园林草坪灌溉设计基础

园林草坪灌溉设计基础作者：李光永黄兴法简介：灌溉是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均、保证适时适量地满足草坪生长所需水分的重要措施。以往的草坪绿化工程，很多没有配套完整的灌溉系统，灌水时只能采用大水漫灌或人工洒水。不但造成水的浪费，而且往往由于不能及时灌水、过量灌水或灌水不足，难以控制灌水均匀度，对草坪的正常生长产生不良影响……第一章概述灌溉是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均、保证适时适量地满足草坪生长所需水分的重要措施。以往的草坪绿化工程，很多没有配套完整的灌溉系统，灌水时只能采用大水漫灌或人工洒水。不但造成水的浪费，而且往往由于不能及时灌水、过量灌水或灌水不足，难以控制灌水均匀度，对草坪的正常生长产生不良影响。随着城镇建设的不断发展，城市人口大量集中，工业和生活用水迅速增加，旅游、休闲、运动场及居民小区等各种绿地面积越来越大，城市供水的紧张状况日益突出。传统的地面大水漫灌已不能满足现代草坪灌溉的要求，采用高效的灌水方式势在必行。现代园林草坪灌溉的方法主要有喷灌和微灌技术，如果我们想使整个面积都得到相同的水量，通常用喷灌，如草坪灌溉。如果我们想让某一特定区域湿润而使周围干燥时，可采用微喷灌或滴灌，如灌木灌溉。滴灌有时也用于草坪地下灌溉。园林草坪喷微灌技术以其节水、节能、省工和灌水质量高等优点，越来越被人们所认识。第一节园林草坪喷灌的特点园林草坪是为改善环境、增加美感、陶冶性情等目的而栽植的，因此要求它们最好常年生长皆绿，每年只需剪而不必种植，另外，草坪使土壤渗吸速度降低，要求采用少量频灌法灌溉，而且为了节约劳力和资金、提高喷灌质量的要求，园林草坪灌溉大多采用自动化控制固定式喷灌系统。要求水质和喷洒质量较为严格，特别是对高级观赏植物和高尔夫球场的草皮，要求喷灌均匀度较高，如有漏喷或喷洒过量。都会造成严重损失。草坪喷灌多数在夜间进行，其原因之一是草坪白天喷灌，蒸发损失大。一般夜晚喷灌时能比白天少消耗10％以上的水量；原因之二是有些草坪白天不允许喷洒，如高尔夫球场进行比赛、公园娱乐区进行文娱活动等。喷灌系统不能影响草坪的维护作业。草坪需要经常性的修剪、植保、施肥等，这些作业往往由机械完成。因此，需要选择特殊的设备。喷灌系统在满足草坪需水要求的同时，需充分注意景观和环境效果。精心设计的喷灌系统，通过正确选择喷头和进行喷点的布置，不仅能满足草坪需水，而且在灌水时可以形成水动景观效果。第二节喷灌系统的组成一个完整的喷灌系统一般由水源、首部枢纽、管网和喷头等组成。水源：一般多用城市供水系统作为喷灌水源，另外，井泉、湖泊、水库、河流也可作为水源。在草坪的整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要求。首部枢纽：其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。当城市供水系统的压力满足不了喷灌工作压力的要求时，可建专用水泵站或加压水泵室或专用水塔，有时可在自来水管路上加装一台管道泵即可。管网：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域。由不同管径的管道组成，如干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。同时，应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。喷头：喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在草坪种植区域。第二章喷灌水力学基础水力学是研究液体特性（静止和运动状态）的一门学科。依据水力学知识设计的管网，可以大大减少灌溉系统的投资和在运行过程中的维护保养费用。通过控制水的流速，可以减少水流在管网系统中的压力水头耗损。而不符合水力学特性的设计，会使喷灌系统的灌水质量降低、工程费用偏大和浪费水资源，并有可能使管受力过大,甚至导致管道破裂。因此管网水力学分析对于减少工程造价、提高灌溉效率和灌溉质量等都具有很重要的作用。为了能正确设计喷灌系统，我们首先需要掌握一些有关水的知识。第一节静水压力1升水重1kg，即水的比重为1000kg/m3。在重力作用下，水总是由高处流向低处，一个重要的概念就是水压力（也称水头），它是指水对单位面积上作用力的大小，其计算公式如下:式中，P－水压力（kPa）；F－作用力（N）；A－面积（m2）。这种水压力是由被测点以上水的重量所产生的。假设有10cm2的面积，该面积上作用力的大小，简单地说就是它上面的水柱的重量。水柱重量越大，作用力越大，水压力也就越大。底面积为0.01m2的柱状容器充0.3米高的水后，容器底部水压力为：P=W/A=(1000kg/m3*0.3m)/(0.01m2)=30000kg/m2=294000N/m2=294kPa如果底面积为0.01m2的柱状容器充0.6米高的水，则容器底部压力为：P=W/A=(1000kg/m3*0.6m)/(0.01m2)=60000kg/m2=588000N/m2=588kPa一个底为0.01m2的容器充入0.3m深的水，不论是柱状容器还是其它形状的容器，0.3m深的水对其作用的水压力都是294kPa，。如果水深加倍的话，容器底部所受的压力也加倍，即294*2=588kPa。因此，水压力还可用“水头高度”或简称“水头”来表示。压力与水头之间的相互转换关系为：1m水头=10kPa，60m水头高即为600kPa。静水压力是指水不流动的封闭系统中水的压力。一条充满水的管子，阀门全部关闭，系统中的压力即静水压力，静水压力是一个系统所能获得的最大的压力。如图2－2所示，水塔水位高度60米，输水管道埋深1米，地面有起伏，B点地面比A点和C点高0.5米。当输水管道末端的闸阀关闭，管中充满水但没有水流流动时，管道中各个位置的水压力即为静水压力。根据静水压力的定义，图中管道a点、b点和c点的静水压力均为61米，而地面A点、B点和C点的静水压力分别为60米、59.5米和60米。第二节动水压力当阀门打开时，系统中的水就开始运动了，水在管道中流动时，水与管壁由于摩擦而产生压力损失，另外，连接件、阀门、水表和逆止阀等对水的流动都有阻力，这些阻力也会产生压力损失，使管道内水压力减低。动水压力，即水流流动状态下管道内的水压力，磨擦损失和高程变化都会使系统内的动水压力变化。如图2－3所示，将管道末端的阀门打开，管道中的水即成为流动的水，管网中各点的水压力即为动水压力，如果由于摩擦损失，水塔至A点、B点和C点的水头损失分别为0.1m、0.8m和1m，根据动水压力的定义，管道a点、b点和c点的动水压力分别为60.9m、60.2m和60m。而地面A点、B点和C点的水压力分别为59.9m、58.7m和59m。通过管道系统的水流大小影响摩擦损失的大小，即通过系统的水流越多，流速越大，压力损失越大。另外管道的大小尺寸也影响压力损失。压力损失或水头损失可以根据经验公式计算，也可以查表得到，这在后面的章节中我们要讲到。水流通过管道的速度快，除摩擦损失大外，大的水流速度还会引起一些其他问题。因此管道中的流速不能过大，根据经验，喷灌管道中可接受的最大流速为1.5m/s。流速超过1.5m/s时，其压力损失会急剧增大。第三章园林草坪喷灌设备第一节喷头常见的园林喷头主要有以下几类：一、升降式喷头这种喷头也称为升缩式喷头，不喷灌时整个喷头降到地面以下，而当压力水充满管道时，则在压力作用下升起，高出地面一定高度进行喷灌，高度为几厘米至几十厘米不等，对于草皮只要几厘米就可以了，而灌溉花卉则要升起几十厘米。常见的有以下几类。1、升降固定式喷头喷水部分是固定式喷头，有的是离心式的、有的是缝隙式的；由于固定式喷头一般工作压力仅为80～150kPa，这种喷头一般用自来水不需另外加压就可正常工作。离心式喷头一般只能作全圆喷洒，而缝隙式喷头则可以作扇形喷洒。如雨鸟1800系列即为典型的升降固定式喷头（图3－1）2、升降摇臂式喷头由一个摇臂式喷头与外罩两大部分组成，外形如图3-2所示。外罩的下部是容纳竖管与压力弹簧的套管，上部是容纳摇臂式喷头的外壳，在喷头顶部还装有连在一起的顶盖和喷头。当不工作时，由于管内压力下降，喷头、竖管及顶盖在重力与弹簧力的作用下，下降到与地面齐平，并把外壳盖住。工作时，在管内压力的作用下，喷头、竖管及顶盖升起，喷头的喷嘴高出地面进行喷灌。根据喷洒范围的要求，摇臂式喷头可以作全圆喷洒，也可以作扇形喷洒。由于摇臂式喷头工作压力一般为150～350kPa，所以这种喷头不适于直接利用自来水压力来喷灌。这种的喷头射程一般比固定式喷头大，比较适合在面积较大的开阔草坪使用。3、水轮驱动射流式喷头这种喷头的喷水部分多为射流式，但其喷嘴可以有若干个，而且都借助于内部的水轮带动喷嘴旋转。有的通过齿轮组传动（图3－3），也有的在水轮上装有可沿径向滑动伸缩的凸轮。当水轮旋转时，由于离心力的作用，凸轮伸长并撞击与喷嘴连在一起的驱动臂，使喷嘴作圆周旋转。这些齿轮和水轮大多数都是用工程塑料制造的（图3－4）。4、旋球驱动的射流式喷头利用一个金属旋球来驱动喷嘴旋转的喷头。在喷头下部有一个斜的进水孔，压力水进入腔室即形成高速旋转的水流，这水流冲击金属球在腔室上沿作圆周运动，此时金属球就不断撞击与喷嘴连接在一起的凸缘，使喷嘴作缓慢旋转。二、反作用式喷头它是一种射流式喷头，利用水舌喷出时的反作用力驱动喷管旋转（图3－5）。这种形式在家庭小花园中对喷射的射程要求不高时经常作用。为了美观，其外形常做成各式各样的，而且使其水舌喷出时形成各种各样的造型。为了便于在草地上拖动，这种喷头下常装有滑橇或小轮子。三、孔管式喷头用于园林喷灌的孔管式喷头多为小型移动式的，图3－6所示的即为其中一种。这是一种单列孔管，但是它将孔管做成弧形以扩大沿管轴线的喷洒范围，并由水轮驱动，使孔管绕轴线摆动。这样的喷头可以湿润一个10～14m×20m的矩形面积，工作压力仅100～200kPa，可直接利用自来水压力喷灌，很适合于庭院小草坪的灌溉，而且喷射水舌有似孔雀开屏，较为美观。四、可控制射程的摇臂式喷头由于园林喷灌多在人们活动较多的地方进行，因此常要求喷灌湿润范围有严格的边界。在一个系统里，一般用相同的喷头，这样，就很不容易精确地组合成某一特定的形状；况且系统工作压力不可能非常稳定，射程随着工作压力而变化，有可能喷射到灌溉范围以外的道路、亭台上去。因此有时在摇臂式喷头的喷嘴上方加一块可以调节角度的控制射程的板，通过调节其角度来调节喷头的射程（图3－7）。另外，摇臂式喷头的摇臂撞击喷管时，从摇臂前端导流器上溅出来的水流是与喷嘴喷出的水舌垂直的，这在扇形喷灌时就有可能喷到我们所不希望打湿的地方去。因此，也有的在导流器上再加上一节导流管，使得这一束水流喷射的方向改变，从而与喷嘴的主水舌相一致。这样就有可能严格控制扇形喷灌的湿润范围。草坪喷头还可按射程分类，有小射程喷头、中等射程喷头和大射程喷头；按调节方式分，有无工具调节和有工具调节喷头等。小射程喷头－一般为固定式散射式喷头，如美国雨鸟1800系列、UNI-Spray系列；美国尼尔森6300系列。这些喷头可选配各种喷洒形式和可调角度的喷嘴，喷灌强度较大。不但适用于小块草坪，也可用于灌木、绿篱的灌水和洗尘。这类喷头的喷嘴大多为“匹配灌溉强度喷嘴”，即无论全圆喷洒，还是半圆或90度及其他角度，其灌溉强度基本相同。这种特性对保证系统的喷洒均匀度极为有利。中等射程喷头－多为旋转式喷头，如雨鸟T-Bird系列齿轮驱动无工具调节喷头、R-50球驱动无工具调节喷头、Maxi-Paw摇臂式无工具调节喷头、5004齿轮驱动有工具顶部调节喷头；美国尼尔森5500系列、6000系列、6700系列。这些喷头适用于中型面积绿地的灌溉。大射程喷头－如雨鸟Falcon和Talon系列；美国尼尔森6500系列、7000系列和7500系列。除用于大面积草坪灌溉外，