天津静海县独流减河进洪闸草坪喷灌系统设计

天津静海县独流减河进洪闸草坪喷灌系统设计

该独立于河流进水口的脆弱加固工程于2005年4月开始，并于2007年11月完成。为改善办公环境,在闸区上源头重新设计建造新的办公区域,占地面积5.4万m2,包括办公楼、防汛仓库及如食堂、车(船)仓库等附属设施。同时,院内进行了重新绿化布置设计,种植草皮面积约2万m2,占院内面积37%,各种树木有9000棵左右。草坪喷灌系统的设计对象位于管理处办公院东南侧,紧邻南北闸连接路,面积约9000m2,呈梯形状。草坪以壤土填土,填土部分为中间高两端低似高尔夫球场状,草坪内种植部分树木。由于原设计未对草坪的浇灌作配套完整的灌溉系统,灌水时只能采用大水漫灌或人工洒水。这不但造成水的浪费,而且往往由于不能及时灌水、过量灌水或灌水不足难以控制灌水均匀度,对草坪的正常生长产生不良影响。在此,笔者就独流减河进洪闸草坪喷灌系统设计过程作一简要介绍。本工程位于天津市静海县,大清河与子牙河汇合处独流减河进洪闸管理区院内。其自然气候及水文地质情况,见表1。1利用天然的成膜与作为植物生长的原料来实施灌溉喷灌是将灌溉水通过由喷灌设备组成的喷灌系统或喷灌机组,形成具有一定压力的水,由喷头喷射到空中,形成细小的水滴,均匀地喷洒到土壤表面,为植物正常生长提供必要水分的一种先进灌水方法。与传统的地面灌水方法相比,喷灌具有节水、节能、省工和灌水质量高等优点。2喷灌系统的组成2.1水回收和压压管道管理处有一处深水井,距离草坪处约350m,井深450m,在此设有加压水井房。利用深水潜水泵(200QJ50-117/9多级泵1台,流量50m3/h,扬程117m)将水抽到矩形水池内,再由多级管道离心泵(80GDL36—12*3立式多级管道离心泵2台,设计流量36m3/h,扬程12m)将水加压至容器内,然后向闸区供水。室外给水管道为镀锌钢管,由法兰连接和焊接,干管直径为DN100,埋于地下0.7m,主要供新、老办公楼生产、生活用水。该管线经过草坪处设消防栓一个。在绿地的整个生长季节,水源水质满足灌溉水质标准的要求,故本次喷灌设计将该水源作为喷灌水源。2.2社区ppr管由干管、支管等不同管径的管道,通过各种相应的管件、阀门等设备连接成完整的管网系统,其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的绿地区域。根据管理处外网管径的布置情况,主干管为直径100mm的镀锌钢管。本次喷灌系统所用的管材主、支管均为PPR管,该管材优点是寿命长、重量轻、搬运容易、内壁光滑、水力性能好、过水能力稳定、有一定的韧性、适应较小的不均匀沉陷。特别是埋于地下可达50多年,施工方便,采用热熔连接。(1)所有支管均采用DN25PPR管,平行布置,间距12m。根据草坪场地实际情况,共平行布置11条支管。(2)为防止冬季管内积水结冰将管损坏,每条支管的一侧设有放水井。支管坡度1/200。第六、七、八排支管中间跨过土丘,故在两侧设有放水井。第九、十、十一排支管较长,故在中间设置一排水井,由两端向中间放水。排灌设施在使用时,在上冻前应将管内积水放掉。(3)在主管与每条支管结合处附近,设置DN25截止阀。当水压不能满足整个管线喷灌作业时,可根据喷灌需要关闭其他支管线截门,保证部分管线压力满足浇灌条件。2.3中压中等喷射喷射型喷射系统k喷头用于将水分散成水滴,如同降雨一般比较均匀地喷洒在绿地区域。喷头是喷灌系统中最重要的部件。本次设计喷头采用固定式摇臂锌合金喷头(9708C),工作压力1.5～4kg,喷射直径10～20m,喷水量0.84～1.62m3/h,为中压中等射程喷头。考虑到原有水管的压力不稳定,尽量减少竖管的长度及埋设深度,一般在20～40cm之间。竖管出土深度30cm。为防止冬季管道存水结冰甚至管道冻裂,在支管一侧或两侧设置放水井。设计射程RS=KR,其中K为折减系数取0.7,R为喷头射程取低限10m。设计射程RS=0.7×10=7m。3灌草护坡规范和技术指标主要设计依据有:《灌溉与排水工程技术管理规程》(SL/T246—1999),《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—1999),《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》(GB/T20203—2006),《喷灌工程技术规范》(SD148—1985)。3.1绿地灌水量参照数据需水量包括土壤与地表的蒸发量和植物本身消耗的蒸腾量。影响需水量的因素有气象条件(温度、湿度、辐射及风速等)、土壤性质及其含水状况、植物种类及生育阶段等。由于现场资料缺乏,绿地灌水量参照表2所列经验数据选取。本设计选用绿地日需水量为11.0mm。3.2喷灌强度的确定土壤的允许喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深。喷灌系统的设计喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强度。不同质地土壤允许喷灌强度可按表3确定。本设计草坪喷灌强度为12mm/h。3.3设计要求m设计灌水定额是指一次灌水的水层深度,单位为mm。其计算公式如下:式中:m为设计灌水定额(mm);rd为土壤容重(g/cm2);H为计划湿润土层深(m);P为设计土壤湿润比(%);θmax、θmin为适宜土壤含水量上、下限(占干土重百分比)。设计参数计算结果,见表4。3.4设计耗水程度q灌水周期是作物在耗水生长旺盛期两次灌水的间隔时间。式中:T为灌水周期(d);m为灌水定额(mm);E为设计耗水程度。设计灌水周期计算结果,见表5。3.5喷灌支管任务计算喷头的布置主要包括组合形式、喷头间距等,它的合理与否直接关系到喷灌效果。本次设计喷头的组合形式采用矩形,矩形组合优点是设计简单、容易布置,如图1所示。由于利用原有供水系统提供水源,加之该草坪环境复杂,给喷灌水力计算带来一定困难。按照常规水力计算比较繁琐,根据该喷灌实际情况,本设计采用简易的计算方法,按照反推法对支管的喷头进行布置设计。由于距离水源最远端水压最低,一旦最远端水压满足要求,其他支线都能满足,因此以距离水源最远端支管线路最长的支管作为最不利喷灌情况。根据喷灌场地的地理情况,最远端的支线设置8个喷头,按照每个喷头流量1m3/h取值,8个喷头总计流量8m3/h。干管总流量36m3/h,则每次可同时带动4个支线为32个喷头,总计流量32m3/h(余压为水头损失)。据此计算推断,每次开启的喷灌喷头不超过32个即可。由此,可以对整个草坪喷灌管网进行布置。喷灌管网布置情况,如图2所示。3.6支管喷灌方式及时间喷灌系统的工作制度可分为续灌和轮灌。本喷灌系统由于主管工作压力限定,不可能带动所有喷头同时工作,所以采用轮灌工作方式。根据主管工作压力,适时通过截门控制相关支管喷灌来满足支管喷头工作压力。根据以上计算成果,其运用方式为:第一排到第五排共31个喷头为一组;第六、七、八排共24个喷头为第二组;第九、十、十一排共24个喷头为第三组。每组喷灌实际所需时间约1h,完成三组喷灌共需3h。根据四季的气候不同情况,平均灌水周期为4d。夏季根据雨水情