草坪喷灌水系统设计

夏欣欣
(江阴建筑设计研究院，江苏江阴214431)

　　摘　要：根据草坪建设的特点及有关给水系统的要求,介绍了草坪喷灌水系统的设计思路及计算方法。
　　关键词：草坪；喷灌；设计
　　中图分类号：TU985.12
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)03-0041-03

　　草坪是指在有规律的维护下形成的一种人工植被。近几十年来，国外草坪建设和研究有了很大的发展，在北美、欧洲等一些发达国家，草坪已成为一项专业产业。随着我国经济的健康发展和环保意识的提高，我国的草坪建设发展也很快，在全国近500个城市中，草坪面积已超过6×104 hm2。实践证明，草坪能净化空气、减小噪音、保持水土、调节空气温度、减少疾病传播、提高行车安全、减少火灾，是一种相对价廉、耐久的地面覆盖物，在保护生态环境中起着重要的作用，同时美化了环境，提高了生产力。联合国生物圈生态环境组织分析指出，城市最佳居住环境的人均绿地面积为60 m2，我国20世纪末的目标为城市人均拥有绿地7～11 m2，但我国绝大多数城市离这些目标相差甚远。草坪喷灌水系统是草坪建设中的一个重要组成部分，有必要从设计的角度去重视，并进行优化。

1　设计参数

1.1　喷灌强度
　　喷灌强度为单位时间内喷洒在地面上的水深或喷洒在单位面积上的水量，在多个喷头组合工作时要求水不累积在地面，而能被土壤完全吸收。不同土壤允许喷灌强度(ρy)如表1所示。

表1　不同土壤的允许喷灌强度mm/h 土壤类别 砂土 壤砂土 沙壤土 壤土 粘土 允许喷灌强度ρy 20 15 12 10 8

　　喷头的组合喷灌强度公式如下：

　　　　　　ρ_z=q/A≤ρ_y

　　式中 q——单喷头的流量
　　　　 A——单喷头的有效湿润面积
　　当喷灌强度大于土壤的允许喷灌强度时，地表就会有积水和径流，看上去仿佛已经浇过了，实际还没浇够。同时还要注意喷灌水量不能超过土壤持水量，否则易使土中养分深层渗漏流失。总的来说，土壤质地越粗，每次灌水量就要越少，灌水次数就要越多；反之，越粘质的土，每次灌水量就要越大，而灌水次数就要越少。如果采用自动控制系统，就应采取相应的控制措施。
1.2　喷灌周期
　　喷灌周期过长和过短都会对草坪产生不良影响。小规模的草坪(例如庭院草坪)可根据草坪草的萎蔫症状来确定；大规模的草坪(例如广场、高尔夫球场、足球场)喷灌周期的确定方法有两种：
　　①经验法
　　调查同类草坪的喷灌情况，以此作为设计草坪喷灌周期的依据。所谓同类，主要指草的类别、土壤的类别、草坪的使用功能，可分类统计后进行拟合。
　　②试验法
　　在不同的天气条件下测定草坪的蒸发量，可作为喷灌周期调整的依据；也可随时测定土壤的水分，当土壤水分降到草坪允许最低限时，进行喷灌，反之则停止喷灌。
　　通常喷灌在夜间、早晨或傍晚进行，一般应尽量避免在夏季的中午进行喷灌。

2　系统组成

　　喷灌系统按其组成的特点，可分为3种类型：
　　①固定式，所有管道系统及喷头常年固定不动。喷头采用地埋式喷头或可快速装卸喷头。该形式单位面积投资较高，但管理方便、地形适应性强、便于自动化控制、灌溉效率高。
　　②半固定式，设备干管固定，支管及喷头可移动。在草坪上应用不多。
　　③移动式，除水源外，设备管道喷头均可移动。例如NAAN“迷你猫”系列120/43型自走式喷灌器，只需一人操纵，性能可调，可自动停机。该形式适用于已建成的大面积草坪。
2.1水源
　　喷灌水源有四种：地表水、地下水、杂用水和自来水。
　　地表水应采用无污染的河流、湖泊水。在喷灌前须作沉淀、过滤，以去除水中的固体颗粒、藻类及各种其他杂质，达到生活杂用水水质标准的要求(CJ25.1—1989)。
　　地下水则要去除水中的硬度方可使用。杂用水用作喷灌水源既满足了喷灌水质的要求，也符合环保的要求。自来水的水质要求已超过了喷灌水质的标准，在很多地方均采用自来水，是由于其取用方便，无需处理。在没有专门的杂用水系统地区，常以自来水作为喷灌水源。
　　采用杂用水或自来水只需在管道前加过滤器，以防止杂质堵塞喷头。
2.2　管道系统
　　喷灌管道应采用给水塑料管，该类管道内壁光滑、水头损失小、不易腐蚀生锈、安装方便。给水塑料管有：①硬聚氯乙烯塑料管(PVC)，其添加剂有微毒性，用于喷灌无影响，采用胶接；②聚乙烯塑料管(PE)，卫生无毒，采用卡接；③聚丙烯塑料管(PP-C)，卫生无毒，分无规聚丙烯(PP-R)和嵌段聚丙烯(PP-B)，两者耐温耐压略有不同，均为热熔接；④工程塑料管(ABS)，卫生无毒，耐腐蚀性很好，价格较高，采用胶接。
　　管道应埋在冻土层下，以免在气候寒冷季节冻裂。管道末端及最低点应设排水阀。
　　在设计大型管道系统时应注意分区，便于控制和检修。
2.3　喷头
　　喷头应选用受压力变化影响小的型号，这有利于简化设计，提高灌溉质量。常见的喷头排列方法有菱形和矩形两种(如图1所示)。喷头优化布置的目的是通过喷头的交叉组合，获得较高的喷灌均匀度。

　　常用的喷头种类有：
　　①庭院喷头。适用于小片草坪(例如公园、机关、街道绿地、庭院等)，分手持式喷头、摇摆式喷头、旋转式喷头、花式喷头等多种形式。
　　②地埋式喷头。该种喷头平时隐藏在地下，顶部与地面平齐，可承压，便于行走。工作时喷头在水压的作用下自动升起进行喷灌，停水后喷头自动降下。分内水流驱动式、摇臂式、散射式等多种形式。
　　③摇臂式喷头。该喷头工作时在喷射水流的反作用下旋转一定角度，然后摇臂反弹，使喷管转动一定角度再开始喷灌。其特点是装有换向机构，可进行调整设定喷洒范围、角度，适用于各种形状的地块。
2.4加压设备
　　根据各种水源的具体情况采用相应的水泵进行加压。应采用手动和自动控制相结合的方法，便于在不同季节和具体情况下调节水量的大小和喷灌周期。

3　设计步骤

3.1选型
　　小面积草坪或长条形绿化带可选用短射程低压小喷头，例如1800系列、303AN系列；大型草坪如体育场、高尔夫球场草坪可选用中高压喷头，例如TA80、F4、MYZ等系列；大小面积均适宜的可选用中压中等射程喷头，例如R50系列、Turbo系列、2688系列、7450系列。
3.2喷头布置
　　根据草坪的形状，喷头可采用菱形或矩形布置。
　　设计射程计算如下：
　　　　　Rs=KR
　　式中　Rs——设计射程
　　　　　K——折减系数，取0.7～0.9，风大取小，风小取大
　　　　　R——喷头的射程
　　当喷头为正方形布置时，喷头间距d=1.42 Rs，有效控制面积A=2.0 R2s。
3.3水力计算
3.3.1初定管径
　　管径一般按经济流速法计算：
　　　　　D=（4Nq/(πv)）^0.5
　　式中　D ——管径，mm
　　　　　N——计算管段连接的喷头数
　　　　　q——单个喷头设计流量，m³/s
　　　　　v——经济流速，m/s,一般v≤2.0 m/s
3.3.2水头损失计算
　　管道水头损失分沿程水头损失和局部水头损失。
　　　　　　H_z=∑H_f+∑H_j
　　式中　Hz——总水头损失
　　　　　Hf——沿程水头损失
　　　　　Hj——局部水头损失
　　实际计算时，一般取沿程水头损失的10%～20%作为局部水头损失值。
　　在支管设计时，同一支管上任意两个喷头工作压力之差不超过喷头工作压力的20%，这样才能满足任意两个喷头出水量之差＜10%，符合均匀喷洒的原则。有坡度时还应考虑高差的影响：
　　上坡支管Hmax-Hmin＜0.2Hs-Z
　　下坡支管Hmax-Hmin＞Z-0.2Hs
　　式中Hmax ——支管上最大的喷头工作压力
　　　　Hmin——支管上最小的喷头工作压力
　　　　Hs——喷头设计工作压力
　　　　　Z——地形高差
3.4设备选择
　　水泵流量：Q=(1.1～1.2)N_zq
　　水泵扬程：H=H_z+H_s+Z_z
　　式中　Nz ——最大控制区域内同时工作喷头数
　　　　　Hs——最不利喷头设计工作压力
　　　　　Zz——最不利喷头到水源水面的高差
　　根据计算的流量及扬程选择合适的水泵。
　　在管道前应安装过滤设备，水源为杂用水或自来水的，安装滤网式过滤器即可。

4　小结

　　良好的草坪喷灌水系统能否达到灌水均匀、保证草坪正常生长的标准，取决于系统设计的好坏及施工和管理的质量。草坪的灌溉方法不是一成不变的，要根据各地区的降雨情况、土质及各种草的特性作相应的调整，以达到灌溉的目的。

参考文献：
［1］张志国.草坪建植与管理［M］.济南：山东科学技术出版社，1998.
［2］给水排水工程师常用规范选［M］.北京：中国建筑工业出版社，1995.

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　　收稿日期：2000-11-07