。

3 系統組成

該自動噴灌系統由水源井、潛水泵、主管道網、支管道網、噴頭、模塊控制系統等組成。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的揚程，水源井的日出水量為180m3左右。管道系統設計為將水泵加壓后的灌溉用水通過主管道網和支管道網輸送到各個綠化區域，需要承受較大來自管中水的壓力（5～6kg/cm2）。主管道網設計為PE90mm，支管道網設計為PE63mm、PE32mm。其中支管道PE63管道中當水流速為4m/s時，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備，它可將管道中有壓力的水集中分散成細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°旋轉噴頭，有效噴灑半徑為15.2m。模塊控制系統設計為ESP4M模塊控制器基礎型4站（Rain Bird IESP4MCHI）外加3站模塊組合。同時使用信號線連接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交流電磁閥。自動噴灌系統主要部分材料見表1。

表1 自動噴灌系統主要部分材料

4 設計特點

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

圖1 某廠區機關院內園林自動噴灌工程平面布局

5 程序設定

通過對Rain Bird ESP4M模塊控制器來設置當前系統基準時間。ESP4M模塊控制器有3個獨立的運行程序A、B、C 3種。該模塊控制器有4種灌溉循環模式，分別是：奇數天灌溉、偶數天灌溉、31日循環、常規周循環。可選取4種灌溉循環模式之一來設置灌溉周期。其中31日循環指按1～31d間隔天數周期灌溉。常規周循環指按周指定某一天灌溉。本綠化區域劃分為6個區并設計對應的6個站，每站可設置運行時間0～4h（以1min為單位遞增）。每天可設置啟動灌溉次數0～12次（3個程序，每個程序4次）。

模擬程序設定方案實例：A程序，某日早晨8：00，一站8：00開始工作并運行10min后，二站于8：10開始運行10min，三站于8：20開始運行10min，以此類推。ESP4M模塊控制器具有站點延時設置，使水源得到補充或慢關閥門，防止水錘產生；當日下午15：00，一站開始工作并運行20min后，二站于15：20開始運行20min，三站于15：40開始運行20min，以此類推。B程序，可再次設置工作站啟動時間和工作站的運行時間。可隨時調整自動噴灌灌溉時間及運行時間，使ESP4M模塊控制器時間運行到設置灌溉時間后自動啟動水泵和相對應電磁閥，并按照設置灌溉時間和灌溉周期交替式運行。如果遇到雨季雨水進入到雨量傳感器內，雨量傳感器對模塊控制器發出信號中斷灌溉操作程序。ESP4M模塊控制器有系統默認程序，遇到故障時可通過按鍵進行恢復。如果增強的診斷回路報警性能發揮作用，則程序受到傳感器中斷，短路及程序錯誤等現象發生，液晶顯示器會顯示報警顯示燈及檢測信息。

6 水力計算

選擇噴頭噴嘴時考慮噴頭的水力性能是否適應當地植物和土壤的特點，要根據植物種類來選擇噴嘴大小（用霧化指標來表示），使系統的組合澆灌強度小于土壤的滲透速度。該綠化地范圍內土壤屬草甸黑鈣土，地表40cm以下有大量砂性土和廠區建筑基礎，因此選擇強度稍高的噴頭，工作壓力采用高壓、遠射程。

6.1 需水量

單位面積一次灌水量為灌水定額，當土壤含水量達到適合園林植物生長的下限時就應進行灌溉，每次灌水不能超過土壤的保水能力，以免發生深層滲漏，灌水定額按下式計算[6]：

式中m設為設計灌水定額（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。根據公式計算得出該綠地區域內每平方米需水量為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 設計灌水周期

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

式中T設為設計灌水周期（d），W為植物最大日平均耗水量（mm/d）。根據公式計算得出該綠地區域內每平方米設計灌水周期為0.48d，半天澆水1次即可。

6.3 單次灌水所需的時間

確定一次灌水所需的時間，先需要分析噴灌系統的平均噴灌強度p系統[7]：

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

7 布管施工

根據噴灌工程設計圖紙進行現場施工放樣，因原有綠化地內被大量植被所覆蓋，故采用人工挖掘管溝。使用自動安平水準儀進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。溝底內需平鋪細土或細沙后壓實再現場熱熔PE管材，在PE管材四周覆蓋細沙保護管材。所使用的主要材料見表2。

表2 主要材料

8 管道測試

管道系統布置完畢后，一般先不安裝噴頭，給壓注水清洗管道后再進行壓力檢測，防止管道內砂石堵住噴頭噴嘴。清洗完畢后在千秋架末端使用堵頭先把終端堵死，然后進行壓力檢測，使用高壓氣泵給管道內加壓觀察壓力表壓力達到6kg/cm2后關閉氣泵閥門，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行安裝噴頭作業，如有壓力丟失，則使用水泵注水并仔細檢查所有給水管道連接處有無漏水現象，若發現問題及時處理。管道無異常后方可安裝噴頭并調節好噴嘴的旋轉角度和噴嘴出水量，以達到最佳噴灑效果。噴頭調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，起到保護管材的目的。回填土中不得有大塊磚石，防止砸裂、擠壓給水管材。應在主管道的彎頭部位設置震堆，防止水錘頂爆水管。

9 應用效果

因該噴灌區域地貌較為復雜、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域，故使用調節螺旋調節噴頭噴灑的角度，使噴灑的范圍在綠化地范圍之內，達到很好的噴灑效果，起到節水、高效、環保的多種目的，噴灑效果見圖2。為保證管道內的壓力，噴灑工作按照每區輪換作業，保證噴頭出水的壓力在合理的范圍內。

圖2 綠化地內園林自動噴灌噴灑效果

[1]劉孝洋.一種高低壓自動轉換的節能噴灌噴頭裝置[J].安徽農業科學，2008，36（36）：235-258.

[2]李秀春，劉洪祿.節水灌溉自動化測控系統研究[J].節水灌溉，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和特征[J].吉林氣象，2008（1）：426，61.

[4]嚴海軍，鄭耀泉.兩種園林地埋式噴頭組合噴灑性能的模擬試驗[J].農業工程學報，2004（1）：84.

[5]Richard B.Choate.Turf Irrigation Manual[M].The Weather-matic Division of Telsco Industries，1994：148-153.

[6]潘愛兵.園林工程噴灌系統的規劃設計[J].山西水利，2005（4）：66.

[7]朱常平，劉富峰，王強，等.園林噴灌系統支管管徑優化研究[J].節水灌溉，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廠區園林綠化改造項目。

張健（1980-），碩士，講師，研究方向為城市園林綠化設計、施工及養護相關內容。Email：249554659@qq.com。