西北地区某绕城快速路边坡绿化喷灌系统设计研究

亩心建伟 韩猛 刘晓冬

摘要：根据该工程边坡绿化的特点，选用喷灌系统作为绿化灌溉的方式;详细介绍了喷灌系统的组成;阐明了设计方法及步骤;进行了水源选择、喷头选型及布置、管网设计、水泵选型;提出了坡地喷灌系统设计的注意事项。

关键词：边坡绿化;喷灌;喷头;设计

中图分类号：S731    文献标识码：A      文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

该工程为交通干路，担负着疏散城市过境交通、货运型交通和沿线居民生活性交通的重要任务。本项目的设计，处处体现绿化设计的基本原则，根据项目路线走向及所经区域的特点，结合当地的地理环境、自然条件，确定以下道路环境保护指导思想：（1）体现“安全、舒适、环保”的道路绿化及环保设计理念;（2）体现“因地制宜、宜树则树、属地优先”的树种选择原则;（3）体现“以人为本”、安全性与舒适性和谐统一的观念，尽量减少对道路沿线居民的生产及生活影响;（4）人工建植植被群落，为因项目的建设而遭受破坏的生态的自然恢复创造良好的生态条件;（5）应用先进科学技术成果（如生根、保水和病虫害防治等技术），提高苗木成活率、降低养护管理成本，保证树木的正常生长，提高道路环境保护的科技含量。（6）积极倡导生态文明，努力建设资源节约型和环境友好型道路走廊带。丰富的绿化景观能为旅客带来轻松愉快的旅途体验，良好的道路植被也可以减轻驾驶员的疲劳，增加驾驶安全。边坡绿化最主要的目的是稳固边坡土体、防止雨水冲刷，因此应尽量利用原自然地形地貌及植被，减少对原始地貌及生态的破坏，选择便于管养、容易成活并具有一定景观效果的植物品类。填方边坡：坡面顶部栽植一排花灌木（连翘、丁香），其余坡面种植紫穗槐（2年实生苗），按株行距60cm×60cm;灌木间隙撒播多年生黑麦草和草地早熟禾草籽，25g/m²。适用于填方菱形骨架、填方拱形骨架、填方无骨架。挖方边坡：框格梁护面六棱砖内栽植灌木紫穗槐，每孔一株。無六棱砖则采用植生袋植草灌绿化。挖方边坡坡面采用三维植被网喷播绿化，用量为25g/m2。草灌种子配比：紫穗槐15g+多年生黑麦草2g+草地早熟禾8g。该工程边坡绿化面积大，种植树种多，边坡坡率大，灌溉管理难度大，选择合适的灌溉系统是绿化首先要解决问题。喷灌是现代节水灌溉的主要形式，与天然降水相接近，可以实现对植物全株的灌溉，有效的减少了植物的蒸腾作用及地表的蒸发，更加有利于土壤水的保持 ^[1]，节省用水量，节省人工，是边坡绿化灌溉的最佳选择之一。

1 喷灌系统组成

喷灌系统大致由水源、首部枢纽、输水及配水管到及喷头组成。

水源：喷灌系统的水源一般有、地表水、地下水市政管网供水及中水等多种形式^[2]，本项目水源采用市政管网供水。

首部枢纽：包括取水的水泵及净化过滤设备等。

输水及配水管网：由不同管径的管道系统组成，负责将水输送到相应的灌溉区域，大多采用轻质管材，该工程采用PE管。

喷头：喷头的种类较多，有地埋式、摇臂式等，按照可喷洒的范围可分为小射程、中射程及远射程喷头。小射程一般为散射喷头，不能旋转，喷洒角度可以调整，一般用于面积较小的绿地喷灌，中射程喷头大多数可以旋转，一般用于面积较大的绿地喷灌。

2 喷灌系统设计

2.1水源

该工程道路中央绿化带下埋设DN200市政给水管道，根据边坡绿化面积预留边坡绿化给水管供给边坡绿化喷灌用水。

2.2喷头的选型与布置

喷头的选择，需要考虑喷头的压力要求、射程、土壤的允许喷灌强度、喷洒角度是否可以调节、绿地的形状、大小等因素。

其中，土壤的允许喷灌强度直接影响喷头的选型，是在短时间内不形成径流的最大喷灌强度^[3]，土壤的允许喷灌强度与土壤性质和地面坡度有关。当地面坡度大于5%时，随着地面坡度越大，同一土质所对应的允许喷灌强度越小，该工程边坡坡度很大，因此选用喷灌强度较小的地埋式散射喷头。

喷头形式的组合主要受绿化地块的形状以及风的影响，一般为三角形和矩形，三角形布置形式一般用于不规则地块，这种布置形式喷洒均匀度高，抗风能力较强，需要的喷头数量少。矩形布置形式适用于绿地地块规则的情况，该工程边坡绿化面积大，绿化地块不规则，选用正三角形的布置形式。

采用正三角形形式布置时，各喷头等距离布设。布设顺序如下：在绿地边缘的折点处布置喷头→在绿地边缘直线部分等间距布置喷头→在绿地区域内等距布置喷头→计算喷灌强度及喷灌均匀度→调整喷头间距。喷头布设完成后，应根据实际布设情况校核喷灌系统的组合喷灌强度。在绿化地块的边缘区域，喷头一般不是圆形喷洒，如果配置的喷嘴与绿化地块中间位置圆形喷洒的喷头相同，则边缘区域的喷灌强度远远大于地块中间区域。因此，为了保证整个绿化地块的喷洒均匀度，一般布设在边缘的喷头需要配置比绿地中间地块的喷头小喷嘴。

2.3管网系统设计

2.3.1 管网系统布置

喷灌管网系统由各种不同管径规格的管道组成，一般分为干管、支管、竖管等，管网系统的设计是整个喷灌系统设计的一个重要环节，其设计质量的好坏直接影响着喷灌系统的技术指标和工程投资。

该工程边坡绿化灌溉喷灌系统灌区位于道路两旁的边坡上，坡度较大，布置喷灌系统比平地上布置要复杂得多，考虑管道系统在平面上布置的同时，还要考虑立面上的布置，坡面区域的喷灌由于灌溉区域内高差大水压力不均衡，管道系统容易发生水锤现象，需要增设调压及稳压设备。

该工程部分路段边坡上下高差达到几十米，取水点与绿化地块边缘的最大高差，超过了管道所允许的压力承受范围，需要采对管道系统的压力进行调节，防止部分管道压力过大，影响管道系统的运行安全以及喷头的正常工作。

此外，在道路边坡上布置管道系统，配水管网的布置应做到用最小的管网长度及工程投资实现对全绿化地块的辐射控制。在设备选型上，还应考虑节省运行费用等。当地形纵坡较大时，一般沿主坡方向布置干管，沿平行等高线布置支管，这样可以有效的控制支管的水头损失，平衡各支管上喷头的工作压力，同时，应使竖管保持垂直，从而保证喷头的旋转在同一个水平方向上。

该工程边坡基本呈一面坡，绿化喷灌范围较大，绿化地块较规则，因此可采用两级管网来控制，干管沿主坡方向布置，支管由干管引出，向两侧平行等高线布置，形成“丰”字形管网。

2.3.2 管径计算

管网系统的管径直接影响到喷灌工程的投资，管径太大，工程投资增加，经济不合理;管径太小，水头损失增大，系统运行费用增加，且不利于管道的运行安全。

喷灌系统的管径一般按照经济流速法计算^[4]：

D=

式中D——管径，mm

N——计算管段所连接的喷头个数

q——单个喷头的设计流量，m³/s

v ——经济流速，m/s，一般v≤2.0 m/s

式中：D为管径（mm）;Q为流量（m³/h）

2.3.3 水头损失

（1）沿程水头损失的计算。

对于塑料管道，目前常用到的计算公式为：

H_f=9.48×104（LQ^1.77/d^4.77）

其中：

H_f——计沿程水头损失（m）;

L——管道长度（m）;

Q流量（m³/h）;

d——管道直径（mm）。

（2）局部水头损失计算公式。公式为：

H_j=ξ×（v²/2g）。

其中：

H_j——局部水头损失（m）;

ξ——局部阻力损失系数，受管道配件、阀门的类型及大小影响;

v——管道中水的流速（m/s）;

g——重力加速度（9.8m/s²）。

在实际的计算过程中，如果按照公式逐个计算各个管道配件、阀门等处的局部水头损失，将相当费力费时，因此一般的做法是，先计算出管道的沿程水头损失H_f，局部水头损失H_j取沿程水头损失H_f的10-15%。

2.4水泵的选择

水泵选择，实际上主要是确定水泵的流量及扬程参数。公式如下：

水泵流量：Q = ΣNq

水泵扬程：H = H_设+ΣH_f+ΣH_j±Δ

N——同时参与工作的喷头个数;

q——单个喷头的流量;

H_设——喷头的设计工作压力（m）;

ΣH_f——水泵到最不利喷头之间的管道沿程水头损失的和（m）;

ΣH_j——水泵至最不利喷头之间局部水头损失的和（m），包括施肥设备、过滤设备及阀门的局部水头损失;

Δ——最不利喷头与蓄水池内动水位或水源水面之间的高差（m）。

该工程边坡绿化喷灌系统，可分级分段设置加压泵站，在一固定泵站内配置多臺水泵，当喷灌下边坡绿化区域时，可开一台水泵，当喷灌上下边坡绿化区域时，可采用两台或多台水泵串联加压的方式。

3 结语

（1）根据该工程边坡绿化灌溉的特点，选用喷灌系统。（2）根据喷头的工作压力、流量、射程、组合喷灌强度、喷洒扇形角度以及土壤的允许喷灌强度、地块大小形状、地面坡度等因素，选用喷灌强度较小的地埋式散射喷头。喷头选用正三角形的布置形式。（3）该工程边坡基本呈一面坡，绿化喷灌范围较大，绿化地块较规则，因此可采用两级管网来控制，干管沿主坡方向布置，支管由干管引出，向两侧平行等高线布置，形成“丰”字形管网。

参考文献

[1]周世峰.喷灌工程学[M].北京：北京工业大学出版社，2004.

[2]赵岩.园林绿地节水措施探究[J].管理观察，2009（7）：21-23.

[3]罗嘉欢.园林绿化节水滴灌系统设计[J].广东园林，2010，32（3）：51-53.

[4]伊志谦.草坪喷灌系统简介[J].北京园林，2000（2）：48-51.

[5]给水排水设计手册.第01册.常用资料[Z].

收稿日期：2019-07-30

作者简介： 亩心建伟（1983—），男，汉族，甘肃会宁人，本科，工程师，研究方向：市政给排水管网设计。