高效节水控水灌溉技术在园林绿化中的发展应用研究

张其亚，卢小毅，徐自恒，窦景斌，梁欣冉

（1.棕榈生态城镇发展股份有限公司，河南 郑州 450000；2.河南省生态园林工程技术研究中心，河南 郑州 450000）

0 引言

水，是生命之源，人类生存之本。我国是一个干旱缺水严重的国家，人均水资源拥有量不足世界人均水平的一半[1]。随着我国城市生态文明建设的步伐不断加快，城市公园数量和城市绿地面积大量增多，园林灌溉用水量也相应的呈现出不断增加的发展趋势。目前，我国大多园林景观绿地的灌溉用水来自自来水[2]，导致城市水资源服务中心供水量增长较大，加剧了城市自来水的供需矛盾，影响了居民用水饮水的安全。因此，在我国人均水资源不足的情况下，满足城市园林绿化灌溉需求的同时实现灌溉的节水控水成为目前园林灌溉领域亟待解决的问题[3]。

1 园林绿化灌溉源头控水措施

园林灌溉可利用的水资源包括雨水、市政中水、市政自来水、水景观废水等，其中雨水作为低成本的水资源，是现代节水型园林灌溉的潜在水源。

1.1 国内外雨水收集的发展历程

雨水是人类社会发展中可利用的淡水资源，具有污染轻且容易处理等特点。雨水的资源化利用不仅可以降低城市排水系统的负担，也可充分补给园林绿化灌溉及生活杂用。发达国家，如德国、日本、英国、美国等在20 世纪70 年代意识到城市的快速发展在一定程度上会造成水资源的浪费以及生态环境的破坏，便开展了城市雨水的收集及资源化利用，并相继出现了成熟的地表雨水收集装置以及地下蓄水池，用于浇灌和冲厕等[4-7]。

20 世纪90 年代，我国城市化进程中道路建筑等硬质面积的增加、绿地和水系的减少，导致降雨在城市内快速形成地表径流，造成城市严重的内涝问题，而快速排放成为当时应对城市雨水的主要方式，导致大量雨水资源未被利用。随着城市缺水、水体污染以及地下水位过度开采的问题逐渐显现，雨水的收集利用才逐步得到重视，且在2013 年国家正式开展海绵城市建设后，我国的雨水资源利用进入了全面的发展阶段[8]。

1.2 雨水收集系统

雨水收集是一种采用源头控制理念实现雨水控制与利用的一种雨水管理方法，是将雨水在收集的过程以及收集完成后经过净化处理达到用水标准的设备，其主要由蓄水系统、净水系统、回用系统三大部分组成。

蓄水系统主要由若干个雨水收集模块单元（图1）组合起来形成一个地下蓄水池[9]。下雨时，雨水通过土壤及透水路面向下渗透，可粗略地将杂质多的地面水，污染物源复杂的雨水进行初步净化，并下渗汇集至指定的地下贮水池中，完成雨水的收集。收集的雨水资源可通过微生物菌群以及植物的净化吸附，进一步实现净化。净化后的雨水资源通过水泵出水管连接到地面，随后水资源可被利用于各种绿化灌溉、景观喷泉、道路冲洗、冲洗厕所等生活用水，从而实现雨水资源的充分利用，实现园林水资源的节水管控。

图1 雨水收集系统模块装置

2 国内园林绿化主要节水灌溉措施

2.1 传统园林灌溉

节水灌溉是保证园林灌溉高效化的重要环节，其最先在美国、前苏联、以色列、日本、澳大利亚等国开始应用[10]。而我国大量使用的是地面漫流的传统园林灌溉形式，这种灌溉方法，前期造价成本低，浇灌灵活度高，但存在大量水资源浪费、土壤结构破坏，土壤盐碱化程度加剧等危害，并不利于园林植物的茁壮成长。此外，地面漫灌人工成本高，且容易造成灌溉不均匀，出现水资源利用不充分现象。如今，高效节水灌溉技术的应用更适合节约型园林的建设需求。目前，我国重点推广的节水灌溉技术包括：低压管道输水灌溉、喷灌溉、滴灌溉和微灌溉。

2.1.1 低压管道输水灌溉

低压管道输水是将输水管材掩埋于表层土壤下层，随后水资源通过一定的动力系统将暗管低压水牵引至园林灌溉系统并应用于园林灌溉。与传统明渠输水模式相比，这种输水模式可显著减少水资源输配过程中水分的蒸发、渗漏等水资源浪费现象，将输水效率提升了90%；同时暗管的应用节省了渠道占地，省工省力；此外，低压输水管道可以通过控制水压来调控输水量，从而实现30%左右的节水以及5%的节地。因此，低压管道输水较适合用于我国北方较为干旱的园林灌溉。

2.1.2 喷灌溉

喷灌溉是利用专业设备将有压力的灌溉水通过喷头设备喷射到一定高度的空中并形成均匀细小的雨点，喷射出的灌溉水状态像降雨一般均匀地滴落在土壤表面，从而达到浇灌土地和植物需水的灌溉方式。其主要原理是通过水源取水，压力输水至喷头实现土壤浇水。喷灌可应用于各种地形复杂的绿化地；灌溉时间及输水压力可也可通过植物的需水要求进行大小调控，从而达到水资源充分利用，减少无效用水、土壤流失及破坏等现象出现；灌溉均匀，不会漏掉死角，相比于传统灌溉可实现省水40%～50%。

喷灌的使用也存在一定的局限。在干旱地区，当风力大于3～4 级时，水资源从喷出至浇灌到地面过程中，水分的蒸发量显著增加大，可以蒸发掉近10%，风力的存在，也会影响灌溉水的喷洒方向，导致灌溉水喷洒不均匀。因此，喷灌溉技术可以在夜间风力小且蒸发作用弱时进行灌溉作业。此外，喷灌也有引起表层土壤湿润，而底层土壤湿润度不足等问题，导致园林植物需水不足。因此，喷灌溉较适用于灌木、草坪、花卉等低矮植物。园林绿化喷灌装置如图2 所示。

图2 园林绿化喷灌装置

2.1.3 滴灌溉

滴灌水主要通过输水管道运输至出水口，出水口以一个恒定流量滴出或渗出水分滴至植物或土壤。滴灌的水资源利用率高达95%，比喷灌节水率高50%；由于滴灌是缓慢向土壤注入水分，因此，可以保持土壤结构；但由于滴灌的出水口的出水量很小，浇灌所需时间较长；滴灌管道一般埋设到土壤内，长时间会影响草坪植物的根部正常呼吸；此外，滴灌对水质要求较高，滴水口发生堵塞等故障维修难度增大，设备建设成本较高。因此滴灌溉系统不适用于灌溉草坪，其主要应用在灌木、花卉、行道树等园林绿化中。园林绿化滴灌装置如图3 所示。

图3 园林绿化滴灌装置

2.1.4 微灌溉

微灌溉是节水最大、灌溉效率最高的一种节水措施。它是介于喷灌与滴灌之间的节水灌溉技术，受风的影响较小，因此，其适合在季风气候带使用。但由于其供水量小，灌溉所需时间较长。微喷灌可以在一定范围内增加空气湿度和降低温度，形成田间小气候，因此，微灌技术适合对空气湿度和温度有一定要求的作物，如观赏类果树、花卉、灌木、保护地等的灌溉。园林绿化微喷灌装置如图4 所示。

图4 园林绿化微喷灌装置

综上可以看出，在园林建设规划设计中需要根据不同的地域条件和植物种类，有针对性地设计不同灌溉组合方案，同时搭配园林生态雨水收集系统，以保证园林植物茁壮成长的同时达到水资源的最大化利用。

2.2 智慧型灌溉

随着园林绿化面积的不断扩大，园林的精细灌溉要求也逐步提高，现代城市园林管理的智慧化已成为园林发展的工作重点。其中，园林智慧化灌溉作为智慧园林的重要组成部分，是实现园林灌溉节水控水的有效终端手段，对提高园林灌溉的效率和质量、降低园林用工及维护成本等都有着重要的作用。

智慧灌溉的原理是通过物联感知设备实时监测土壤环境温度、湿度、光照、降雨量、蒸腾量等数据，将节水灌溉技术和智能控制技术相结合，从而实现喷灌智能化、科学化、精准化以及全过程的无人化管理。

2.2.1 智慧灌溉的一体化

园林植物大多用于满足造景、绿化、观赏的需要，因此，园林种植选用的品种多而杂。由于各种植物自身的生长特性不同，对环境的适应性各不相同，而智能灌溉系统则可通过采集各种植物的需水信息、根系吸水特性、植物蒸腾作用等进行准确灌溉，并通过一体化系统调控将滴灌、喷灌等各种灌溉设施融为一体，配合灌溉，从而实现智慧化、个性化和一体化的灌溉模式。

2.2.2 智慧灌溉的自动化

智能灌溉也具又一定的灵敏性，其可利用信息化智能系统，及时对环境风速、土壤含水量、降雨量、日照强度等气候数据信息进行采集，信息经系统分析后可准确判断植物的需水情况，随后智慧化灌溉系统可根据植物的需求情况自动启动灌溉措施，及时满足植物的水分需求。此外，在自动化灌溉结束，系统也会将灌溉时间、灌溉量等相关信息自动存储到系统中，供植物灌溉的大数据分析使用，进而再度丰富信息化智能系统。

3 发展园林绿化节水灌溉的措施

3.1 配套城市绿地规划系统

园林绿化节水灌溉技术的设计也需要对现有绿地、河湖及道路系统、小区绿地和分散式排水管网进行系统分析和整合，因地制宜地进行“绿色海绵”的长期城市规划和科学建设方案的匹配，从而进一步构建与城市规划设计相配套的园林绿地节水灌溉系统。

3.2 调整种植结构，因地制宜选择植物

园林植物种植结构的合理配置也可较大程度上减少土壤水分的蒸发，大量减少绿化用水。在种植设计上选择耗水低、耐旱性较强的植物，其能够长时间忍受干旱且生长发育正常，此外，植物配置丰富且合理可以使得后期的绿化苗木养护成本大大降低。

3.3 加强全民节水意识

当前，部分园林养护人员对城市水资源严重匮乏的认识不够深刻、尚未意识到园林灌溉节水的重要性，从而引发灌溉过程中出现灌水过多、跑水、草地变沼泽、马路变排水渠的水资源浪费现象。设计人员在城市园林建设规划设计中，缺乏对园林植物的生态习性、生长特点了解不充分，导致植物配置设计不合理。此外，市民的节水意识也相对匮乏。因此，通过各种宣传展览活动及宣讲活动，提高一线相关人员及市民的节水意识也至关重要。

4 结语

城市园林的高质量发展需要立足建设高效节水控水的节约型园林，深度挖掘节水潜力，根据园林绿化的不同地域条件，配合前端控水、过程节水、终端控水等灌溉组合，做好园林灌溉的节水控水工作，推进节水型园林城市建设，实现城市园林高质量发展与城市生态文明双赢。