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园林灌溉设计 雨鸟贸易 上海 有限公司华南区经理 符国彬 2020年1月31日星期五 设计目的 景观灌溉设计目的在于 给植物根区提供适当的土壤含水量 如同补充降雨 保护景观投资 减小设计的系统过低或过高财务风险减少系统用水量 减少系统有效操作的劳动力用量 设计提供系统使用年限长 但维护少的灌溉系统 园林设计过程 回答下列问题 你有足够的水吗 什么是系统设计流量 系统怎样分区 怎样选择喷头和间距 怎样划分喷头组 怎样确定管径 系统怎样自控 选择什么样的泵 1 你的水量够吗 园林灌溉是保持草坪和植物生长健康和美观植物需要水分进行光合作用 养分传输和保持植物体温度等植物耗水量被称蒸散量或ET植物光合作用大小取决于水分蒸散量的大小 水 养分 植物蒸散量ET ET值是土壤蒸发 物理过程 和植物蒸腾 生物作用 之和蒸发取决于 气温水温空气湿度风速辐射能量地表蒸发范围 蒸腾植物通过叶面蒸发产生聚合力 毛细管和基质势力传输水分蒸腾取决于 蒸发率植物叶面积指数植物活力有效水 根深和土壤类型 植物蒸散量ET 什么是设计ET最大值 灌溉系统必须满足植物在最不利气候条件下生长设计ETc 作物系数x生长期最大每天ETETc CFxET什么是植物可接受的作物系数 什么是ET最高值 你怎样知道ET值 Howtofactorwaterwastage losses水分损失因素是什么 园林景观作物系数 CF 植物作物系数范围低高树0 30 8灌木0 30 7植被0 30 6冷季草坪 适度0 650 7强壮0 70 75健壮0 80 85热带草坪 适度0 250 4强壮0 450 55健壮0 550 7 au sewl upload document WaterConManual 为什么取值有一定范围呢 草坪要求不同从前面我们可以看到草坪一系列作物系数例如 冷季草坪作物系数适度0 650 7强壮0 70 75健壮0 80 85 健壮 系数用于特殊要求的草坪 如高尔夫果岭等 强壮 系数用于基本草坪 一般需水量小于最大ET值 主要用于运动场等 适度 系数用于一般草坪 保持割草次数最小 主要在公园等地 最大ET值确定 取决于气候发生频率和最不利的ET值的程度 降雨分布频率 土壤类型和根深 储水量 一般采用月最大值ET计算每月平均每天均值评价每周需水量或者 如果知道 用一周最大ET值的60 作为设计值 中国参考作物腾发量 ETO 部分城市 最大ET数据来源 测量数据级蒸发皿 政府或农业气象站等 计算数据彭曼公式 气象资料 或气象站资料 当地知识和经验参考ETo 值是12厘米高的冷季草坪完全覆盖的蒸发量ETc Kc cropcoef xETo 在农业作物系数应用较多 但在园林景观设计中很难得到 Irrigation5thEdition Pg127 ET值数据例子 www bom gov au climate map evaporation evap jan shtml 怎样推测损失 灌溉设计包括喷头的选择和间距的确定 其目的是选择的喷头能提供延时系数SC 1 3 在1 2左右比较理想延时系数意思是在不均匀运行时 喷头要在延长20 的灌溉时间才能达到灌溉深度有一些损失是由于地表蒸发产生 灌溉效率 滴灌系统80 90 旋转喷头70 80 散射喷头60 70 灌溉水量要根据灌溉效率确定 容许有一定损失 灌溉沿程水量不能被作物利用 确定种植区域 园林景观区域一般由不同植物类型划分 它们可能是草坪 灌木 树和花园床等 每个植物区其作物需水ET值不一样 在评价灌溉总量时要考虑 即 系统设计流量 在规划时要将这些植物区域分开 估计它们的面积 m 例子 我们有足够的水吗 有南方有20000m 的热季草坪 特殊公园需强壮生长 ET值最高发生在7月 月平均300mm 10mm 天 每周需要多少水 维持公园草坪正常生长 你的水够吗 ETKikuyu CFxET 0 55x10 5 5mm 天假设灌溉效率为80 每天灌溉量 5 5 0 8 6 9mm 天每周需要最大水量 7天x6 9mm 天x20 000m 966 000升 周注 mm深xm 面积 L体积 重复练习主要植物分区 草坪 灌木乔木和花园 假设草坪20000m 灌木2000m ET灌木 CFxET 0 5x10 5mm 天散射喷头效率70 最高灌溉量 5 0 7 7 14mm 天每周最大需水量7天x7 14mm 天x2000m 99 960升 周 你有足够的水吗 草坪需水966 000升 周灌木需水99 960升 周总需水1065 960升 周或1066m 周 够不够继续设计划分区域减小灌溉面积采用较低作物系数寻找更多水源 你有足够的水吗 2 什么是系统设计流量 我们估计每周植物需要多少水量 其条件为最不利的 主要植物区域需水 评价系统设计流量 我们考虑 植物水库 和灌溉窗口 的灌溉制度 植物水库 土壤水 土壤水主要储存在土壤孔隙中大孔隙 沙土 持水量疏松小孔隙 黏土 持水量紧对于灌溉 我们只关心能被植物利用的水有效水田间持水量与凋萎点间的水分土壤水一般在设计中用深度表示 每米有多少毫米水 沙壤土 田持FC 16 Moisture凋萎点PWP 6 Moisture有效水AWC 10 粘土 FC 24 24mm 100mm PWP 7 AWC 17 17mm 17mm 土壤特性 土壤类型 有效水 入渗率mm m有效水mm hr入渗率Sand沙60 20FineSand沙土9015 20SandyLoam沙壤11010 18Loam壤土17010 15SiltLoam粉沙壤土1708 12ClayLoam粘壤1655 10Clay黏土1401 5 0 6 12 18 24 30 36 42 48 2 4 6 8 10 12 14 天 土壤含水量 cm 100cm 深层深漏 田间持水量 作物耗水量 永久凋萎点 FC AW PWP 各种土壤的有效持水量 对含有砾石的土壤 土壤有效含水量应当乘上土壤中砾石的含量 1 砾石 不同植物根系深度可满足作物腾发水量 土壤水分术语 设计容许有效水的 灌溉前一般要求容许耗水50 的有效水 或更小 取决于水分张力取决于植物的抗旱性取决于气候预测 根系深度 植物根系最大深度 也是土壤储存的最大土壤水通过灌溉时间达到最大根系深度 较少灌溉频率如果 勤灌少灌 植物根系变浅 易受高ET条件下发生水分胁迫 乔木的灌溉量还要考虑土壤的湿润比 估计系统设计流量 最大ET 植物土壤水 和 灌溉窗口 确定灌溉制度灌溉制度也由重要植物的区域确定 重要植物区域是指首先发生水分胁迫的区域灌溉制度通常以草坪确定树 灌木和花园根系比草坪较深 土壤水较多 花园在需水高峰期没有必要估计 例子 草坪在沙壤土生长 根系最佳深度150mm 容许消耗的土壤水库PWRkikuyu 150mmx110 1000 16 5mm灌溉前容许消耗量50 x16 5mm 8 25mm 例子 灌溉满足 强壮 生长最大ET值ETkikuyu CFxET 0 55x10 5 5mm 天容许土壤耗水量 50 x150 x110 1000 8 25mm 灌溉制度 一般灌溉在夜间 减少蒸发损失 减少公共危害或损坏 每周有2天不灌溉如果没有特殊的不灌溉日期要求 一般指定2周灌溉制度 灌溉制度 14天x最大ET 2周灌溉量2周纯灌溉量 容许的灌溉天数的损耗量如果 灌溉天数 10 那么每周有2天可以不灌溉 例如 日最大耗水量为ET 5 5mm 天土壤容许消耗量 8 25mm 14x5 5 8 25 9 33 10天即2周有十天灌溉每次灌溉量 纯 14x5 5 10 7 7mm 14天灌溉制度 这个灌溉制度应用于所有植物区 草坪区域每两周灌溉10次每次纯灌溉7 7mm如灌溉效率80 毛灌溉量7 7 0 8 9 7mm每天灌溉量 面积m x毛灌溉量 mm 20 000 x9 7 194 000升假设每天灌溉8小时 理论流量为 194 000 8 24250L hr 24 25方 小时 灌木区域2周灌溉10次每次纯灌溉量 5x14 10 7mm如灌溉效率70 毛灌溉量7 0 7 10mm一天最大灌溉量 面积m x毛灌溉量 mm 2 000 x10 20 000L假设每天灌溉小时理论流量 20 000 8 2500L hr 2 5方 小时 为此设计流量是多少 理论总流量 24 25 2 5方 小时 26 75方 小时喷头分组效率95 在后面的设计过程中 旋转和散射喷头分区 其喷头数和流量不可能等于设计流量 喷头数可能不同 因此设计流量要增加5 系统设计流量 26 75 0 95 28 2方 小时 3 怎样系统分区 均匀分区1 分区和喷头选择 根据地点需要根据喷头装置根据土壤水要求2 喷头类型和位置风的影响灌溉强度相匹配强度均匀性 地点要求 考虑植物种植区域 前面也介绍部分 一般园林景观由各种植物组成 草坪 灌木 地面覆盖区 各种花卉等不同植物区域其灌溉方法不同 设计时要分开设计考虑草坪设计需求 运动场和公园 考虑植物土壤水土壤类型在灌溉区域变异较大 因此在不同的区域土壤水也不同 设计时要分别划分 考虑地形在草坪区域 其灌木和树采用较小半径喷头 减小 阴影效应 坡地区域 同样对不同土壤类型 土壤入渗率不同 因此与平地相比灌溉有效性也不同 土壤类型 入渗率 类型 入渗率mm hrSand沙土 20FineSand细沙15 20SandyLoam沙壤土10 18Loam壤土10 15SiltLoam粉沙壤土8 12ClayLoam粘壤土5 10Clay粘土1 5 根据灌水装置分区 草坪需要地埋喷头草坪形状和大小1800散射喷头1 5米1800旋转散射喷头4 7米旋转喷头7 25米花床和灌木区域 用散射喷嘴或旋转喷嘴以克服叶子阻挡 不旋转 根据节水要求 喷洒在道路或行人道上 都会浪费水 且容易造成交通事故草坪边界地区需要局部喷洒喷头 通常用中喷射程 10 15米半径 低仰角旋转喷头 这些与全圆喷头区域分开 对于风影响的区域 要用不同喷头 低仰角和喷头间距较近 尤其在靠近路边的喷头要控制风的影响 喷头布置 为确保喷洒效果好 喷头叠加喷洒模式 喷头间距用喷头喷洒直径 在给定的压力和喷嘴条件下 例如50 间距 喷头间距为喷射直径的50 风的影响 有些灌溉区域受风的影响 需要不同的喷头间距 其降雨强度也不一样 因此需要分区风速间距 直径 0 5Km hr55 5 11Km hr50 11 20Km hr45 组合模式比较 L为支管布置间距 S为喷头布置间距 正方形L 0 866S 喷头布置 一般喷头布置有正方形和三角形布置 其灌溉强度不同 因此需要分区 L L L 0 866xL 计算灌溉强度 正方形灌溉强度 mm hr 1x喷嘴流量 m hr x1000间距 m x间距 m 例如 Falcon6504 18喷嘴 在5Kg cm 压力下 正方性 18mx18m 灌溉强度 4 23x1000 13mm hr18x18注意 雨鸟产品介绍灌溉强度是假设喷头180度旋转强度 三角形灌溉强度 mm hr 1x喷嘴流量 m hr x1000 0 866x间距 m x间距 m 例如 Falcon6504 18喷嘴在5Kg cm 压力下 采用正三角形 18mx15 6m 灌溉强度 4 23x1000 15mm hr0 866x18x18注 三角形灌溉强度增加 均匀性好 对抗风效果好 计算灌溉强度 相匹配灌溉强度 当喷头组合时 其有不同的喷洒角度 因此要采用相匹配的灌溉强度相当重要 例如 1 4圆的喷洒量只要半圆喷洒量的一半 因为面积只有一半 散射喷头容易选择 有MPR喷嘴对于5000 有射程为7 6m 9 1m和10 7mMPR喷嘴 对其他旋转喷头喷嘴不宜取得相匹配的灌溉强度 有时可改变射程和喷洒流量减小不相匹配的雨强 MPR 相匹配雨强概念 灌溉太多产生径流 没有足够水 采用MPR喷嘴喷洒更均匀 0 21m3 h 0 42m3 h 0 84m3 h 0 42m3 h 0 42m3 h 0 42m3 h 灌溉均匀性 非常均匀 不均匀 测量均匀性 分布均匀系数 DistributionUniformity 比较25 最干区域的平均水量与所有灌溉量筒的水量平均值之比 DU M25x100M将量雨筒规则放在喷洒区域内 喷洒一定时间 记录所有量雨筒的降雨量 计算所有读数平均值和读数最少的25 平均值 DU应该 75 延时系数 SchedulingCoefficient 该系数表明灌溉时间增加 以确保最干X 区域内达到平均灌溉量如果用25 的最干区域读数计算DU值 则SC25 1 DU25 一般延时系数SC是平均10 的最低读数值 SC10 1 DU10 对草坪灌溉SC应该小于1 3 均匀系数 ChristiansenCoefficientofUniformity 该计算值测量每个量雨筒的读数与平均的变化量 Cu 1 SumMd x100MxnM 所有量雨筒的平均值SumMd 所有与平均值的变化值绝对值之和N 量雨筒数CU大于 84 布置好但压力低 加大喷头间距 压力好 喷头布置合理 压力好 5 喷头怎样分组 站点的大小 每个阀门的喷头数 基本水力学支管大小 站点大小 我们已经计算系统设计流量我们已经区划种植区域 区域要求水分要求 地形 我们选择喷头和间距等现在我们规划 点 站点大小 计算每个区的流量 雨强和运行时间区域1 Falcon 18 5kg cm 正方形16x16m56喷头 小区流量 56x1 18 66l sec或3920L min灌溉强度 16 6mm hr 灌溉量 9 7mm灌溉时间 35mins区域2 5004 3低角度 45kg cm 宽度为10m 45喷头x0 22 9 9l sec或594L min灌溉强度 13mm hr 灌溉量 9 7mm灌溉时间 45mins区域3 4 5米 MPR灌木 半圆 2 1kg cm 88喷头x0 12 10 6L sec或634L min灌溉强度 35mm hr 灌溉量 10mm灌溉时间 17mins 站的大小 1 选择最大区域的流量2 小区流量除以设计流量 得到站点数 3 喷头数除以站点数 得到每站的喷头数 喷头数必须向下取整 前面我们在设计流量时考虑分组系数95 例如区域1流量 3920 8 3设计流量47056喷头 8 3 6 75 6喷头 站建议9站6个喷头 和1站2个喷头 站的大小 因此 在主要灌区 最大流量为6xFalcons 每个流量1 18L sec 6x1 18x3600 25 5m3 h因为主要灌溉区流量为25 5m3 h 该流量应该为实际设计流量 其泵将在高效率区运行 我们现在选择其他灌区开启阀门流量与之流量匹配 如果采用变频泵 则没有必要选择流量相匹配 站的大小 灌区1 6站x6喷头 流量25 5m3 h 灌溉35min1站x2喷头 流量8 52m3 h 灌溉35min灌区2 灌区流量35 64m3 h 45喷头35 64 25 5 1 4站灌区3 灌区流量38 04m3 h 88喷头38 04 25 1 5站现在利用特殊区域 经验和艺术的选择站的大小 站的大小 特殊区域 如果灌木区由许多分散的区域组成 原则上每个分区一个阀门 形状与面积根据经验 典型阀门流量可供参考 DVF25mm 3 3方 小时PGA25mm 7 2方 小时PGA40mm 13 2方 小时PGA50mm 27方 小时 站的大小 如果不是采用变频泵 设计灌溉区域流量尽量在泵的高效运行 基本水力学 压力 重量 面积重量 质量xg水的重量1kg 升假设水体为10cmx10cmx10m重量 100kg地面积 10cmx10cm 100cm 压力 100 100 1kg cm 公制单位 1kg cm 10m 100kpa10m压力为1Bar或100Kpa 6 如何计算管径大小 由于水流在管内流动 则产生水头损失 沿程损失的大小与管径大小 流速管壁糟率和粘性等有关 沿程损失 计算采用HazenWilliams公式 DarcyWeisbach公式 或Colebrook White公式等沿程公式表示如下 H fxV xLDx2g其H 沿程水头损失f 摩擦系数D 管径V 流速g 9 8m s L 管长 沿程损失计算 1 主管流速小于1 5m s2 支管流速小于2m s 50 80mm 小于1 8m s 40mm 小于1 2m s 25mm 计算程序 支管大小 阀门以后 园林景观灌溉设计 避免使用大于50mm的阀门阀门价格50mm与80mm相比较大如果支管管径大 其主管也要大较大支管对适应不同压力的喷头较为困难 对散射喷头 通常采用25mm阀门 比40mm阀门便宜 同时更加布线方便 支管设计 设计压力变差在to 5 例如 如果用Falcons设计压力为5Kg cm 最大可接受压力5 25Kg cm 最小压力为4 75Kg cm 支管压力损失是指阀门到支管最末位置 计算要考虑多孔系数 布管应遵循 水力中心 原则 关键途径 最长或最多喷头途径 采用水力中心关键途径 水力中心 坏 好 考虑投资 主管比支管更贵 减少主管长度 也许增大支管管径 但不是总是采用 水力中心 原则 减少挖沟量 主管和支管尽可能在同一沟内 也许有些影响支管设计 Example1 6Falcon 18 500Kpadesignoperatingpressure range475to525Kpa 16mspacing Class9UPVC Valveflow 7 08L s 425L min so50mmPGA Example2 Falcon6504 18 500Kpa range525 475Kpa FeedfromHydrauliccentre 主管线的大小 一般原则用12UPVC流速不要超过1 5m s限制流速主要是防止关闭阀门时产生水锤