园林草坪自动喷灌系统方案设计全案

托普物联网开创智慧农业新时代！园林草坪自动喷灌系统方案设计全案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。精心设托普物联网开创智慧农业新时代！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。1.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。2.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。3.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。4.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。第三章园林草坪喷灌系统设计原理第一节：收集资料收集现场资料是设计过程中非常重要的一步。完整和准确的田间信息资料对于喷灌系统的正确设计是很有必要的。如果没有田间现场的准确资料，就不可能有准确的灌溉系统设计。1.园林的布局应有标有尺寸或有比例的平面图，比例尺最好为1/100~1/200。图上应标有托普物联网开创智慧农业新时代！草地边界、建筑物（包括窗户和门的位置）、灌木、乔木、树篱、花坛、小路、电线杆、围墙等的形状、高度与位置及其他的地貌特征。在有斜坡面的时候，要注明坡度，同时，不允许喷洒的地方（如对着草坪的窗户等）也应在图中做出标注。总之，图上应标出所有可能对灌溉系统造成影响的因素，以及可能会因灌溉水洒在上面而受到影响的东西。如果没有现成的图就要自己实地测量绘制。2.了解植物的种类和特性不同的花卉对水分的需求是明显不同的，应对植物的耗水特性有所了解，按对水分的不同需要量进行喷灌。3.土壤种类主要了解土壤对水的渗吸速度和保水能力，应了解土壤容重和质地、田间持水量等。，4.气象资料包括气温、降雨、风速风向、空气湿度等，用于确定用水高峰期的需水量和喷头组合形式。5.水源与能源包括可能使用的水源的类型（自来水、河流、井水、池塘等）和园林的相对位置，对于自来水系统则要了解靠得最近的管道的管径和压力及市政部门一天中对用水有时间的限制。如果以井为水源就要确定井的出水量、原配水泵的功率、扬程和型号、动水位和电源位置6.资金与技术要求这将决定我们选用什么类型的喷灌系统，按照多高的标准来设计，技术要求包括园林草坪使用的情况，何时使用，何时可以进行灌溉等。第一节灌溉需水量的确定作物需水量指园林草坪植物的株间蒸发和植株蒸腾之和。株间蒸发是指通过土壤和土壤表面的水分蒸发；植株蒸腾是指作物从土壤中吸收的水分。两者之和称为腾发量。影响需水量的因素有气象条件（温度、湿度、辐射及风速等）、土壤性质及托普物联网开创智慧农业新时代！其含水状况、植物种类及生育阶段等。由于上述这些影响因素错综复杂，确定灌溉需水量最可靠的办法是进行实际观测。但往往在规划设计阶段缺乏实测资料，这时就需要根据影响需水量的因素进行估算。估算灌溉需水量的方法很多，可通过公式进行计算，或参照表4－1的经验数据选取：灌溉系统的设计，应满足草坪需水高峰期的日需水量，即按最不利的条件设计，选取特定气象条件下的最高日需水量，以使系统有足够的供水能力。我们将在后面的设计过程中讨论喷灌强度。选择适合灌溉需水量的喷头是设计者应考虑的关键因素。表4－1气象条件与作物需水量气象条件湿冷干冷湿暖干暖湿热干热日需水量（mm）2.5-3.83.8-5.03.8-5.05.0-6.45.0-7.67.6-11.4表中，“冷”指仲夏最高气温低于21摄氏度；“暖”指仲夏最高气温在21至32摄氏度之间；“热”指仲夏最高气温高于32摄氏度；“湿”指仲夏平均相对湿度大于50%；“干”指仲夏平均相对湿度低于50%。第三节：确定水和能源的供应水源可以是河水、塘水和湖水等，但园林灌溉较多是以民用给水系统（即自来水）作为灌溉水源。如果水源为自来水，需要确定两个重要信息，第一个是供水管网可以提供多大的流量，第二个是供水管网可以提供多大的工作压力。为此，需要收集现场资料，包括：静水压力，水表尺寸，供水管尺寸、长度和材质。静水压力可以通过压力表来测定。夏季白天（或最不利条件）供水管网与喷灌系统连接处的静水压力一般为最低静水压力。水表的尺寸是决定供水管网可以向喷灌系统提供多大流量的一个重要因素。一、计算供水管网可以向喷灌系统提供的最大流量我们可以用3个规则来确定灌溉系统可用的水的流量。每个规则得出的流量结果用L/min来表示。选择最小的流量作为系统可用的最大流量。托普物联网开创智慧农业新时代！规则一：水表的水头损失不能超过规定的最小静水压力的10%。这个规则用来防止灌溉系统发生太大的水头损失。查阅水表水头损失图表可以确定这个流量。规则二：最大流量不能超过水表最大刻度的75%。这个规则是为了保护水表不受破坏。如果设计流量过大，水表慢慢会不准，最后会失效。规则三：水流通过管道的速度不能超过1.5-2.3m/s。如果供水管道为塑料管，采用1.5m/s的速度，金属管可以采用较大值用这三个规则来计算系统流量，最后选择最小的流量作为供水管网可以向喷灌系统提供的最大流量。二、计算供水管网可以向喷灌系统提供的压力为了确定工作压力，需要计算从水源到与灌溉主管道连接点的所有组件的水头损失，并考虑地形高差。水头损失的计算将在后面章节中讲述。如果计算得到的压力不能满足喷灌系统的压力要求，就要考虑加设水泵来加压，水泵可以由电动机带动或内燃机带动，这要由当地条件来确定。由于园林草坪喷灌周围环境应不受污染，而内燃机运行时噪声较大，所以如电力供应有保障则多用电动机。如果采用离心泵，为了保护水泵机组，往往需要建立一个泵房，但是有时环境所不允许的，此时建议选用管道泵，这种泵噪音低、结构紧凑、直接安装在管道上，可以充分利用自来水的压力，而且可以不建泵房，只要做一个金属柜加以保护即可。第一节确定灌溉系统的形式园林草坪喷灌系统一般设计标准较高，灌水比较频繁，而且管理人员少，所以大多采用固定式喷灌系统，并且每一个喷点都装有升降式固定喷头，并经常全部埋在地下。另外，由于许多草坪在白天要使用，例如高尔夫球场和足球场白天有赛事，公园草坪白天要向游人开放，因此只好在夜晚喷灌，这样固定式较为方便，而且最好能装有自动控制系统，以降低管理人员的劳动强度。只有在南方湿润地区每年灌水次数不多，而且使用不很频繁的园林，如校园的边远地段、住宅和办公楼周围草地等，或资金困难时，可以考虑选用半固定式或自动化程度较高的移动机组与设备。托普物联网开创智慧农业新时代！第五节喷头选型喷头种类很多，每种喷头都有自己特有的使用范围，选择喷头时，应考虑以下一些因素：●用户对喷头形式的要求●灌区大小和地形●植物类型●现有水压和流量●当地环境条件（风、温度和降雨量）●土壤类型和入渗率●喷头的一致性灌区大小和地形、灌溉植物的种类影响喷头的选择，例如，草坪、灌木、树林可能需要不同类型的喷头。在“水力学基础”中我们已经知道，水压和流量是设计者首先要考虑的因素。每一种喷头都有其自己的工作压力，如果不增加水泵，而直接使用自来水管网的水压，所选择的喷头应满足现场可提供水压力和流量要求。特殊气候条件的地区需要特殊的喷头，例如，有风地区需要低角度喷头，使水流紧贴地面以防被风吹走，炎热干旱地区需要大流量的喷头。在“收集资料”中，我们已经谈到，喷灌强度不能大于土壤入渗率，低灌溉强度的喷头在坡地喷灌中常用，这样可以减少地表径流和水土流失。在布置支管或把喷头按不同的控制阀分组时，最重要的原则是尽可能不要在同一阀所控制的管路上把不同类型的喷头混在一起使用，即灌水强度不同的喷头应该分开布置在不同的控制阀管路上。如果灌水强度不同的喷头放在一起，用户或系统维护人员就可能对某一个小区过量灌溉，才能使另一小区的灌水量合适。1固定式喷头一般用于四周有障碍物和有阻挡旋转喷头工作的浓密树丛的情形，当植物混合种植和需要不同的灌水量时，也需要采用固定式喷头。固定式喷头工作时喷出的水流或是一束，或是多束，或是呈扇形（以固定的模式）。最常见的形式是全圆型、3/4圆弧型、2/3圆弧型、半圆型、1/3圆弧型和1/4圆弧型。除弧度喷洒外，还有一些特殊形式的喷洒方式，如带状。另外，托普物联网开创智慧农业新时代！还有喷洒角可调节的喷嘴（VAN），即用于特殊形状的小区。其喷洒角度的调节范围一般为0到360度。固定式喷头的工作压力较低，大约在100—200kPa之间，工作半径一般为1.5—7m，所以它们一般用在灌溉小块草坪和水源水压较低的情况。扇形喷洒的喷头的喷灌强度达25—100mm/h，不宜用在在细质土壤或坡地上，这种情况采用8-38mm/h灌水强度的多束固定式喷头较为合适。道路边的灌木丛可以用弹出高度为15cm和30cm地埋式固定喷头。灌溉结束后，喷头降到地面以下，可减少对它恶意破坏的可能性，并增加行人的安全。2旋转式喷头地埋式旋转喷头一般用于灌溉草坪。一般来说，每个旋转式喷头都有一个或两个喷嘴，其喷洒角度一般从20度到240度可调，许多还可以作全圆喷洒。与固定式喷头比较，旋转式喷头一般工作压力较高，绝大多数喷头的工作压力在150—700kPa。这种喷头的射程范围比固定式喷头大的多，小的大约为6m，大的可大于30m。这种喷头的流量也较大，一般为90—450L/min。尽管流量很大，但与固定式喷头比较，旋转式喷头的灌水强度要小，因为它的喷洒面积较大，其喷灌强度一般为6-50mm/h，因此旋转式喷头适合于