第六章草坪灌水与排水.doc

草 坪 学 教 案 与 讲 义章（节）第六章内容草坪灌溉与排水（一）教学目的与要求通过教学，使学生掌握草坪排灌系统的基本原理及施工技术教学内容第一节 草坪灌溉系统组成一、喷 头二、管材三、自动控制设备第二节 草坪喷灌系统设计原理一、喷灌水力学基础重点难点重点喷 头难点喷灌水力学基础本章参考书目与资料草坪科学与管理胡林、边秀举、阳新 中国农业大学出版社草坪建植与养护管理黄复瑞 中国农业出版社新编中国草坪与地被谭继清 重庆出版社教学过程课时安排2教具多媒体提问复习，对于衰退草坪如更新复壮？导入新课，喷灌系统讲授新课：讲授法巩固复习：喷灌系统的组成教学后记作业与思考题1、简述喷灌系统的组成及功能2、草坪喷灌常用的喷头的有哪几类各有何特点？3、名词解释：静水压力、动水压力第六章草坪灌溉与排水灌溉是弥补自然降水在数量上的不足与时空上的不均、保证适时适量地满足草坪生长所需水分的重要措施。以往的草坪绿化工程，很多没有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。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。随着城镇建设的不断发展，城市人口大量集中，工业和生活用水迅速增加，旅游、休闲、运动场及居民小区等各种绿地面积越来越大，城市供水的紧张状况日益突出。传统的地面大水漫灌已不能满足现代草坪灌溉的要求，采用高效的灌水方式势在必行。 第一节 草坪灌溉系统组成及特点灌溉系统分为自动灌溉系统和人工灌溉系统。自动灌溉系统由水源、水泵、分水管道、阀门、喷头和控制器组成。人工系统没有自动控制器，而是由人工开关水。一、喷头(一)喷头分类与特点1、升降式喷头这种喷头也称为升缩式喷头，不喷灌时整个喷头降到地面以下，而当压力水充满管道时，则在压力作用下升起，高出地面一定高度进行喷灌，高度为几厘米至几十厘米不等，对于草皮只要几厘米就可以了，而灌溉花卉则要升起几十厘米2、摇臂式喷头 (二)喷头的性能1、喷头的工作压力单位：（帕，Pa）、巴（Bar）、大气压等，工程单位用kg/m2表示1千帕（kPa）=1000帕（pa）1巴（Bar）=1 kg/m21 kg/m2=10m水柱高=1个工程大气压2、喷头的射程无风的情况下，一定喷灌强度下的喷头喷洒的距离。对于喷头流量0.25m3/h时，喷头射程是指雨量桶收集雨量为0.3mm/h点的距离；对于喷头流量0.25m3/h时，喷头射程是指雨量桶收集雨量为0.15mm/h点的距离。3、喷头流量喷头单位时间内经喷头喷出的水量，用m3/h或升/分钟表示。4、喷灌强度单位时间内地面上洒水的深度二、管材喷灌常用的塑料管有硬聚氯乙烯管、聚乙烯管等。它们的承压力随管壁厚度和管径不同而异，一般为0.40.6Mpa。硬塑料管的优点是：耐腐蚀，使用寿命长，一般可用20年以上；重量小，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，能适应较小的不均匀沉陷。缺点是：材质受温度影响大，高温发生变形，低温变脆；受光、热老化后，强度逐渐降低，工作压力不稳定；膨胀系数大等。三、自动控制设备（一）全自动化灌溉系统全自动化灌溉系统不需要人直接参与，通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参量可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中，除灌水器（喷头、滴头等）、管道、管件及水泵、电机外，还有中央控制器、自动阀、传感器（土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等）及电线等。（二）半自动化灌溉系统半自动化灌溉系统中在田间没有安装传感器，灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是根据预先编制的程序，而不是根据作物和土壤水分及气象状况的反馈信息来控制的。这类系统的自动化程度很不一样，如有的泵站实行自动控制，有的泵站采用手动控制；有的没有中央控制器，而只是在各支管上安装了一些顺序转换阀或体积阀等。四、园林草坪喷灌的特点 园林草坪是为改善环境、增加美感、陶冶性情等目的而栽植的，因此 要求它们最好常年生长皆绿，每年只需剪而不必种植，另外，草坪使土壤渗吸速度降低，要求采用少量频灌法灌溉，而且为了节约劳力和资金、提高喷灌质量的要求，园林草坪灌溉大多采用自动化控制固定式喷灌系统。 要求水质和喷洒质量较为严格，特别是对高级观赏植物和高尔夫球场的草皮，要求喷灌均匀度较高，如有漏喷或喷洒过量。都会造成严重损失。 草坪喷灌多数在夜间进行，其原因之一是草坪白天喷灌，蒸发损失大。一般夜晚喷灌时能比白天少消耗10以上的水量；原因之二是有些草坪白天不允许喷洒，如高尔夫球场进行比赛、公园娱乐区进行文娱活动等。 喷灌系统不能影响草坪的维护作业。草坪需要经常性的修剪、植保、施肥等，这些作业往往由机械完成。因此，需要选择特殊的设备。 喷灌系统在满足草坪需水要求的同时，需充分注意景观和环境效果。精心设计的喷灌系统，通过正确选择喷头和进行喷点的布置，不仅能满足草坪需水，而且在灌水时可以形成水动景观效果。 第二节 草坪喷灌系统设计原理一、喷灌水力学基础水力学是研究液体特性（静止和运动状态）的一门学科。依据水力学知识设计的管网，可以大大减少灌溉系统的投资和在运行过程中的维护保养费用。通过控制水的流速，可以减少水流在管网系统中的压力水头耗损。而不符合水力学特性的设计，会使喷灌系统的灌水质量降低、工程费用偏大和浪费水资源，并有可能使管受力过大,甚至导致管道破裂。因此管网水力学分析对于减少工程造价、提高灌溉效率和灌溉质量等都具有很重要的作用。 为了能正确设计喷灌系统，我们首先需要掌握一些有关水的知识。1、静水压力1 升水重1 kg，即水的比重为1000 kg/m3。在重力作用下，水总是由高处流向低处，一个重要的概念就是水压力（也称水头），它是指水对单位面积上作用力的大小，其计算公式如下:P=作用力(F)/面积(A)式中，P水压力（kPa）；F作用力（N）；A面积（m2）。底面积为0.01m2的柱状容器充0.3米高的水后，容器底部水压力为：P=W/A=(1000kg/m3*0.3 m) / (0.01 m2)=30000 kg/m2 = 294000 N/ m2 = 294 kPa如果底面积为0.01m2的柱状容器充0.6米高的水，则容器底部压力为： P=W/A=(1000kg/m3*0.6 m) / (0.01 m2)=60000 kg/m2 = 588000 N/ m2 = 588 kPa因此，水压力还可用“水头高度”或简称“水头”来表示。压力与水头之间的相互转换关系为：1m水头=10kPa，60m水头高即为600kPa。0.3m0.6m0.1m0.1m装有0.3 m和0.6 m高水的柱形容器如图所示，水塔水位高度60米，输水管道埋深1米，地面有起伏，B点地面比A点和C点高0.5米。当输水管道末端的闸阀关闭，管中充满水但没有水流流动时，管道中各个位置的水压力即为静水压力。根据静水压力的定义，图中管道a点、b点和c点的静水压力均为61米，而地面A点、B点和C点的静水压力分别为60米、59.5米和60米 2、动水压力 当阀门打开时，系统中的水就开始运动了，水在管道中流动时，水与管壁由于摩擦而产生压力损失，另外，连接件、阀门、水表和逆止阀等对水的流动都有阻力，这些阻力也会产生压力损失，使管道内水压力减低。 动水压力，即水流流动状态下管道内的水压力，磨擦损失和高程变化都会使系统内的动水压力变化。 如图23所示，将管道末端的阀门打开，管道中的水即成为流动的水，管网中各点的水压力即为动水压力，如果由于摩擦损失，水塔至A点、B点和C点的水头损失分别为0.1m、0.8m和1m，根据动水压力的定义，管道a点、b点和c点的动水压力分别为60.9m、60.2m和60m。而地面A点、B点和C点的水压力分别为59.9m、58.7m和59m。通过管道系统的水流大小影响摩擦损失的大小，即通过系统的水流越多，流速越大，压力损失越大。另外管道的大小尺寸也影响压力损失。压力损失或水头损失可以根据经验公式计算，也可以查表得到，这在后面的章节中我们要讲到。 水流通过管道的速度快，除摩擦损失大外，大的水流速度还会引起一些其他问题。因此管道中的流速不能过大，根据经验，喷灌管道中可接受的最大流速为1.5 m/s。流速超过1.5m/s时，其压力损失会急剧增大。 章（节）第六章内容草坪灌溉与排水（二）教学目的与要求通过教学，使学生掌握草坪排灌系统的基本原理及施工技术。教学内容第二节 园林喷灌系统设计原理二、草坪喷灌系统规划设计需要收集的资料三、灌溉需水量的确定四、确定水和能源的供应四、确定水和能源的供应五、确定灌溉系统的形式六、布置喷头七、喷灌强度重点难点重点园林喷灌系统设计原理及施工难点园林喷灌系统设计原理及施工本章参考书目与资料草坪科学与管理胡林、边秀举、阳新 中国农业大学出版社草坪建植与养护管理黄复瑞 中国农业出版社新编中国草坪与地被谭继清 重庆出版社教学过程课时安排4教具多媒体提问复习，建植草坪前如何准备坪床导入新课，喷灌系统讲授新课：讲授法巩固复习：如何确定草坪灌水时间教学后记作业与思考题1、草坪土壤中影响有效水分的贮存的因素有哪些？2、如何确定草坪灌水时间、频率和灌水量？3、喷灌系统设计中应考虑的因素有哪些？4、简述目前用于草坪喷灌的喷头类型及特点。二、草坪喷灌系统规划设计需要收集的资料（一）地形资料草坪绿地的喷灌系统规划设计同其他各类场地规划设计相同.（二）水文气象资料1.风向资料2.降水、蒸发资料：一是多年平均降雨量及年同的分布，二是暴雨强度及发生频率3.水源资料:水源类型 ,取水点 , 水质 ,供水方式 (三)土壤资料土壤资料主要是在喷灌系统控制区域内，地表层以下40-60厘米深度的土壤质地、土壤结构、土壤容重以及土壤水分特性等资料。在草坪喷灌系统规划设计中，收集这些资料的目的主要是研究喷灌形成的降水强度与土壤持水、保水、渗透性能的配合，以便选择合适的喷头，同时，了解土壤性质也是为草坪排水设计提供依据。三、灌溉需水量的确定 气象条件与作物需水量 四、确定水和能源的供应如果水源为自来水，需要确定两个重要信息，第一个是供水管网可以提供多大的流量，第二个是供水管网可以提供多大的工作压力。为此，需要收集现场资料，包括：静水压力，水表尺寸，供水管尺寸、长度和材质。静水压力可以通过压力表来测定。夏季白天（或最不利条件）供水管网与喷灌系统连接处的静水压力一般为最低静水压力。（一）计算供水管网可以向喷灌系统提供的最大流量我们可以用3个规则来确定灌溉系统可用的水的流量。每个规则得出的流量结果用L/min来表示。规则一：水表的水头损失不能超过规定的最小静水压力的10%。规则二：最大流量不能超过水表最大刻度的75%。规则三：水流通过管道的速度不能超过1.5-2.3 m/s。如果供水管道为塑料管，采用1.5m/s的速度，金属管可以采用较大值用这三个规则来计算系统流量，最后选择最小的流量作为供水管网可以向喷灌系统提供的最大流量。（二）计算供水管网可以向喷灌系统提供的压力为了确定工作压力，需要计算从水源到与灌溉主管道连接点的所有组件的水头损失，并考虑地形高差。如果计算得到的压力不能满足喷灌系统的压力要求，就要考虑加设水泵来加压。如果采用离心泵，为了保护水泵机组，往往需要建立一个泵房。可选用管道泵，这种泵噪音低、结构紧凑、直接安装在管道上，可以充分利用自来水的压力。五、 确定灌溉系统的形式草坪喷灌系统一般设计标准较高，灌水比较频繁，而且管理人员少，所以大多采用固定式喷灌系统，并且每一个喷点都装有升降式固定喷头，并经常全部埋在地下。许多草坪在白天要使用，例如高尔夫球场和足球场白天有赛事，公园草坪白天要向游人开放，因此只好在夜晚喷灌，这样固定式较为方便，而且最好能装有自动控制系统，以降低管理人员的劳动强度。六、 布置喷头喷灌系统中喷头的布置包括喷头的组合形式、喷头沿支管上的间距及支管间距等。喷头布置的合理与否，直接关系到整个系统的灌水质量。1、喷头的水力性能单个喷头的水量分布:将喷头置于一个固定的点上，沿着湿润面积的半径等间距地放上盛水容器，喷洒一定时间完后，测量每个容器中水的深度，即可绘出水量分布图。在喷灌半径5060%的范围内，即使各喷头水量不重叠，灌水量也能充分满足植株生长。而在60%以外，即喷头射程的后40%部分，随着距离的增大，水量越来越小，便不能满足植物的生长需要,需要用相邻的喷头重叠喷灌的方法来增加灌水量，提高灌水均匀度。建议相邻喷头的最大间距是各自喷洒半径的60%之和。在土壤质地粗糙、风速大、低湿度、高温等情况下，建议喷头间距要更小一些。在草坪灌溉中，喷灌头间距常选用喷射直径的50%。当有风时，可以用更小一些的间距如40%。2. 喷头布置方式有三种主要的喷头布置方式：（1) 正方形这种方式中相邻四个喷头组成的四条边距离相等，用于灌溉正方形的区域或有90度角的区域。尽管该方式有时均匀度欠佳，但四周有围栏的地区常使用这种方式。（2) 三角形该模式常用于边界不规则的地区。正三角形布置是指三个相邻喷头之间间距相等。与正方形布置方式相比，三角形布置不存在象正方形布置中的水量偏少地带。因此工程设计多数使用三角形布置。S代表喷头间距, L代表支管间距。在一个正三角形布置时，L是S的0.866倍。例如喷头间距为24m, 支管间距则为20.8m （3)特殊地形喷头布置 为适应特殊的工程条件，同一地域可以用上述各种不同模式的组合，例如,如果一块较大草坪既有草坪又有树和灌木丛, 就需交错使用不同的模式。遇到树或灌木丛我们可以交错使用正方形或矩形、平行四边形或三角形模式，绕过或穿过障碍物后, 其它地方仍可以使用原来的喷头间距模式。为适应特殊的工程条件，同一地域可以用上述各种不同模式的组合，例如,如果一块较大草坪既有草坪又有树和灌木丛, 就需交错使用不同的模式。遇到树或灌木丛我们可以交错使用正方形或矩形、平行四边形或三角形模式，绕过或穿过障碍物后, 其它地方仍可以使用原来的喷头间距模式。七、喷灌强度喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深。我们一般考虑的是组合喷灌强度，因为灌溉系统基本上都是由多个喷头组合起来同时工作。喷头组合喷灌强度的计算公式为：组合（mm/h）=1000q/A式中：q为单喷头的流量（m3/h）；A为单喷头的有效控制面积（m2）。对于喷灌强度的要求是，水落到地面后能立即渗入土壤而不出现积水和地面径流，即要求喷头的组合喷灌强度（组合）应小于等于土壤的水入渗率 章（节）第六章内容草坪灌溉与排水（三）教学目的与要求通过教学，使学生掌握草坪排灌系统的基本原理及施工技术。教学内容第二节 园林喷灌系统设计原理八、喷灌系统的管道布置形式九、灌溉系统的水力计算 十、喷灌系统施工安装第三节 草坪排水一、重要性：二、草坪排水方式三、草坪排水系统的设计施工重点难点重点园林喷灌系统设计原理及施工难点园林喷灌系统设计原理及施工本章参考书目与资料草坪科学与管理胡林、边秀举、阳新 中国农业大学出版社草坪建植与养护管理黄复瑞 中国农业出版社新编中国草坪与地被谭继清 重庆出版社教学过程课时安排4教具多媒体提问复习：草坪喷灌系统喷头布置方式有几种？导入新课，喷灌系统的管道布置形式讲授新课：讲授法巩固复习：教学后记作业与思考题1、 草坪喷灌系统的管道布置形式有几种？2、 草坪排水有何特点？3、 草坪排水的哪几种形式？八、喷灌系统的管道布置形式1、程序：选定喷头确定喷头间距布置管道系统划分轮灌2、喷灌单元管道布置形式（1）单向串联供水（2）双向串联供水（3）并联供水九、灌溉系统的水力计算 1、确定管径:管径选择非常重要，系统投资大小与管径选择密切相关。管径太小，管内流速太大，水头损失也大；管径太大，虽然水头损失较小，但投资太大，很不经济。目前在小型喷灌系统设计中，最优管径一般是根据流量和经济流速确定。粗略估算最优管径可采用下边的公式计算：经验公式法：D=11Q(Q 120m3/h )经济流速法：D=1.13Q/VD：管道直径(mm)，Q：管道流量，V：经济流速V 3m/S2、管道水头损失的计算方法 水头损失：水在管道内流动会产生机械能的损耗。沿程水头损失：为水流过一定管道距离后由于水分子的内部摩檫而引起的损失；局部水头损失：为水流经过各种管件、阀门等设备时因流态的变化而产生的损失。管道的总水头损失：沿程水头损失与局部水头损失之和即为(1) 沿程水头损失的计算对于硬质塑料管道（PVC），常用的计算公式如下： Hf为沿程水头损失（m）；L、Q、d分别为管道长度（m）、流量（m3/h）和管道内径（mm） (2) 局部水头损失的计算 在实际设计工作中，一般先计算出沿程水头损失Hf，然后取局部水头损失Hj = 10%-15% Hf 即可满足设计要求。支管的水力计算往往是一个反复的过程。水力计算的基本流程为：计算支管流量初设管径计算水头损失校核出水口处压力差是否小于等于20% H设若超过20% H设，调整管径后重复计算最后确定支管管径。3、支管的水力设计喷洒支管直接与安装喷头的竖管相连，是喷灌系统最末级的工作单元，其水力设计主要依据均匀喷洒的原则。即使同一支管上任意两个喷点的喷头工作压力之差不超过喷头工作压力的20%，这样任两个喷头出水量之差才小于10%。若设喷头工作压力、支管上最大和最小的喷头工作压力分别为H设、Hmax、Hmin，则支管管径选择的控制条件为：Hmax-Hmin0.2H设若地形不平，有坡度还应考虑落差（Z）的影响，其控制条件变为：上坡支管：Hmax-Hmin0.2H设-Z（缓坡，水头损失大于地形落差）下坡支管：Hmax-HminZ-0.2H设（陡坡，水头损失小于地形落差）这样，就可以根据流量、管长和管径中的任两个已知条件及上述约束条件来确定另一个未知条件。另外，支管的流量一般随流程按规律递减，对这种等间距、等流量分流的多孔出流管道，其沿程损失Hf要小，实际沿程损失Hf为：Hf=FHj式中：F为全等距等量出流系数，与孔口数、首孔位置及管材流量指数有关的折减系数，可查表或用公式计算，依经验，一般取0.40.5。当然，实际应用时，支管上的喷头不一定是等间距或等流量的，这就需要分段按不同流量计算，相对更为复杂一些。所以在初步设计时，尽量首先有规则地安排，以使设计简化和施工方便。 总结支管水力设计，可按如下流程进行：喷头选型确定布点及管长确定支管流量初设管径计算水力损失校核（Hf0.2H设）调整管径、管长重复计算确定管径、管长 4、干管水力计算干管水力计算同支管的计算差不多，对其总的要求是支管分流处的压力应满足支管的压力需求。 四、水泵的选择根据喷头工作压力、干管Hf和Hj、支管的Hf和Hj、竖管的Hf、动水位平均高程与喷头高程之差，以及整个系统流量（即系统内同时工作的喷头流量之和），确定合适的水泵。 水泵的流量Q为：Q=N喷头q水泵的扬程H为：H=H喷头+Hf+Hj+式中：N喷头为同时工作的喷头数；q为单喷头的流量；H喷头为喷头设计工作压力（m）；为典型喷头高程与水源水面的高差（m），典型喷头一般是离泵站最远、位置最高的喷头；Hf为水泵到典型喷头之间管路沿程水头损失之和（m）；Hj为水泵到典型喷头之间各种局部水头损失之和（m）。3.水泵的选择选择水泵的主要任务是确定水泵的流量和扬程。在上述步骤完成后，即可计算流量和扬程。水泵流量： Q = N喷头q水泵扬程： H = H设+Hf+Hj式中：N喷头为同时工作的喷头数；q为单喷头流量；H设为喷头设计工作压力（m）；Hf为水泵至典型喷头之间管路沿程水头损失之和（m），所谓典型喷头一般是距泵站最远或位置最高的喷头；Hj为水泵至典型喷头之间局部水头损失之和（m），其中应包括阀门、过滤设备及施肥设备的局部水头损失；为典型喷头与水源水面或井内动水位的高差（m）。十、喷灌系统施工安装（一）在已有草坪的地块内施工，除尽量保护现有草坪外，要特别注意管沟弃土的处理。弃土须分层放置，埋管时须按与开挖时相反的顺序分层回填，以保证沿管线种植层内的土壤与原有土壤一致。（二） 在干管和每条支管上应安装放水装置，以便于冲洗管道以及冬季防冻。即使在无冻害的南方地区，在非灌溉季节一般也应放空管道，防止水长期滞留在管道中产生微生物，附着在管壁和喷头上影响喷灌效果。放水装置除常见的闸阀、球阀外，还有自动泄水阀，可在灌水停止后自动排出管道中的水。（三）对于系统压力变化或地形起伏较大的情况，支管阀门处应安装压力调节设备。另外，在必要的管段还应安装进排气阀、泄压阀等，用以保护系统的安全 （四）为便于临时取水，或对喷灌不易控制的边角地段进行人工灌溉，在主管道上一般需安装一定数量的快速取水阀（方便体），第三节 草坪排水一、重要性：草坪草生长过程中常因各种原因遭受涝害、湿害。当土壤水分过多形成积水时，草坪根系分布层内土壤通气不良，会影响根系吸收氧气和正常代谢，引起根系功能衰退，植株不能正常生长，严重时造成斑秃或死亡。防止草坪涝害的措施就是为草坪排水。排水系统包括利用地形排水和埋设暗管排水二、排水方式（一）草坪排水特点草坪以地表径流排水为主，地表径流占总排水量的70%-95%不等。其次才是渗透排水。渗透入土层内的水，充入毛细管，成为毛管悬着水，一旦超过田间持水量，即转化成重力水，汇入地下水。这里地下水位的高低是重要的，不仅影响排水，还影响供水。地下水位经常保持在离地表1-1.2米是较好的。土壤质地、结构对于保持土壤通透性同样重要。排水良好的草坪，通常于雨后1天之内可将重力水排除或基本排除。至于对排水有特殊要求的草坪，如某足球场，要求当地最大降水量6-12天后即可比赛，则需要作特别设计。（二）排水方式1、利用地形排水就是利用坪床的坡度排水。一般小面积草坪采用0.2左右的坡度即可达到排水目的。地形排水要求场地中心稍高，四周逐渐向外倾斜，较大草坪通常做成0.2至0.3的坡度，最大坡度不宜超过0.5，坡度太大容易出现水土流失。如果草坪场地的边缘靠近道路及建筑物，则应从路基或房基处向外倾斜，以利于向外排水。 (二)暗管排水暗管排水即用设置排水管道的办法进行排水。对质量要求较高的广场草坪或运动场草坪，应设置排水设施进行排水。目前通常采用的排水设施有暗管排水和鼠道排水。 若草坪面积不大，暗管排水一般采用对角线形式埋设主要暗管排水管道，在主管道左右，副排水管道斜埋，构成似肋骨的地下排水系统。副管接入主管一般应与水平面成45角。若草坪面积较大，排水主管则应平行排列，暗管管径一般为65至8厘米，管材为陶土或混凝土，或是带孔的硬质塑