东北地区园林绿地自动喷灌系统设计及应用

张健

（松原职业技术学院，吉林 松原 138005）

东北地区园林绿地自动喷灌系统设计及应用

张健

（松原职业技术学院，吉林 松原 138005）

园林绿地自动喷灌技术是当今国际上较为流行实用的并具有一定先进性的园林绿地灌溉节水技术。目前，在我国部分地区园林绿地自动喷灌工程已经逐步推广和广泛设计应用。东北地区为克服地域差异以及寒冷低温、水源紧张、成本控制等多种因素影响，在松嫩平原某园林绿地内进行自动喷灌系统的设计及应用，包括场地勘察、数据采集、系统组成、设计特点、布管施工、应用效果等多个方面，取得良好的实际应用效果。该项目自动喷灌系统的实际应用打破了人们传统的思想认识——在东北地区地冻天寒的恶劣气候影响下无法进行园林绿地自动喷灌系统的设计和应用，为东北其它地区进行园林绿地自动喷灌系统的规划设计和实际应用提供一定的技术支持和参考依据。

东北地区；绿地；自动喷灌；设计；应用

随着人类现代科学技术的快速发展，灌溉技术已经发生了巨大的变化。自动喷灌系统由于其具有节水、运行稳定、无需人工干预等诸多优点，日益获得广泛应用[1]。但现有装置一般针对农田、绿地等需水量大的作物[2]。东北地区松嫩平原地域广阔，气候类型主要为温带季风气候，冬季较长，年降水量平均为431.3mm，年蒸发量为1211mm。松原市行政区域呈西南至东北走向，地形为两边高中间低。西部与半干旱区的白城市毗邻，年降水量最少；而东部则与半湿润至湿润区的长春市接壤，年降水量明显增多[3]。松嫩平原地区新建或改建的园林绿地在考虑植物最佳生长效果的前提下，需要配以适宜的水量的方法之一就是建立自动喷灌系统。绿地喷灌系统是绿地植被维护与管理中极为重要的一个组成部分[4]。现就东北地区松嫩平原某园林绿地自动喷灌系统的设计及应用过程做以下简要阐述，为其它东北地区绿地喷灌系统的设计、选型、配套、施工等提供一定的参考数据。

1 场地勘察

该绿地为成品绿化地，绿地总面积为6000m2左右，种植20余种多年生植物。由于绿地内植物生长需要充足水分，但通过自然降雨过程无法全部满足。经建设单位要求后，拟修建自动喷灌系统。绿地内植物生长状况一般，种植土厚度在20～40cm，40cm以下部分为厂房砖石基础及建筑垃圾，部分植物根系较浅，夏季干旱少雨季节植物容易出现缺水症状。

2 数据采集

对该园林绿地使用南方RTK进行现场实地勘测和数据采集，获得该区域的基本测绘数据资料。同时，在该绿化地范围内随机选取6个点做土壤成份分析化验，土壤样品的深度控制在15～20cm之间，每一点采取的土样厚度、深浅、宽窄大体一致，每份样品重量约1kg，并进行实验室化验分析，土壤样品分析结果为草甸黑钙土。绿化地内原绿化井地下水位深度为4.6m，井深11m。从绿化地内原有水井内抽取2L地下水，对水质样品进行水质化验分析，检测水质化验结果为Ⅳ类，可以用于园林绿化植物的日常浇灌工作。

3 系统组成

该自动喷灌系统由水源井、潜水泵、主管道网、支管道网、喷头、模块控制系统等组成。其中，水源采用60m深水源井，无砂混凝土井管￠50cm。水泵为200QJ32-78单吸式潜水泵，拥有65m的扬程，水源井的日出水量为180m3左右。管道系统设计为将水泵加压后的灌溉用水通过主管道网和支管道网输送到各个绿化区域，需要承受较大来自管中水的压力（5～6kg/cm2）。主管道网设计为PE90mm，支管道网设计为PE63mm、PE32mm。其中支管道PE63管道中当水流速为4m/s时，流量为44.86m3/h。通过水的压力大小来控制水的流量快慢，从而决定喷头有效喷洒的半径范围。喷头是喷灌的专用终端设备，它可将管道中有压力的水集中分散成细小的水滴均匀散布到绿地中。喷头采用雨鸟（Rain Bird 5004PC）地埋式升降360°旋转喷头，有效喷洒半径为15.2m。模块控制系统设计为ESP4M模块控制器基础型4站（Rain Bird IESP4MCHI）外加3站模块组合。同时使用信号线连接B系列2"24V交流电磁阀（Rain Bird 200PEB），用于主模块控制器操控各个交流电磁阀。自动喷灌系统主要部分材料见表1。

表1 自动喷灌系统主要部分材料

4 设计特点

根据该绿化区域植被分布情况和地表实际高差状况，在保证主管道网、支管道网管道压力的前提下一并考虑越冬前管道系统排水防冻的要求，对整个区域布局划分为6个灌溉区（见图1），分别由6个Rain Bird 200PEB电磁阀进行独立控制管道开关，通过双芯信号线连接Rain Bird ESP4M模块控制器。园林喷灌系统中，正方形和正三角形两种布置形式应用最多[5]。每个灌溉区根据地势起伏状况，在地势最低点位置设计排水阀，保证入冬之前将管道内的水及时排净。根据每个区域的所处的位置，设计1～2个快速取水阀井，场地工作人员根据用水需要，使用快速取水插头插入到快速取水阀门里面，顺时针旋转即可获得足够压力的水源，逆时针旋转插头即可关闭水源。

图1 某厂区机关院内园林自动喷灌工程平面布局

5 程序设定

通过对Rain Bird ESP4M模块控制器来设置当前系统基准时间。ESP4M模块控制器有3个独立的运行程序A、B、C 3种。该模块控制器有4种灌溉循环模式，分别是：奇数天灌溉、偶数天灌溉、31日循环、常规周循环。可选取4种灌溉循环模式之一来设置灌溉周期。其中31日循环指按1～31d间隔天数周期灌溉。常规周循环指按周指定某一天灌溉。本绿化区域划分为6个区并设计对应的6个站，每站可设置运行时间0～4h（以1min为单位递增）。每天可设置启动灌溉次数0～12次（3个程序，每个程序4次）。

模拟程序设定方案实例：A程序，某日早晨8：00，一站8：00开始工作并运行10min后，二站于8：10开始运行10min，三站于8：20开始运行10min，以此类推。ESP4M模块控制器具有站点延时设置，使水源得到补充或慢关阀门，防止水锤产生；当日下午15：00，一站开始工作并运行20min后，二站于15：20开始运行20min，三站于15：40开始运行20min，以此类推。B程序，可再次设置工作站启动时间和工作站的运行时间。可随时调整自动喷灌灌溉时间及运行时间，使ESP4M模块控制器时间运行到设置灌溉时间后自动启动水泵和相对应电磁阀，并按照设置灌溉时间和灌溉周期交替式运行。如果遇到雨季雨水进入到雨量传感器内，雨量传感器对模块控制器发出信号中断灌溉操作程序。ESP4M模块控制器有系统默认程序，遇到故障时可通过按键进行恢复。如果增强的诊断回路报警性能发挥作用，则程序受到传感器中断，短路及程序错误等现象发生，液晶显示器会显示报警显示灯及检测信息。

6 水力计算

选择喷头喷嘴时考虑喷头的水力性能是否适应当地植物和土壤的特点，要根据植物种类来选择喷嘴大小（用雾化指标来表示），使系统的组合浇灌强度小于土壤的渗透速度。该绿化地范围内土壤属草甸黑钙土，地表40cm以下有大量砂性土和厂区建筑基础，因此选择强度稍高的喷头，工作压力采用高压、远射程。

6.1 需水量

单位面积一次灌水量为灌水定额，当土壤含水量达到适合园林植物生长的下限时就应进行灌溉，每次灌水不能超过土壤的保水能力，以免发生深层渗漏，灌水定额按下式计算[6]：

式中m设为设计灌水定额（mm），hg为主要植物根系活动层的深度（mm），p为最大持水量；荠水为喷灌水有效利用系数。根据公式计算得出该绿地区域内每平方米需水量为24.42mm/1000×1m×1m= 0.02442m3。本绿化地面积为6000m2，需水量为V= 6000m2×0.02442m3/m2=146.52m3。

6.2 设计灌水周期

灌水周期是指两次灌水的时间间隔。在本喷灌设计中考虑到植物消耗水的最旺盛时期的允许最大时间间隔，依公式计算：T设=荠水×m设/W=75％× 24.42/37.8=0.48d

式中T设为设计灌水周期（d），W为植物最大日平均耗水量（mm/d）。根据公式计算得出该绿地区域内每平方米设计灌水周期为0.48d，半天浇水1次即可。

6.3 单次灌水所需的时间

确定一次灌水所需的时间，先需要分析喷灌系统的平均喷灌强度p系统[7]：

式中q为1个喷头的流量（m3/h），b为支管间距（m），l为支管喷头间距（m）。

7 布管施工

根据喷灌工程设计图纸进行现场施工放样，因原有绿化地内被大量植被所覆盖，故采用人工挖掘管沟。使用自动安平水准仪进行沟底测量保证沟底坡度在1％左右，便于入冬之前越冬排水的需要，沟底必须平坦无砖石利刃等损坏PE管材的异物。沟底内需平铺细土或细沙后压实再现场热熔PE管材，在PE管材四周覆盖细沙保护管材。所使用的主要材料见表2。

表2 主要材料

8 管道测试

管道系统布置完毕后，一般先不安装喷头，给压注水清洗管道后再进行压力检测，防止管道内砂石堵住喷头喷嘴。清洗完毕后在千秋架末端使用堵头先把终端堵死，然后进行压力检测，使用高压气泵给管道内加压观察压力表压力达到6kg/cm2后关闭气泵阀门，等待30min后观察压力表压力是否有下降。如下降不明显则可进行安装喷头作业，如有压力丢失，则使用水泵注水并仔细检查所有给水管道连接处有无漏水现象，若发现问题及时处理。管道无异常后方可安装喷头并调节好喷嘴的旋转角度和喷嘴出水量，以达到最佳喷洒效果。喷头调试完毕后方可回填管沟土，在沟底和PE管材周围用河沙铺垫，起到保护管材的目的。回填土中不得有大块砖石，防止砸裂、挤压给水管材。应在主管道的弯头部位设置震堆，防止水锤顶爆水管。

9 应用效果

因该喷灌区域地貌较为复杂、乔灌木较多，且不同植物的需水量有一定差异，故采用中等射程喷头即可很好地控制喷洒范围，满足不同植物的需水要求。为防止喷头喷水洒到绿地以外的区域，故使用调节螺旋调节喷头喷洒的角度，使喷洒的范围在绿化地范围之内，达到很好的喷洒效果，起到节水、高效、环保的多种目的，喷洒效果见图2。为保证管道内的压力，喷洒工作按照每区轮换作业，保证喷头出水的压力在合理的范围内。

图2 绿化地内园林自动喷灌喷洒效果

[1]刘孝洋.一种高低压自动转换的节能喷灌喷头装置[J].安徽农业科学，2008，36（36）：235-258.

[2]李秀春，刘洪禄.节水灌溉自动化测控系统研究[J].节水灌溉，2002（2）：27-29.

[3]王超颖，黄式琳，邢凤娟，等.松原市雨量场的气候分区和特征[J].吉林气象，2008（1）：426，61.

[4]严海军，郑耀泉.两种园林地埋式喷头组合喷洒性能的模拟试验[J].农业工程学报，2004（1）：84.

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

[6]潘爱兵.园林工程喷灌系统的规划设计[J].山西水利，2005（4）：66.

[7]朱常平，刘富峰，王强，等.园林喷灌系统支管管径优化研究[J].节水灌溉，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

大庆钻探工程公司吉林探区厂区园林绿化改造项目。

张健（1980-），硕士，讲师，研究方向为城市园林绿化设计、施工及养护相关内容。Email：249554659@qq.com。