草坪噴灌水系統設計

論文類型	技術與工程	發表日期	2001-03-01
來源	《中國給水排水》2001年第3期
作者	夏欣欣
關鍵詞	草坪噴灌設計
摘要	夏欣欣 (江陰建筑設計研究院，江蘇江陰214431) 　　摘　要：根據草坪建設的特點及有關給水系統的要求,介紹了草坪噴灌水系統的設計思路及計算方法。　　關鍵詞：草坪；噴灌；設計　　中圖分類號：TU985.12 　　文獻標識碼：C 　　文章 ...

夏欣欣
(江陰建筑設計研究院，江蘇江陰214431)

　　摘　要：根據草坪建設的特點及有關給水系統的要求,介紹了草坪噴灌水系統的設計思路及計算方法。
　　關鍵詞：草坪；噴灌；設計
　　中圖分類號：TU985.12
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)03-0041-03

　　草坪是指在有規律的維護下形成的一種人工植被。近幾十年來，國外草坪建設和研究有了很大的發展，在北美、歐洲等一些發達國家，草坪已成為一項專業產業。隨著我國經濟的健康發展和環保意識的提高，我國的草坪建設發展也很快，在全國近500個城市中，草坪面積已超過6×104 hm2。實踐證明，草坪能凈化空氣、減小噪音、保持水土、調節空氣溫度、減少疾病傳播、提高行車安全、減少火災，是一種相對價廉、耐久的地面覆蓋物，在保護生態環境中起著重要的作用，同時美化了環境，提高了生產力。聯合國生物圈生態環境組織分析指出，城市最佳居住環境的人均綠地面積為60 m2，我國20世紀末的目標為城市人均擁有綠地7～11 m2，但我國絕大多數城市離這些目標相差甚遠。草坪噴灌水系統是草坪建設中的一個重要組成部分，有必要從設計的角度去重視，并進行優化。

1　設計參數

1.1　噴灌強度
　　噴灌強度為單位時間內噴灑在地面上的水深或噴灑在單位面積上的水量，在多個噴頭組合工作時要求水不累積在地面，而能被土壤完全吸收。不同土壤允許噴灌強度(ρy)如表1所示。

表1　不同土壤的允許噴灌強度mm/h 土壤類別砂土壤砂土沙壤土壤土粘土允許噴灌強度ρy 20 15 12 10 8

　　噴頭的組合噴灌強度公式如下：

　　　　　　ρ_z=q/A≤ρ_y

　　式中 q——單噴頭的流量
　　　　 A——單噴頭的有效濕潤面積
　　當噴灌強度大于土壤的允許噴灌強度時，地表就會有積水和徑流，看上去仿佛已經澆過了，實際還沒澆夠。同時還要注意噴灌水量不能超過土壤持水量，否則易使土中養分深層滲漏流失。總的來說，土壤質地越粗，每次灌水量就要越少，灌水次數就要越多；反之，越粘質的土，每次灌水量就要越大，而灌水次數就要越少。如果采用自動控制系統，就應采取相應的控制措施。
1.2　噴灌周期
　　噴灌周期過長和過短都會對草坪產生不良影響。小規模的草坪(例如庭院草坪)可根據草坪草的萎蔫癥狀來確定；大規模的草坪(例如廣場、高爾夫球場、足球場)噴灌周期的確定方法有兩種：
　　①經驗法
　　調查同類草坪的噴灌情況，以此作為設計草坪噴灌周期的依據。所謂同類，主要指草的類別、土壤的類別、草坪的使用功能，可分類統計后進行擬合。
　　②試驗法
　　在不同的天氣條件下測定草坪的蒸發量，可作為噴灌周期調整的依據；也可隨時測定土壤的水分，當土壤水分降到草坪允許最低限時，進行噴灌，反之則停止噴灌。
　　通常噴灌在夜間、早晨或傍晚進行，一般應盡量避免在夏季的中午進行噴灌。

2　系統組成

　　噴灌系統按其組成的特點，可分為3種類型：
　　①固定式，所有管道系統及噴頭常年固定不動。噴頭采用地埋式噴頭或可快速裝卸噴頭。該形式單位面積投資較高，但管理方便、地形適應性強、便于自動化控制、灌溉效率高。
　　②半固定式，設備干管固定，支管及噴頭可移動。在草坪上應用不多。
　　③移動式，除水源外，設備管道噴頭均可移動。例如NAAN“迷你貓”系列120/43型自走式噴灌器，只需一人操縱，性能可調，可自動停機。該形式適用于已建成的大面積草坪。
2.1水源
　　噴灌水源有四種：地表水、地下水、雜用水和自來水。
　　地表水應采用無污染的河流、湖泊水。在噴灌前須作沉淀、過濾，以去除水中的固體顆粒、藻類及各種其他雜質，達到生活雜用水水質標準的要求(CJ25.1—1989)。
　　地下水則要去除水中的硬度方可使用。雜用水用作噴灌水源既滿足了噴灌水質的要求，也符合環保的要求。自來水的水質要求已超過了噴灌水質的標準，在很多地方均采用自來水，是由于其取用方便，無需處理。在沒有專門的雜用水系統地區，常以自來水作為噴灌水源。
　　采用雜用水或自來水只需在管道前加過濾器，以防止雜質堵塞噴頭。
2.2　管道系統
　　噴灌管道應采用給水塑料管，該類管道內壁光滑、水頭損失小、不易腐蝕生銹、安裝方便。給水塑料管有：①硬聚氯乙烯塑料管(PVC)，其添加劑有微毒性，用于噴灌無影響，采用膠接；②聚乙烯塑料管(PE)，衛生無毒，采用卡接；③聚丙烯塑料管(PP-C)，衛生無毒，分無規聚丙烯(PP-R)和嵌段聚丙烯(PP-B)，兩者耐溫耐壓略有不同，均為熱熔接；④工程塑料管(ABS)，衛生無毒，耐腐蝕性很好，價格較高，采用膠接。
　　管道應埋在凍土層下，以免在氣候寒冷季節凍裂。管道末端及最低點應設排水閥。
　　在設計大型管道系統時應注意分區，便于控制和檢修。
2.3　噴頭
　　噴頭應選用受壓力變化影響小的型號，這有利于簡化設計，提高灌溉質量。常見的噴頭排列方法有菱形和矩形兩種(如圖1所示)。噴頭優化布置的目的是通過噴頭的交叉組合，獲得較高的噴灌均勻度。

　　常用的噴頭種類有：
　　①庭院噴頭。適用于小片草坪(例如公園、機關、街道綠地、庭院等)，分手持式噴頭、搖擺式噴頭、旋轉式噴頭、花式噴頭等多種形式。
　　②地埋式噴頭。該種噴頭平時隱藏在地下，頂部與地面平齊，可承壓，便于行走。工作時噴頭在水壓的作用下自動升起進行噴灌，停水后噴頭自動降下。分內水流驅動式、搖臂式、散射式等多種形式。
　　③搖臂式噴頭。該噴頭工作時在噴射水流的反作用下旋轉一定角度，然后搖臂反彈，使噴管轉動一定角度再開始噴灌。其特點是裝有換向機構，可進行調整設定噴灑范圍、角度，適用于各種形狀的地塊。
2.4加壓設備
　　根據各種水源的具體情況采用相應的水泵進行加壓。應采用手動和自動控制相結合的方法，便于在不同季節和具體情況下調節水量的大小和噴灌周期。

3　設計步驟

3.1選型
　　小面積草坪或長條形綠化帶可選用短射程低壓小噴頭，例如1800系列、303AN系列；大型草坪如體育場、高爾夫球場草坪可選用中高壓噴頭，例如TA80、F4、MYZ等系列；大小面積均適宜的可選用中壓中等射程噴頭，例如R50系列、Turbo系列、2688系列、7450系列。
3.2噴頭布置
　　根據草坪的形狀，噴頭可采用菱形或矩形布置。
　　設計射程計算如下：
　　　　　Rs=KR
　　式中　Rs——設計射程
　　　　　K——折減系數，取0.7～0.9，風大取小，風小取大
　　　　　R——噴頭的射程
　　當噴頭為正方形布置時，噴頭間距d=1.42 Rs，有效控制面積A=2.0 R2s。
3.3水力計算
3.3.1初定管徑
　　管徑一般按經濟流速法計算：
　　　　　D=（4Nq/(πv)）^0.5
　　式中　D ——管徑，mm
　　　　　N——計算管段連接的噴頭數
　　　　　q——單個噴頭設計流量，m³/s
　　　　　v——經濟流速，m/s,一般v≤2.0 m/s
3.3.2水頭損失計算
　　管道水頭損失分沿程水頭損失和局部水頭損失。
　　　　　　H_z=∑H_f+∑H_j
　　式中　Hz——總水頭損失
　　　　　Hf——沿程水頭損失
　　　　　Hj——局部水頭損失
　　實際計算時，一般取沿程水頭損失的10%～20%作為局部水頭損失值。
　　在支管設計時，同一支管上任意兩個噴頭工作壓力之差不超過噴頭工作壓力的20%，這樣才能滿足任意兩個噴頭出水量之差＜10%，符合均勻噴灑的原則。有坡度時還應考慮高差的影響：
　　上坡支管Hmax-Hmin＜0.2Hs-Z
　　下坡支管Hmax-Hmin＞Z-0.2Hs
　　式中Hmax ——支管上最大的噴頭工作壓力
　　　　Hmin——支管上最小的噴頭工作壓力
　　　　Hs——噴頭設計工作壓力
　　　　　Z——地形高差
3.4設備選擇
　　水泵流量：Q=(1.1～1.2)N_zq
　　水泵揚程：H=H_z+H_s+Z_z
　　式中　Nz ——最大控制區域內同時工作噴頭數
　　　　　Hs——最不利噴頭設計工作壓力
　　　　　Zz——最不利噴頭到水源水面的高差
　　根據計算的流量及揚程選擇合適的水泵。
　　在管道前應安裝過濾設備，水源為雜用水或自來水的，安裝濾網式過濾器即可。