城市高架橋綠化滴灌系統設計相關問題探討

陳 金

(福州市規劃勘測設計研究總院 福建福州 350108)

0 引言

隨著城市不斷發展，城市高架橋不斷增多，在人們對城市景觀需求日益提高的情況下，高架橋綠化能夠緩解視覺疲勞、增加城市綠化率，因此顯得尤為必要，本文以福州市道慶洲過江通道工程為例，就高架橋綠化給排水設計相關問題進行探討。

1 工程概況

福州市道慶洲過江通道工程起于福泉高速公路福州連接線下洋村段，道路左右幅采取分離式布設于福泉高速公路兩側，向南延伸560m，至福州市倉山區三江路后，路線轉向東，以高架形式沿三江路平行建設734m(至規劃縱二路)后，路線轉向東南，以高架形式沿規劃縱二路平行布設，上跨南江濱路后，新建道慶洲大橋跨越烏龍江水域后，進入長樂市境內，路線上跨316國道(原203省道)后轉向東，以高架形式沿316國道延伸1.3km后，路線再轉向南跨過布設0.4km后，主線上跨沈海高速，終于長樂洞頭村，工程終點與福州東南快速通道營前至濱海新城段銜接。

本次設計為烏龍江南北接線高架橋綠化滴灌給排水設計。

2 高架橋綠化灌溉方式選擇

常用綠化灌溉方式有水車灌溉[1]、噴頭灌溉和滴灌灌溉。

水車灌溉一方面會占用高架橋車道，增加交通擁堵的可能性。另一方面水車灌溉范圍不好控制，高架橋花槽寬度很小，水很容易濺到橋下，對橋下路面行車造成干擾，故不適合。

噴頭灌溉同樣不好控制灌溉范圍，高架橋花槽寬度很小，雖然噴頭噴出的水流很細，不會對橋下路面行車造成干擾，但會造成水資源浪費嚴重，故不合適。

滴灌灌溉由于滴頭深入土壤中，灌溉范圍小而精準，且水分散失少，故節水效果好，同時結合電磁閥和時間控制器，能夠極大地減少維護成本，故本次高架橋綠化給水設計采用滴灌給水方式。

3 滴灌系統設計相關問題探討

3.1 滴灌給水系統設計

城市綠化滴灌系統用水一般采用自來水，首先需要確定的是市政管網給水水壓是否能滿足要求，若不能，則需設置加壓泵站進行二次加壓。根據CJJ58-2007中第3.1.3條的要求[2]，供水管網末梢壓力不應低于0.14Mpa，福州地區城市給水管水壓一般不小于0.16MPa，而滴灌給水系統中滴頭工作壓力不得小于0.1MPa.對于一般的人行天橋綠化，水壓能夠滿足要求，但對于本次的高架橋來說，水壓不能滿足要求，一是因為高架橋距離長，沿程損失大(烏龍江北側高架橋長約1700m;烏龍江南側高架橋長約2700m)；二是因為高架橋部分段為雙層，高度高，最高處約高出地面25m，斷面如圖1所示。

圖1 橋梁斷面布置圖

顯然，直接從市政給水管中取水不能滿足高架綠化給水水壓要求，必須經過加壓泵站進行二次加壓后才能滿足水壓要求。

3.1.1給水管布置

根據圖1橋梁兩側及中間均設置花槽，由于高架橋長度較大，為減少沿程損失，在花槽中設置主、支兩根給水管，主管負責輸水，支管負責配水，管材為PE管，如圖2所示。

圖2 花槽斷面示意圖

考慮花槽寬度較小，本次給水干管最大管徑取De110，隨著離取水點距離的增加，需水量也會減少，因此給水干管管徑逐級減少，主管管徑為De110～De50,此次設計每300m為一個標準段，從標準段中間開口接出支管，主管與支管之間設置電磁閥，支管向兩端延伸，管徑為de32，管長為150m,滴頭布置在支管上，布置間距為0.3m。

3.1.2加壓泵站

(1)加壓泵站位置的確定

加壓泵站位置選擇，一方面要考慮經濟因素，盡量降低沿程損失，減少泵站揚程，另一方面要滿足景觀要求。從經濟因素方面考慮，泵站設置在高橋橋中段位置最為合理，沿程損失小，泵站揚程小，但泵站布置在橋梁中段位置比較突兀，對道路景觀影響比較大，故此次泵站布置在橋梁起端處下方，由于有擋墻段遮擋，對景觀影響小。本次設計南、北岸各設置一座，加壓泵站為一體化泵站。

(2)揚程的確定

為防止回流污染，泵站進水管與水箱之間采用空氣隔斷，故無法利用市政給水管網壓力。揚程根據最不利點位置(即離泵站位置最遠點)滿足的水壓來確定，相關計算如下：

本次設計單個滴頭流量為2.0l/h,按供水1h計算，每150m綠化所需水量為1m3, 則烏龍江北岸單側綠化所需水量約11.3m3，總需水量為約34m3(橋梁兩側及中間共三處)，烏龍江南岸單側綠化所需水約18m3,總需水量約54m3(橋梁兩側及中間共三處)，為便于澆灌控制，每300m設置給水支管接口，每邊150m,用電磁閥控制，故以300m為一個計算單元。北岸分為6個計算段，南岸分為9個計算段。本次給水干管最大管徑取De110，隨著需水量的減少，給水干管管徑逐級減少。

根據海曾-威廉公式[3]：

可知從泵站出口開始的第一個計算段(管徑為De110)，水頭損失為0.682m。

第二個計算段(管徑為De110)，水頭損失為0.475m。

第三個計算段(管徑為De90)，水頭損失為0.807m。

第四個計算段(管徑為De90)，水頭損失為0.446m。

第五個計算段(管徑為De75)，水頭損失為0.451m。

第六個計算段(管徑為De50)，水頭損失為0.385m。

支管段(管徑為De32)水頭損失為1.563m。故總水頭損失約4.8m。

泵站吸水口處與橋梁最高處(同時也是最遠處)高差約25m，滴頭最小工作壓力0.1mpa,考慮部分安全水頭，本次北岸泵站揚程H=50m；南岸與北岸計算過程一樣，不再贅述，經計算南岸泵站揚程也為H=50m。

(3)泵站流量的確定

泵站流量根據一次澆灌同時供水的流量來確定。由于橋梁距離較長，總供水量較大，而綠化給水沒有必要全部同時供水，為減少造價，本次設計考慮將供水范圍分為3段逐段供水，故此次北岸泵站設計流量為15m3/h，南岸泵站設計流量為30m3/h，采用變頻控制設備。

3.2 滴灌排水系統設計

(1)澆灌余水及雨水

澆灌余水及雨水需及時排出，否則會影響植物生長。常規排水方式為在花槽下方設置排水管，收集澆灌余水及雨水，但本次由于花槽與防撞護欄結合，花槽下方無法安裝排水管，故此次設計在花槽底部設置碎石反濾層，在防撞護欄底部靠近橋面雨水口處開孔，澆灌余水及雨水經碎石反濾層后從開孔處排入橋面雨水口中。

(2)給水管余水

為防止冬天溫度過低凍壞給水管，需放空給水管內余水，本次設計在管道相對低點處設置排水球閥，當冬天有可能出現0℃以下時，關閉給水總閥，提前打開排水球閥排除給水管內余水。

(3)給水管排氣

給水管內存有氣體，一方面啟泵時易產生水錘現象破壞給水管，另一方面會減少管道給水斷面，影響澆灌效果，故本次設計在管道相對高點處設置排氣閥，給水干管除相對高點設置排氣閥外，在平順段每600m～800m設置排氣閥，以及時排除管道內氣體。

3.3 滴灌控制系統設計

本次設計滴灌給水系統從市政給水管網取水后，經加壓泵站加壓，由于泵站內設置有穩壓罐，滴灌給水系統一直處于穩壓狀態。每根配水管起端處均設置帶控制器的電磁閥，通過控制器可以預設電磁閥開啟和關閉時間，也可由手握遙控器遠程控制電磁閥的開關及重設電磁閥開啟和關閉時間，無需手動開關閥門。

本次設計滴灌給水系統分為3段，系統控制過程如下：當第一段滴灌給水系統預設澆灌開始時間到后，第一管段中各個電磁閥逐個開啟，對高架橋綠化植物進行澆灌，隨著澆灌的進行，給水管中水量減少，泵站內穩壓罐水壓下降，當下降至一定程度后，加壓泵站自動啟動運行，給水管中水量水壓保持穩定，第一管段滴灌預設澆灌結束時間到后，第一管段中各個電磁閥逐個關閉，第一管段澆灌停止，泵站內穩壓罐水壓上升，當上升至一定程度后，加壓泵站自動停止運行；當第二管段、第三管段滴灌給水系統運行方式與第一管段相同，整個澆灌給水系統運行為自動化，無需人工控制，使得后期運營管理極為方便，澆灌給水時間也可以精準控制。

4 結語

綜上所述，結合福州市道慶洲過江通道工程設計，從滴灌給水系統設計、滴灌排水系統設計、滴灌控制系統設計等方面，探討了給水管布置、加壓泵站位置、流量、揚程選擇、給水管排水、排氣及控制系統等問題。此外，還有其他細節需要根據工程實際情況進行分析及完善，目前滴灌技術在高架橋上的應用實例還不是太多，但由于其節水，維護管理方便的特點，前景會非常廣闊。

參考文獻

[1] 張華.滴灌技術在高速公路綠化養護中的應用[J].中國園藝文摘，2016(7):91-92.

[2] CJJ58-2007 城鎮供水廠運行、維護及安全技術規程[S].2007.

[3] 嚴煦世 ，范瑾初.給水工程(第四版)[M].北京：中國建筑工業出版社, 2010.