一個“海綿城市”綠化景觀智能節水微灌項目案例的初探及分析

劉興躍，楊宇星，王 瓊

(廣州市嘉卉園林綠化建筑工程有限公司，廣州 510420)

一個“海綿城市”綠化景觀智能節水微灌項目案例的初探及分析

劉興躍，楊宇星，王 瓊

(廣州市嘉卉園林綠化建筑工程有限公司，廣州 510420)

水資源一直是困擾人類的一個重大問題，合理的節水措施能有效緩解園林用水的緊張感。智能微灌技術的應用，大大節約了水資源且簡化了灌溉的過程。本文主要從智能微灌技術的概念、優點、工作原理、材料選擇等方面進行了分析，對廣州綠地節水灌溉的現狀進行了論述，并提出節水灌溉的重要意義和若干項建議。

海綿城市；綠化景觀；智能節水微灌技術；項目案例

園林綠化的開展必不可少的就是水的運用，它讓環境綠化變得更加優美。目前，廣州的城市綠化用水絕大部分仍來自于供居民使用的自來水，而花城廣州一直重視發展綠化工程，所以廣州在園林綠化部分也是用水的主力軍之一?！秶鴦赵宏P于做好建設節約型社會近期重點工作的通知》(國發[2005]21號)中提道：改革開放以來，我國推進經濟增長方式轉變取得了積極進展，資源節約與綜合利用取得一定成效。但總體上看，粗放型的經濟增長方式尚未得到根本轉變，我國淡水、土地、能源、礦產等資源不足的矛盾更加突出，環境壓力日益增大。加快建設節約型社會，以提高資源利用效率為核心，以節能、節水、節材、節地、資源綜合利用和發展循環經濟為重點，推進節水技術改造，推進高耗水行業節水技術改造，推進節約資源科學技術進步。因此，節水技術的提高是響應國家節約政策的號召。

廣州水資源總量很大，但是淡水資源仍然短缺，人均占有量不足全國人均值的50%。雖然雨量十分豐富，但季節性短缺問題也很嚴重，降雨主要集中在4月—9月，其他季節降雨明顯不足。到2020年，廣州的供水問題將更為嚴峻。因此，運用新技術大力提高廣州園林綠化的用水率，對城市綠化的持續健康發展具有重要意義。

基于以上現狀，為解決園林綠化用水問題，智能微灌技術應運而生，從2003年開始，我國就大力推廣實施智能節水微灌項目，均取得了顯著成效。國務院批復《廣州市城市總體規劃》要求提道：劃定城市藍線保護范圍，落實最嚴格的水資源管理制度，控制地下水開發利用，提高水資源利用效率和效益，建設節水型城市。因此，廣州市海珠區智能節水微灌項目引進新的技術，打破傳統觀念，迎來創新，從技術上高能高效的管理，真正做到節能節水。綠化景觀智能節水微灌項目的實施，將使海珠區走在發展的前沿。

1 智能化節水灌溉技術的現狀

隨著現代工業向農業的滲透及微電子技術的應用，國外的設施農業不斷向智能化方向發展。其中以美國等國家最為突出，而我國的智能化技術與發達國家相比存在很大的差距。雖然智能化節水灌溉在我國已有所探索并在局部區域開始運用，但這只是小范圍的，尚沒有形成一個完整的產業體系，也沒有做到大范圍的推廣。但從2012年國務院印發《國家農業節水綱要(2012—2020年)》給出了到2020年灌溉水有效系數達0.55以上的發展目標后，我國的智能化節水灌溉項目才開始快速發展。而廣東海珠區的智能化灌溉項目發展，說明了廣州智能化灌溉技術將迎來高速發展期。

2 海珠區“海綿城市”綠化景觀智能節水微灌項目概況

本次項目的選址位于海珠區新窖立交東西邊綠化地、新港東路中間綠化地塊。這兩個地點也是廣州市海珠區的重要節點，兩個地方的現狀條件都比較需要智能微灌技術。

新窖立交東西邊綠化地：綠地面積約47 200 m2，面積是兩個地點中最大的且地塊較多，車道復雜，車流量很大，人工澆水困難且較為危險，所以適合做遠程自動控制。

新港東路中間綠化帶段(從磨碟沙地鐵口堆出中間帶至琶洲展館科韻路交匯處)，綠地面積約22 500 m2，形狀呈長條形，植被類型多樣，位于道路的中央，水車澆水會嚴重影響交通，特別是琶洲展館舉行活動期間，更是車水馬龍，在琶洲會展中心一帶運用能方便后期的維護，更能提升海珠形象，使海珠區走在廣州十區前沿。

另外，隨著城市的車輛越來越多，道路交通越來越擁堵，現存的灑水車澆灌方式也越來越顯得不協調，而人工澆灑的方式效率低下，人工勞動強度大且工作環境危險，此方式更是未來淘汰的對象。智能灌溉系統可以良好的解決這些問題。

3 智能節水微灌項目的特點

3.1 傳統技術的缺點

A.傳統的人工灌溉會在各種外部因素的作用下導致土壤板結，結構發生破壞且土質干燥后容易使土面變硬，影響植物的正常生長。B.人工淋水的過程很難進行把握，澆水的不均勻性會產生死角，并且容易形成地表徑流，造成水資源的浪費。C.水車淋水一天使用水量約為180 m3，并且車輛1 800元/d、人工費用200元/d，水費900元/d，合計成本支出約2 900元/d。D.使用智能灌溉對地段交通不產生壓力，并且一天使用水量≤126 m3，人工費用500元，耗電量約130 kW·h/d，約156元/d。水車淋水與智能灌溉的全年成本支出對比表，如表1所示。

表1 水車淋水與智能灌溉成本支出對比表

注：a.華南地區最大蒸發量為4 mm/d，以上數據是按照最大值計算；每年澆水天數按295 d計。b.每噸水加壓耗電量約1 kW·h，電費按照1.2元/kW·h計，水費按5元/t計。c.人工澆灌用水量是往年澆灌實際用水量，自動及智能是理論計算量。

由表1可見，智能噴灌技術的成本明顯較水車淋水要低很多。

3.2 智能微灌器的優點

A.均勻度高。滿足整體植被灌溉的總用水量最低，節省用水。B.灌溉強度低。小于等于植被區域土壤水分入滲速率，避免形成地表徑流，做無效灌溉。C.多種灌水器，適應不同植被的灌溉形式(微噴、滲灌等)。微噴形成的水霧能夠有效降低空氣中灰塵的含量(PM2.5)，凈化環境，美化植被，改善氣候。較低的微噴及中等微噴如圖1、圖2所示。D.自動灌溉?？勺龅蕉〞r定量(夜晚)，錯峰用水用電。夜晚澆水更可以減少因光照和溫度造成的蒸發浪費，做到高效灌溉。E.自動控制系統配置高精度氣象傳感器，可做到雨天不灌，冷天少灌。同時配合電腦使用，可讀取區域內ET值(蒸騰蒸發量)。

圖1 較低的微噴Fig.1 Lower micro-spray

圖2 中等微噴Fig.2 Medium micro-spray

3.3 智能灌溉系統的優點

A.此種灌溉方式可以實現手機、PAD和電腦等多種登陸方式，只要能夠連接互聯網，就能進行灌溉系統的操作，便于使用者管理系統。B.集中化控制，使用戶可以統一進行管理，隨時可以通過現場傳回的圖像和信息掌控現場的各種情況。對不同地方的管理信息可準確、快捷的反饋給管理者。C.可采用有線、GPRS、GPS、網線等多種連接方式，解決不同區域的連接問題。D.除了人工管理之外，系統還可以智能化管理，根據不同傳感器 (光照、風速、溫度等)傳回的數據，計算各自的用水量，精確補水。同時，在同一個水源條件下，可自動分配灌水順序，調配用水量，避免出現“搶水”造成的水壓不足，從而引起灌溉效果差的問題。

4 智能微灌系統的工作原理

4.1 系統的組成

系統的組成包括控制系統和管網系統。

控制系統包含：中央控制電腦、控制器、電磁閥、傳感器。管網系統包含：水源、首部樞紐、管網、灌水器、傳感器。

4.2 智能節水微灌設備選型依據

A.本項目是集環保與科研于一體的試點項目，需要選用精確、可控可靠的材料。B.選用美國進口HUNTER滴灌、微噴、噴灌等灌水器。保證設備采用的原材料是非再生塑膠，設備參數真實可靠。C.選用GREENMAN整體式泵站，保持景觀一致性。D.本項目應用成功，需大面積推廣。

4.2.1 噴頭

選用美國進口HUNTER噴頭。Hunter無滲漏密封技術，高強度彈簧，如圖3所示。大濾網、抗風性能好、抗堵塞性能好等，如圖4、圖5、圖6所示。

圖3 Hunter的“無滲漏”密封技術Fig.3 “No leakage”seal technology of the Hunter

圖4 噴頭的堅固外殼Fig.4 The solid shell of nozzle

圖5 濾網Fig.5 Filter

●維護方便

●超大濾網抗堵塞性能更好

●濾網的過濾面積是其他同類產品的4倍

圖6 噴頭Fig.6 Nozzle

●不同彈升高度

●適合不同類型植物

以上是噴頭的一些小的零部件，均選用高質量的產品，以確保噴頭在運行中的效果。噴頭在坡度上的工作效果，如圖7所示。

圖7 噴頭在坡度上的工作效果Fig.7 The work effect of nozzle in the slope

4.2.2 滴灌管

選用美國進口HUNTER滴灌管。主要材料有：內鑲式壓力補償滴頭、內置止溢閥、 高柔韌性管材。

內鑲式壓力補償滴頭具有優異的均勻度，內置止溢閥能夠防止系統停止時低處的滴水，高柔韌性管材非常不容易被折彎，工作時壓力一般在1.0～3.5 Bars，出水量較一致，并且材料中有一種防紫外線材料，很明顯它具有抗紫外線等功能。運行時實際的效果，如圖8、圖9所示。

圖8 滴管效果Fig.8 Drop tube effect

圖9 滴管效果Fig.9 Drop tube effect

4.2.3 微噴

選用美國進口的HUNTER微噴頭，它能夠根據實際的需要調整射程，運行時工作壓力低且霧化效果很好，能夠形成局部的小氣候，對改善環境也有好處。微噴設備如圖10所示。

圖10 微噴設備Fig.10 Micro-spray equipment

4.2.4 控制器

選用美國進口HUNTER控制器?？梢月摻印皟删€制”雙絞線路達6路，各種傳感器都能與之進行匹配。它的強大之處還在于能雙向確定激活解碼器，所以大大降低了施工中的開挖量，縮短了工期，減少對現有綠化環境的破壞。一個有效且好的傳感器配置能夠迅速將系統運行過程中產生的故障及時反饋給管理者，以便管理者進行后續的操作，這種控制器使操作更加簡便且智能。

4.2.5 氣象站

選用TOPPO氣象監測設備，采用集中控制、遠程控制相結合。氣象監測設備如圖11所示?？蓪崿FPC端、手機端同時操作，如圖12所示。多種連接方式，可檢測不同綠地灌溉形式。采用調節植被區域內小氣候，降低PM2.5值。

圖11 氣象監測設備Fig.11 Meteorological monitoring equipment

圖12 手機登錄管理Fig.12 Mobile login management

4.3 系統運行原理

使用者預先輸入運行參數(啟動時間、運行時間等)，電腦端將數據下發給控制器，控制器執行程序，啟動水泵、電磁閥等相關部件，安裝在現場的傳感器將運行數據反饋給中控系統，電腦軟件根據數據調整灌水程序，同時判斷運行數據是否正常，如果出現設定外的異常情況，中控系統將部分關閉或全部關閉，避免爆管等造成事故。自動化控制網如圖13所示，灌溉系統的技術原理如14所示。

圖13 自動化控制網Fig.13 Automated control network

智能控制系統的另外一個特點是可以無限擴展所管轄的范圍，以立交橋為中心，可將周邊的綠化灌溉系統有秩序的接入。接入后原來各自獨立的系統可通過中央計算機統一協調、分配資源，有效避免灌溉高峰水、電等“擁堵”狀況。

圖14 灌溉系統的技術原理Fig.14 Technical principles of irrigation systems

灌溉物聯網還可以遠程檢測植物的生長狀態，通過無線攝像頭遠程檢測作物長勢及設備工作狀態、利用無線傳感器定時采集溫濕度和光照的數據，并且進行土壤水分的分析且實時播報，使灌溉變得更加快捷、全面、高效。灌溉物聯網如圖15所示。

圖15 灌溉物聯網Fig.15 Irrigation network

5 項目的經濟社會效益

根據一年中兩種灌溉方式的數據統計，使用智能微灌技術在同樣的時間內，全年支出的總金額會比水車淋水節約3倍，而且水量也會節約近一半?？梢姳卷椖考春Ｖ閰^“海綿城市”綠化景觀智能節水微灌項目的實施，在城市可持續發展建設中具有重要意義，是節水型園林建設的重要舉措之一，可為綠地管理養護節省費用。

6 結語

智能灌溉系統需要1～2人管理和維護系統的正常運行。系統保養需考慮設備磨損和損壞部分的費用，系統使用壽命為5～10年。綠化景觀智能節水微灌項目的建設具有必要性和重要意義，本項目的實施是城市可持續發展的必由之路，是全面建設節水型園林綠地的重要措施之一。本項目的建設能改善海珠區的綠地灌溉現狀，大大節省城市綠地建設與養護的費用，有利于海珠區城市建設的發展。

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Exploration and analysis on the green landscape intelligent water-saving micro-irrigation project of a “sponge city”

LIU Xing-yue, YANG Yu-xing, WANG Qiong

(Guangzhou Jiahui Landscaping Construction Ltd., Co., Guangzhou 510420, China)

Water resource has been a major problem for mankind, and reasonable water-saving measures can effectively alleviate the tension of garden water. The application of the intelligent micro-irrigation technology can save water resources and simplify the process of irrigation. The concept, advantages, working principle and material selection of intelligent micro-irrigation technology were analyzed. This paper introduces the present situation of water-saving irrigation in Guangzhou green space, and puts forward the important significance and some suggestions of water-saving irrigation.

Sponge city; Green landscape; Intelligent micro-irrigation technology; Project case

2017-04-18

劉興躍(1980-)，男，高級工程師，現任廣州市嘉卉園林綠化建筑工程有限公司總經理。

S274

A

1674-8646(2017)14-0161-05