郑州市郑东新区道路绿化带喷灌系统设计

2012-06-29曹志强王绍征

城市道桥与防洪 2012年3期

刘萍，曹志强，盛羽，王绍征

（郑州市市政工程勘测设计研究院，河南郑州 450052）

0 前言

郑州市郑东新区西起中州大道，东至京港澳高速公路，北起连霍高速公路，南至机场快速路，总控制面积为150 km2，为郑州市加快城市化进程的重点工程。郑州新区对其绿地建设高度重视，到目前为止郑东新区已建成绿地面积约为660 hm2。

郑东新区绿地面积较大，维护较好的绿地景观需要耗费大量的人力、物力及水资源。如何充分利用水资源，既节约用水、保证良好的灌溉效果，又能降低劳动强度，是郑东新区绿地系统面临的主要问题。喷灌是当今节水灌溉技术的主要形式，它近似于天然降水，对植物全株进行灌溉，可以有效地抑制地表蒸发与植被层的蒸腾作用，对土壤水的保持更加有利[1]。它省水、省工、灌溉均匀，是郑东新区绿地系统的最佳选择。

道路绿化带作为郑东新区绿地系统的主要组分，不仅为城市居民提供了良好的出行环境，也为城市文化增添了不可估量的内涵。下面，本文着重对郑东新区道路绿化带喷灌设计进行详细论述。

1 道路绿化带组成

城市道路绿化带形式多种多样，郑东新区道路绿化带主要包括中央绿化带、机非分隔绿化带及行道树。

（1）中央绿化带：宽度为3～11 m，多以红花酢浆草、葱兰、常绿草坪等为基调，其上搭配种植一些色叶灌木，如红叶小檗、小叶黄杨、月季、紫荆等。

（2）机非分隔绿化带：宽度为2～6 m，多以白三叶、麦冬、常绿草坪等为基调，其上搭配种植色叶灌木或点缀一些具有景观特色的小乔木，如海棠、红叶李、日本樱花等。

（3）行道树：多选择耐干旱、根系深的木本植物，以乡土树种为主，如悬铃木、国槐、白蜡、垂柳、千头椿等。

从以上描述可以看出郑东新区种植的行道树树种能耐干旱、贫瘠，这类绿地可不考虑喷灌装置；中央绿化带及机非分隔绿化带中的植物品种需水量较大，尤其是常绿草坪及草本花卉，不但要求一定的灌溉强度，还要求一定的灌溉频度和较高的灌溉均匀度，因此在道路中央绿化带及机非分隔绿化带中设计喷灌系统。

2 喷灌系统设计

城市道路绿化带喷灌系统一般由水源、喷头、输配水管网及控制系统组成。

2.1 水源

喷灌系统的水源有地表水、地下水、市政供水及中水等多种形式[2]。在绿地的整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）的规定。

目前，郑东新区灌溉水源主要采用市政供水，远期待市政中水管网形成后，断开与自来水的连接，采用中水供给。

从表1可以看出，中水水质明显优于农田灌溉用水，远期采用中水作为喷灌水源是经济、节水的合理选择。

2.2 喷头选型与布置

2.2.1喷头选型

喷头是喷灌系统中的重要设备，它的作用是将有压水流破碎成细小的水滴，按照一定的分布规律喷洒在绿地上。喷头的类型包括微喷头、地埋式喷头、摇臂喷头、喷枪等。

影响喷头选型的主要因素是土壤的允许喷灌强度，是在短时间内不形成径流的最大喷灌强度[3]。土壤允许喷灌强度与土壤质地和地面坡度有关。各类土壤的允许喷灌强度详见表2。

表1 中水水质标准与农田灌溉水质标准对照表

表2 各类土壤的允许喷灌强度

当地面坡度大于5%时，同一种土质的允许喷灌强度随地面坡度的增加而减少，郑东新区道路绿化带比较平坦，可不考虑地面坡度的影响。根据喷灌强度确定喷头，喷头的组合喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强度。

郑东新区道路绿化带中为回填土，此类土质通气、保水、结构疏松，介于砂土和壤土之间，因此选用喷灌强度较小的地埋式散射喷头，喷头工作压力控制在0.20～0.25 MPa。

2.2.2喷头布置

喷头布置主要包括喷头的组合形式及组合间距。

喷头的组合形式取决于地形、风力等多种因素，一般分为矩形和三角形两种组合形式[4]。矩形组合形式布置简单，各支管流量分配比较均衡，多适用于地块规则的情况；三角形组合形式抗风能力强，喷洒均匀度高，但不易使各支管的流量均衡，多适用于不规则地块。道路绿化带属于规则地块，本次采用矩形组合形式进行喷头布置。喷头的组合间距详见表3所示。

根据郑州市多年风向、风速资料，喷头组合间距采用0.8～0.9喷头射程。

2.3 管网设计

喷灌系统管网由不同管径的管道组成，如干管、支管、竖管等，管网设计是喷灌系统设计的重要环节，设计质量的高低直接影响到喷灌系统的技术指标和工程造价。管网水力计算包括管径计算和水头损失计算。

表3 喷头组合间距

2.3.1管径计算

管径一般按经济流速法计算：

式（1）中:D——管径,m；

N——计算管段连接的喷头数；

q——单个喷头的设计流量,m3/s；

μ——管道流速（m/s），一般 μ≤2.0 m/s。

2.3.2管道水头损失计算

管道水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失两类。

（1）沿程水头损失

目前，喷灌系统中多采用施工方便、水力学性能良好的塑料管材[5]，其沿程水头损失如式（2）所示。

式（2）中:hf——沿程水头损失,m；

L——管长,m；

Q——流量,m3/h；

d——管内径,mm。

道路绿化带喷灌系统支管上一般布设有多个喷头，支管内的流量沿流程会有递减，其沿程水头损失比按支管总流量计算要小，因此按式（3）计算:

式（3）中:hf′——多喷头支管沿程水头损失,m；

F——多孔系数。

多孔系数F值在0.3～0.6之间，随着支管连接喷头的增多，F值逐渐降低。

（2）局部水头损失

管道的局部水头损失，按式（4）计算:

式（4）中:hj——局部水头损失,m；

ζ——局部阻力系数；

μ——管道流速,m/s；

g——重力加速度，9.81 m/s2。

实际计算局部水头损失比较复杂，在设计工作中常取管道沿程水头损失的10%～15%作为局部水头损失值，能够满足设计要求。

设计支管时，主要依据喷洒均匀的原则，同一条支管上任意两个喷头之间的工作压力差应在喷头设计工作压力的20%以内。

2.4 喷灌控制系统

喷灌控制系统分为自动控制系统和手动控制系统两大类[6]。根据郑州市郑东新区道路绿化带的分区管理制度，本次采用半自动化控制系统，即采用无线电池控制系统。设计时在每个控制支管的电磁阀上配套安装无线接收器，通过人工编程器控制接收器，实现电磁阀的开启和闭合，达到控制喷头的喷洒目的。人工编程器相当于遥控器，可以通过程序来控制电磁阀的开启和闭合时间实现喷灌系统的半自动化控制。