城市园林绿地节水灌溉系统建设

城市园林绿地节水灌溉系统建设原则是在较少投资的前提下 维持较好的绿地景观效果 实现绿地节水 减少维护费用 本章系统介绍绿地节水灌溉系统的类型与基础知识 提出 不同绿地植被类型的节水灌溉模式 从设计步骤 灌水器选型与布置 管网水力计算 园 林绿地灌溉制度等几个方面系统阐述了城市绿地节水灌溉系统规划与设计的主要步骤 第一节 设计基础知识 一 绿地灌溉系统组成 城市绿地节水灌溉系统一般由首部枢纽 输水管网 配水管网 灌水器 自动控制设 备 排水设施等 6 部分组成 如图 7 1 所示 灌溉系统首部枢纽设备是绿地灌溉系统中最重要的部分 包括水泵 逆止阀 施肥装 置 过滤器 测量仪表 压力 流量等 等 主要功能是为灌水器提供流量可靠 压力稳定 水质合格的灌溉水源 同时实现施肥功能 首部系统的设备选型与系统选型 水源条件 灌水器类型 乾灌组设置 控制方式等多种因素有关 输水管网主要指灌溉系统的干管 配水管网主要指灌溉系统的支管 毛管 绿地灌溉 系统一般分成不同小区 各小区间的管网相对独立 一个或几个小区组成一个轮灌 第 216 页 组 输水管网与各小区之间一般设有阀门和压力调节器 以保障每个轮灌组在压力稳定的 前提下实现分区控制 灌水器主要指地埋式喷头 微喷头 滴灌管 滴头等 灌水器的选择与绿地结构和类 型 主要指乔 灌 草耗水特性 土壤人渗性能 雾化要求等条件有关 自动控制设备是绿地灌溉系统的关键设备之 可以实现定时 定量供水灌溉 与手 动控制相比 可以降低运行费用 节约用水 提高城市绿地的管理与养护水平 排水设施一般由泄水阀 渗水井 或排入河流 城市排水管网等 组成 用于管网冲洗 或冬季泄水防冻 地势平坦的城市绿地一般在每个灌溉小区的末端设置排水设施 地形不 平坦的绿地一般在灌溉小区地势较低处设置排水设施 二 设计基础资料 绿地灌溉工程是城市基础设施建设工程的一部分 因此 在设计之前要调查收集计划 灌溉区域及其附近的水源 气象 地形 土壤 植物等资料 还应收集当地或条件类似地 区的灌溉试验资料 能源及设备状况 社会经济状况及对水利的要求等资料 为灌溉工程 建设提供科学依据 1 地形资料 地形图是灌溉系统设计的主要依据 由于城市绿地的地形通常不规则 形状复杂 现 有地形图上的信息量远远不能满足设计所需 因此 应到现场实测或收集有关地形资料 实地测量绘制地形图 以供设计之用 地形图的比例尺应采用 1 100 1 200 1 500 1 1000 1 2000 1 2500 等 图上至少每 5m 布设一条等高线 应标明工程和物体的边界 现状和计划的建筑物 道路 和人行道 水源的流量和压力 平均地下水位 电源的电压和容量 地形图上还应标明现 状和计划栽培的植物 地面坡度 管道走向以及严禁喷洒的位置等 2 园林植物资料 应了解园林绿地类型 种植面积 配置结构和绿地建设规划 植物生育期 各生育阶 段及天数 需水规律 以及主要根系活动层深度 作物高度等 对于新定植的绿化苗木 需要估计 3 年后的根冠发育趋势与耗水特征 以便选择合适的灌溉方式 3 土壤资料 土壤资料主要是指在灌溉区域内 地表层至植物根区深度 多为 80cm 内的土壤质地 结构 容重 田间持水量 人渗速度 保水能力 现状和计划排水等资料 这些资料对所 选择的灌水器的灌水强度 绿地排水等关系甚大 是选择灌水器的主要依据 4 水文气象资料 水文气象资料应包括绿地灌溉区域的日照 气温 降雨 蒸发蒸腾 湿度 风力 风 向 冻土深等 作为绿地灌溉需水量与制定灌溉制度的依据 由于喷灌的水量分布受风的 影响较大 因此 风速是喷灌设计所必需的资料 5 供水水源与排水 城市绿地灌溉水源 般有 居民饮用水 河水 井水 河湖水 工业循环水 再生 第 217 页 城市绿地节水是一门综合性技术 包括工程措施 农艺措施 生物措施等 现行的城市绿 地节水灌溉效益主要采用经济效益评价 采用的评价指标主要是经济内部收益率 经济净 现值和经济效益费用比等指标 这些指标虽然对经济效益有定量的描述 但忽略了技术指 标 社会效益和生态效益的作用 本章从社会 经济 生态 技术等多种要素出发 丰富 与完善了现状城市绿地节水评价指标体系 制定了科学 合理 易于实施的评价方法 推 动了我国城市绿地高效节水技术体系的建立 第一节 城市绿地节水效益评价 指标的筛选与制定 城市绿地节水评价指标是反映节水型城市绿地建设水平的完整 系统的技术参数 是 评价城市绿地节水效益的重要基础和依据 用以定量地反映和衡量城市绿地的节水效益 识别和诊断不同地区 不同类型和不同模式的城市绿地节水中的限制性指标及制约程度 评价不同地区 不同类型和不同模式城市绿地的节水现状 为节水型城市绿地提供工作方 向和量化指导 城市绿地节水效益评价指标体系是建立在大量的原始资料及调查 统计 分析的基础 上 由若干个单项评价指标组成的评价指标体系 并能够反映出城市绿地节水灌溉项目评 价的各项目标要求 评价指标体系的建立包括资料信息的收集 指标体系结构确定 指标 的收集与筛选 指标体系的筛选与简化 指标检验等步骤 一 指标体系分类 城市绿地节水灌溉效益评价届于多指标决策问题 涉及技术 社会 经济和生态环境 等诸方面因素 由于涉及面广 使得评价过程经常带有许多随机性和模糊性 为了将多层 次 多指标 复杂的评价问题用较科学的计量方法进行量化处理 将大量相互关联 相互 制约的复杂指标之间的关系层次化 条理化 能够区分它们各自对评价目标影响的重要程 度 并能够对那些只能定性的指标进行恰当 方便的量化处理 研究表明 现有城市绿地节水效益评价的指标体系有多种形式 不同的指标体系有较 大差异 可以归纳为以下四大类指标 1 技术指标 主要包括城市绿地节水灌溉项目的技术性能 先进性 可靠性 以及植 物需水量和林草比例适宜性等 2 社会效益指标 城市绿地为城市居民提供安静 舒适 优美的环境 并对城市居民 生活稳定 身心健康 精神面貌等方面有一定的影响 表现在群众欢迎的程度 文化娱乐 效益等方面 第 264 页 3 经济效益指标 因经济内部收益率 经济净现值和经济效益费用相关性比较大 这 3 个经济指标只采用经济内部收益率 在投入方面还要考虑项目投资 耗水量等 间接经 济效益主要包括城市绿地的建成带动整个城市房地产业增值 吸引外来投资 促进经济发 展 4 生态效益指标 在生态效益方面 城市绿地具有吸收有害物质 改善城市热岛效应 调节温湿度 净化调节空气 消除噪音 降低环境污染等效益 可为城市提供一个洁净美 好的人居环境 另外 再生水和雨洪水的利用也是改善生态环境的重要指标 以上考虑的是大类指标 其中每一个大类指标又包含若干个小类指标 由此就构成了 系统评价的指标体系 二 指标体系的确定原则 评价指标是关于某个特定对象属性的测度 使对象属性的具体化 随着人们对事物认 识的不断深化 描述评价对象功能的指标往往不止一个 而是若干个 它们构成了多指标 评价体系 确定指标体系应遵循以下的基本原则 1 系统性原则 城市绿地节水效益评价涉及四个方面的影响因素 即技术指标 社会 效益 经济效益和生态效益 评价指标体系应能全面地 综合地反映被评价对象的整体情 况 从中抓住主要指标 并适当地考虑次要指标 以保证综合评价的全面性和可信度 2 简明性原则 在基本满足评价要求和给出决策所需结论的前提下 应尽量减少指标 个数 突出主要指标 以免造成评价指标体系过于庞大 给数据资料收集工作增加困难 3 客观性原则 评价指标的确定因避免加入个人的主观意愿 指标含义尽量明确 并 注意参与指标确定的人员的权威性 广泛性和代表性 4 时效性原则 随着节水型城市绿地建设水平的提高 技术水平和人们的价值观也不 断变化 因此评价指标需要不断调整 以满足人们判断和决策的需要 5 可测性原则 评价指标应尽量做到涵义明确 数据资料收集方便 计算简单 易于 掌握 6 定量指标与定性指标结合使用原则 定量指标与定性指标结合使用既可使评价具有 客观性 便于数学模型处理 又可弥补单纯定量评价的不足及数据本身存在的某些缺陷 7 去除相关性较强的指标 对于相关性较强的若干个指标 可选用其中一个指标代替 其他指标 这样可以简化模型 使模型具有较好的特性 8 指标设置要有层次 指标的层次性可以为衡量方案的效果和确定指标的权重提供方 便 三 指标筛选 在实际的综合评价活动中 并非是评价指标越多越好 但也不是越少越好 关键在 城市绿地节水是一门综合性技术 包括工程措施 农艺措施 生物措施等 现行的城市绿 地节水灌溉效益主要采用经济效益评价 采用的评价指标主要是经济内部收益率 经济净 现值和经济效益费用比等指标 这些指标虽然对经济效益有定量的描述 但忽略了技术指 标 社会效益和生态效益的作用 本章从社会 经济 生态 技术等多种要素出发 丰富 与完善了现状城市绿地节水评价指标体系 制定了科学 合理 易于实施的评价方法 推 动了我国城市绿地高效节水技术体系的建立 第一节 城市绿地节水效益评价 指标的筛选与制定 城市绿地节水评价指标是反映节水型城市绿地建设水平的完整 系统的技术参数 是 评价城市绿地节水效益的重要基础和依据 用以定量地反映和衡量城市绿地的节水效益 识别和诊断不同地区 不同类型和不同模式的城市绿地节水中的限制性指标及制约程度 评价不同地区 不同类型和不同模式城市绿地的节水现状 为节水型城市绿地提供工作方 向和量化指导 城市绿地节水效益评价指标体系是建立在大量的原始资料及调查 统计 分析的基础 上 由若干个单项评价指标组成的评价指标体系 并能够反映出城市绿地节水灌溉项目评 价的各项目标要求 评价指标体系的建立包括资料信息的收集 指标体系结构确定 指标 的收集与筛选 指标体系的筛选与简化 指标检验等步骤 一 指标体系分类 城市绿地节水灌溉效益评价届于多指标决策问题 涉及技术 社会 经济和生态环境 等诸方面因素 由于涉及面广 使得评价过程经常带有许多随机性和模糊性 为了将多层 次 多指标 复杂的评价问题用较科学的计量方法进行量化处理 将大量相互关联 相互 制约的复杂指标之间的关系层次化 条理化 能够区分它们各自对评价目标影响的重要程 度 并能够对那些只能定性的指标进行恰当 方便的量化处理 研究表明 现有城市绿地节水效益评价的指标体系有多种形式 不同的指标体系有较 大差异 可以归纳为以下四大类指标 1 技术指标 主要包括城市绿地节水灌溉项目的技术性能 先进性 可靠性 以及植 物需水量和林草比例适宜性等 2 社会效益指标 城市绿地为城市居民提供安静 舒适 优美的环境 并对城市居民 生活稳定 身心健康 精神面貌等方面有一定的影响 表现在群众欢迎的程度 文化娱乐 效益等方面 第 264 页 3 经济效益指标 因经济内部收益率 经济净现值和经济效益费用相关性比较大 这 3 个经济指标只采用经济内部收益率 在投入方面还要考虑项目投资 耗水量等 间接经 济效益主要包括城市绿地的建成带动整个城市房地产业增值 吸引外来投资 促进经济发 展 4 生态效益指标 在生态效益方面 城市绿地具有吸收有害物质 改善城市热岛效应 调节温湿度 净化调节空气 消除噪音 降低环境污染等效益 可为城市提供一个洁净美 好的人居环境 另外 再生水和雨洪水的利用也是改善生态环境的重要指标 以上考虑的是大类指标 其中每一个大类指标又包含若干个小类指标 由此就构成了 系统评价的指标体系 二 指标体系的确定原则 评价指标是关于某个特定对象属性的测度 使对象属性的具体化 随着人们对事物认 识的不断深化 描述评价对象功能的指标往往不止一个 而是若干个 它们构成了多指标 评价体系 确定指标体系应遵循以下的基本原则 1 系统性原则 城市绿地节水效益评价涉及四个方面的影响因素 即技术指标 社会 效益 经济效益和生态效益 评价指标体系应能全面地 综合地反映被评价对象的整体情 况 从中抓住主要指标 并适当地考虑次要指标 以保证综合评价的全面性和可信度 2 简明性原则 在基本满足评价要求和给出决策所需结论的前提下 应尽量减少指标 个数 突出主要指标 以免造成评价指标体系过于庞大 给数据资料收集工作增加困难 3 客观性原则 评价指标的确定因避免加入个人的主观意愿 指标含义尽量明确 并 注意参与指标确定的人员的权威性 广泛性和代表性 4 时效性原则 随着节水型城市绿地建设水平的提高 技术水平和人们的价值观也不 断变化 因此评价指标需要不断调整 以满足人们判断和决策的需要 5 可测性原则 评价指标应尽量做到涵义明确 数据资料收集方便 计算简单 易于 掌握 6 定量指标与定性指标结合使用原则 定量指标与定性指标结合使用既可使评价具有 客观性 便于数学模型处理 又可弥补单纯定量评价的不足及数据本身存在的某些缺陷 7 去除相关性较强的指标 对于相关性较强的若干个指标 可选用其中一个指标代替 其他指标 这样可以简化模型 使模型具有较好的特性 8 指标设置要有层次 指标的层次性可以为衡量方案的效果和确定指标的权重提供方 便 三 指标筛选 在实际的综合评价活动中 并非是评价指标越多越好 但也不是越少越好 关键在 1 灌溉水的质量 灌溉水的好坏直接影响园林树木的生长 用于园林绿地树 2 木灌溉的水源有雨水 河水 地表径流水 自来水 井水及泉水等 由于这些水 中的可溶性物质 悬浮物质以及水温等的差异 对园林树木生长及水的使用有不同影响 如雨水含有较多的二氧化碳 氨和硝酸 自来水中含有氯 这些物质不利于树木生长 且 费用高 地表径流水则含有较多的树木可利用的有机质及矿质元素 而河水中常含有泥沙 和澡类植物 若用于喷 滴灌水时 容易堵塞喷头和滴头 井水和泉水温度较低 伤害树 木根系 需贮于蓄水池中 经过一短时间增温充气后方可利用 总之 园林树木灌溉用水 以软水为宜 不能含有过多的对树木生长有害的有机 无机盐类和有毒元素及其化合物 一般有毒可溶性盐类含量不超过 1 8g L 具体可参照 1979 年 12 月国家颁布的 农业灌溉 水质标准 执行中根据实际情况可适当放宽 水温与气温或地温接近 2 灌水时期 正确的灌水时期对灌溉效果以及水资源的合理利用都有很大影响 理论 上讲 科学的灌水是适时灌溉 也就是说在树木最需要水的时候及时灌溉 根据园林生产 管理实际 不妨将树木灌水时期分为以下两种类型 1 干旱性灌溉 干旱性灌溉是指在发生土壤 大气严重干旱 土壤水分难以满足树 木需要时进行的灌水 在我国 这种灌溉大多在久旱无雨 高温的夏季和早春等缺水时节 此时若不及时供水就有可能导致树木死亡 根据土壤含水量和树木的萎焉系数确定具体的灌水时间是较可靠的方法 一般认为 当土壤含水量为最大持水量的 60 80 时 土壤中的空气与水分状况 符合大多数树木生 长需要 因此 当土壤含水量低于最大持水量的 60 以下 就应根据具体情况 决定是否 需要灌水 随着科学技术和工业生产的发展 用仪器测定土壤中的水分状况 来指导灌水 时间和灌水量已成为可能 国外在果园水分管理中早已使用土壤水分张力计 可以简便 快速 准确反映土壤水分状况 从而确定科学的灌水时间 此法值得推广 所谓萎焉系数 就是因干旱而导致园林树木外观出现明显伤害症状时的树木体内含水量 萎焉系数因树种 和生长环境不同而异 我们完全可以通过栽培观察试验 很简单的测定各种树木的萎焉系 数 为确定灌水时间提供依据 2 管理性灌溉 管理性灌溉是根据园林树木生长发育需要 而在某个特殊时段进行 的灌水 实际上就是在树木需水临界期的灌水 例如 在栽植树木时 要浇大量的定根水 在我国北方地区 树木休眠前要灌 冻水 或 封冻水 许多树木在生长期间 要浇展叶水 抽稍水 花芽分化水 花蕾水 花前水 花后水等 管理性灌溉的时间主要根据树种自身 的生长发育规律而定 总之 灌水的时期应根据树种以及气候 土壤等条件而定 具体灌 溉时间则因季节而异 夏季灌溉应在清晨和傍晚 此时水温与地温接近 对根系生长影响 小 冬季因晨夕气温较低 灌溉宜在中午前后 此外 还值得注意的是 不能等到树木已 从形态上显露出缺水受害症状时才灌溉 而是要在树木从生理上受到缺水影响时就开始灌 水 3 灌溉制度 1 树木需水量 需水量是制定灌溉制度的核心问题 因为灌溉与节水都必须有个基 本标准 这个标准的基本依据就是需水量 它决定了在一定的气候 水文 土壤等条件下 植物生长所需要的水量和灌溉需水量等 虽然对植物需水量 国内外还没有一个技术权威 的定义 但对需水量的估算和测定 多数学者有着较为一致的方法 其一般的计算公式为 ETc Kc Eto 其中 Etc 为植物需水量 Kc 为作物系数 是计算植物需水量的重要参数 它 反映了植物本身的生物学特征 土壤条件等对植物需水量的影响 Eto 为参考作物腾发量 代表气象条件对植物需水量的影响 2 灌水定额 灌水定额是指一次灌水的水层深度 单位为 mm 或一次灌水单位 面积的用水量 单位为 m3 ha 目前 大多根据土壤田间持水量来计算灌水定额 其计算 公式为 m 0 1 rh P1 P2 公式中 m 设计灌水定额 mm r 土壤容重 g cm3 h 植物主要根系活动层深 度 树木一般取 40 100cm P1 适宜的土壤含水率上限 重量 可取田间持水量的 80 100 P2 适宜的土壤含水率下限 重量 可取田间持水量的 60 70 喷灌水的 利用系数 一般为 0 7 0 9 应用此公式计算出的灌水定额 还可根据树种 品种 生命周期 物候期以及气候 土壤等因素 进行调整 酌情增减 以符合实际需要 3 灌水周期 灌水周期又叫轮灌期 在喷灌中 可按以下公式估算 T m W 其中 T 灌溉周期 d m 灌水定额 mm 喷灌水的利用系数 为 0 7 0 9 W 土壤水分消耗速率 mm d 以上公式计算的结果 只能为设计提供粗约估算依据 最好能对土壤水分的经常性变 动进行测定 以掌握适宜的灌水时间 目前 我国农业灌溉中大田作物喷灌周期常为 5 10 日 蔬菜 1 3 日 绿地的灌溉周期可参照以上数据 4 灌水方法 灌水方法正确与否 不但关系到灌水效果好坏 而且还影响土壤的结构 正确的灌水方法 要有利水分在土壤中均匀分布 充分发挥水效 节约用水量 降低灌水 成本 减少土壤冲刷 保持土壤的良好结构 随着科学技术的发展 灌水方法也在不断改 进 正朝机械化 自动化方向发展 使灌水效率和灌水效果均大幅度提高 我们根据供水 方式的不同 将园林树木的灌水方法分为以下三种 1 地上灌水 机械喷灌 这是一种比较先进的灌水技术 目前已广泛用于园林苗圃 园林草坪 果园等的灌溉 机械喷灌的优点是 由于灌溉水首先是以雾化状洒落在树体上 然后再通 过树木枝叶逐渐下渗至地表 避免了对土壤的直接打击 冲刷 因此 基本上不产生深层 渗漏和地表径流 既节约用水量 又减少了对土壤结构的破坏 可保持原有土壤的疏松状 态 而且 机械喷灌还能迅速提高树木周围的空气湿度 控制局部环境温度的急剧变化 为树木生长创造良好条件 此外 机械喷灌对土地的平整度要求不高 可以节约劳力 提 高工作效率 机械喷灌的缺点是 有可能加重某些园林树木感染真菌病害 灌水的均匀性 受风影响很大 风力过大 会增加水量损失 同时 喷灌的设备价格和管理维护费用较高 使其应用范围受到一定限制 但总体上讲 机械喷灌还是一种发展潜力巨大的灌溉技术 值得大力推广应用 机械喷灌系统一般由水源 动力 水泵 输水管道及喷头等部分组成 汽车喷灌 汽车喷灌实际上是一座小型的移动式机械喷灌系统 目前 它多由城市 洒水车改建而成 在汽车上安装储水箱 水泵 水管及喷头组成一个完整的喷灌系统 灌 溉的效果