灌溉系统基础

喷嘴选择、布置和旋转灌溉分区完成后，就可以计算各级管道的流量，进行水力计算。支管的流量是支管上同时工作的喷嘴的流量之和，主管的流量是系统中同时工作的喷嘴的流量之和。流量确定后，就可以选择管径，计算管道和系统的水头损失。水力计算的主要任务是确定管道的水头损失。管道中水头损失的计算方法水在管道中流动会产生机械能的损失，即水头损失。水头损失可分为沿程摩擦损失和局部阻力损失两种。沿途水头损失是水流经一定管道距离后，水分子内部摩擦产生的损失；局部水头损失是水流经各种配件、阀门等设备时，由于流态变化而引起的损失。管道沿线的水头损失和局部水头损失之和就是管道的总水头损失。1.1沿途水头损失的计算有很多计算沿途水头损失的经验公式。对于硬塑料管(PVC)，常用的计算公式如下:Hf = 9.48X104，其中Hf为沿途水头损失(m)；l、q和d分别是管道的长度(m)、流量(m3/h)和内径(mm)。1.2局部水头损失的计算局部水头损失的计算公式为:Hj =ξ其中Hj为局部水头损失(m)；ξ为局部阻力损失系数，与管件和阀门的类型和尺寸有关；v和g分别为水在管道中的速度(m/s)和重力加速度(9.81m/s2)。对于一个大型灌溉系统，如果按照公式计算每个管件和阀门的局部水头损失，工作量会非常复杂。因此，在实际设计工作中，一般先计算沿途水头损失Hf，再计算局部水头损失Hj = 10% Hf即可满足设计要求。2.支管水力计算:由于支管上一般安装有多个喷嘴，支管内的流量按一定规律递减，所以支管沿线的实际水头损失远小于按支管总流量计算的值，即Hf actual = F × Hf公式:F为多口出流系数，其值一般在0.3-0.6之间， 这与出口的数量、第一出口的位置和管材有关，可以通过支管的水力计算得到，主要是基于均匀喷洒的原理，即支管上任意两个喷嘴的出水量之差不应大于10%。 这个原则转化为对压力的要求，即支管上任意两个喷嘴处的压力不应超过喷嘴设计工作压力的20%(H set)。设计时不仅要计算水头损失，还要考虑地形对压力的影响。在实际工程中，有时为了节省投资而采用变径支管，或者由于地块形状的原因，出水口不一定等距、等流量，所以需要计算支管段。支管的水力计算往往是一个迭代的过程。在喷嘴选择、布置和支管长度确定后，水力计算的基本流程是:计算支管流量→初步设定管径→计算水头损失→检查出口压差是否小于等于20% H设定→如果超过20% H设定，调整管径后重复计算→最终确定支管管径。设计时一般不需要计算所有的支管，可以选择最“危险工况”下的支管进行水力计算。大多数情况下，“险情”发生在系统中距离头部最远的支管或地势最高的支管。如果系统的压力能满足这些分支的压力要求，自然会满足其他分支的压力要求。3.干管水力计算3.1管径的初步确定，尤其是干管的尺寸对灌溉系统总投资影响很大。管径过大，投资增加，经济上不合理；管径太小，水头损失大，需要大型水泵。系统运行费用高，管内流量大，易产生水锤，对管道安全不利。主管直径的初步估算可采用以下经验公式:d = 11(q < 120 m3/h)其中:d为管径(mm)；q是流量(m3/h)。或采用经济流速法公式:D = 1.13，其中d为管径(mm)；q为流量(m3/s)；V为经济流量，根据经验一般取V≤3m/s。3.2主管的水力计算主管的水力计算比支管简单，可以根据不同管段的管径、流量、长度计算水头损失。总的要求是沿主管的支管处的压力应满足每个支管入口处的压力要求。(四)水泵的选择水泵选择的主要任务是确定水泵的流量和扬程。以上步骤完成后，就可以计算流量和升力了。泵流量:q = σ n喷嘴q泵头:H = H+σ HF+σ HJ δ其中:N喷嘴为同时工作的喷嘴数量；q是单喷嘴流量；h为喷嘴的设计工作压力(m)；σ HF是水泵与典型喷嘴之间沿管道的水头损失之和(m)，所谓典型喷嘴一般是指距离泵站最远或位置最高的喷嘴；σ HJ是水泵和典型喷头之间的局部水头损失(m)之和，应包括阀门、过滤设备和施肥设备的局部水头损失；δ是典型喷头与水源水位或井中动态水位之间的高度差(m)。选择泵的型号时，可以参考相关泵厂家的产品目录。所选泵的实际流量和扬程一般应略大于上述计算值，以确保满足设计要求。对于以城市给水管网为水源的灌溉系统，不一定要选择水泵，而是要检查给水管网提供的压力是否能满足灌溉系统所需的压力(即上面计算的扬程值)。如果不满足，一般需要加大各级管径以减少水头损失；或者选择低压性能好的喷头，使灌溉系统所需的压力小于或等于城市供水管网的压力。五、喷灌系统的施工与安装喷灌系统的施工与安装总的要求是严格按照设计进行，修改设计必须征得设计单位同意，并经主管部门批准。当涉及到相关建筑的施工时，应符合现行规范的要求，如《给水排水建筑施工及验收规范》、《地下防水工程施工及验收规范》等。根据草坪喷灌系统的特点，在其施工安装中应注意以下几个问题:(1)在现有草坪地块的施工中，除了尽可能保护现有草坪外，还应特别注意沟渠弃土的处理。弃土应分层放置，埋管应按相反顺序分层回填，确保管道沿线种植层土壤与原土一致。(2)干管和各支管上应安装排水装置，便于冲洗管道和冬季防冻。即使在没有冻害的南方，在非灌溉季节，一般也要排空管道，防止水在管道内停留时间过长产生微生物，附着在管壁和喷头上，影响喷灌效果。除了常见的闸阀和球阀外，还有一种自动排水阀，可以在灌溉停止后自动将管道内的水排出。(3)当系统压力变化或地形波动较大时，应在支管阀门处安装调压设备，如雨鸟公司生产的与电磁阀配套的PRS-B调压器，以平衡支管入口处的压力，保证系统的喷洒均匀性。此外，应在必要的管段中安装进出口阀和泄压阀，以保护系统的安全。(4)为了方便临时取水，或对喷灌难以控制的角落区域进行人工灌溉，一般要求在主管道上安装一定数量的快速进水阀(方便体)，如雨鸟P33快速进水阀。这个快速进水阀是配合配套钥匙使用的。当钥匙插入时，阀门可以自动打开供水。要停止灌溉，只需拔出钥匙，阀门就会自动关闭。(5)安装地埋式草坪洒水喷头1。安装前必须预设洒水喷头。可调节喷雾扇角度的喷嘴在出厂时大多设置为180度，所以安装前应根据实际地形对喷雾扇角度的要求将喷嘴调节到所需角度。另外，有些喷头，如雨鸟R-50，也要设置滤网进水的标语，与喷头标签一致。2、喷嘴的顶部应与最终地面齐平。这就要求在安装洒水车时，洒水车顶部要低于松土地面，为以后的地面沉降留有余地；或者在草坪地面不再下沉时安装洒水装置。3.对于喷嘴和支管之间的连接，最好使用回转接头，也称为钱球框架。能有效防止割草机操作或人为活动等机械冲击造成的管道和喷头损坏。同时，采用铰接接头，便于施工时调节喷嘴的安装高度。4.在不方便管理的区域，可以安装支撑喷头的防盗配件，防止喷头丢失。例如，雨鸟PVRA喷嘴的专用防盗连接器安装在喷嘴的入口处。当有人试图拧开喷嘴时，接头随喷嘴一起转动，无法拧开。只有当草坪被挖开后，才能用工具将连接器和喷头拆下来。不及物动词草坪灌溉系统的自动控制随着经济的发展，对草坪绿化工程水平的要求越来越高。同时，为了进一步解决水资源和能源短缺、人工成本增加等问题，越来越多的草坪绿化工程采用自动控制灌溉系统。目前，常用的自动控制系统可分为两大类:顺序控制灌溉系统和中央计算机控制灌溉系统。定时控制灌溉系统定时控制灌溉系统以灌溉开始时间、灌溉持续时间和灌溉周期为控制参数，实现整个系统的自动灌溉。其基本部件包括:控制器、电磁阀，以及土壤湿度传感器、雨量传感器、霜冻传感器等可选设备。控制器是系统的核心。灌溉管理人员可以将灌溉开始时间、灌溉持续时间、灌溉周期等设置到控制器的程序中，控制器不仅通过电缆向电磁阀发送信号来开启或关闭灌溉系统。控制器种类繁多，可分为机电混合电路、交流电源和DC电池操作。它的容量有大有小。最小的控制器只控制单个电磁阀，最大的控制器可以控制上百个电磁阀。电磁阀通常是交流24伏隔膜阀，通过电缆连接到控制器。电磁阀开关有一定的延时，可以有效防止管网中的水锤现象，保护系统安全。目前，我国的自动控制灌溉系统基本上都是顺序控制灌溉系统。中央计算机控制着灌溉系统。中央计算机控制灌溉系统，并反馈气象参数(温度、相对湿度、降雨量、辐射、风速等。)通过自动电子气象站向中央计算机发送有关植物需水量的信息。电脑会自动决定当天需要的灌溉量，并通知相关执行设备开启或关闭分灌系统。在中央计算机控制灌溉系统中，上述顺序控制灌溉系统可以作为一个子系统。美国雨鸟公司开发的MAXICOM2中央电脑控制灌溉系统，可以通过有线、无线、光缆和电话线，由电脑远程控制无限数量的子系统。例如，小到一个公园，大到一个城市，甚至几个城市的所有花园灌溉系统都可以由一台中央计算机自动控制。这个中央电脑控制的灌溉系统是真正意义上的自动化灌溉系统。目前，在许多发达国家的园林绿地和高尔夫球场的灌溉系统中已得到广泛应用。七、草坪水分管理水分管理是草坪喷灌系统所有管理工作的核心。草坪喷灌系统建成后，水分管理的好坏直接关系到喷灌系统能否发挥应有的作用。水分管理的基本任务是根据喷灌系统的规划设计和当地的气候、草坪类型、生长阶段、土壤墒情和供水量，合理组织草坪喷灌，提高灌溉效率，保持草坪的最佳生长状态。其具体内容包括以下几个方面。(1)灌溉方案的制定喷灌系统的设计一般是针对最不利的条件进行的，能满足草坪最大需水量。系统运行时，应根据实际情况确定灌溉方案，包括灌溉时间、灌溉持续时间和灌溉周期。1，灌溉时间灌溉季节，一天中的大部分时间都可以灌溉。但炎热的夏季应避免中午灌溉，以免烫伤草坪，而此时蒸发量最大，水分利用率低。夜间灌溉可以避免上述情况，但人们往往担心草坪叶片潮湿时间过长，容易导致病害。夜间灌溉的这一缺点可以通过施用杀菌剂来解决。早晨灌溉，阳光和晨风能使叶片迅速干燥，是理想的灌溉时间。但是对于非自动喷灌系统来说，夜间和凌晨灌溉会给操作人员带来一定的不便，所以晚上灌溉也是一个比较好的选择。灌溉时间也受到人类活动的限制。比如高尔夫球场基本都是晚上浇水，这样草坪就不会影响球员白天打球；足球场的草坪应在比赛前一天浇水，以减少对场地的破坏和对运动员成绩的影响。2.灌溉持续时间灌溉持续时间主要取决于系统的组合喷灌强度和土壤的持水能力，即田间持水量。当喷灌强度大于土壤入渗强度时，会产生滞水或径流，水不能充分渗入土壤；如果灌溉时间过长，灌溉量会超过土壤的田间容量，造成深层渗漏和水分、养分的流失。因此，总的规律是，沙土入渗强度高，田间持水量低，所以一次灌溉持续时间短，但灌溉次数多，间隔时间短，即需要的灌溉量少；相反，对于高粘度的土壤，一次灌水持续时间长，但灌水次数少。土壤水分测量仪可以更科学地确定灌溉时间。目前工程上常用的仪器有电子土壤水分测定仪和张力计。3.灌溉周期灌溉周期，即灌溉间隔或灌溉频率，除了与上面提到的土壤性质有关外，还主要取决于草坪本身。过于频繁的灌溉会使草坪发病率高，根层浅，耐践踏性差，长势差；但如果灌溉间隔时间过长，会因缺水而抑制草坪的正常生长，影响草坪的质量。灌溉计划不是一成不变的，要根据季节不同，以十天或月为单位制定，但要参考实际灌溉效果和自然降雨量随时调整。(2)建立系统运行档案。喷灌系统的运行情况，包括启动时间、灌溉持续时间、用水量、用电量等都要详细记录存档，并及时分析这些数据，为进一步完善管理和监控系统运行提供依据。(三)灌溉效果评价喷灌系统投入使用后，可以直观地评价草坪长势、绿期延长、节水省工的情况。还可以通过实际测试评价喷灌系统的均匀性和灌溉水的利用率，及时修正灌溉计划，为今后提高喷灌系统的规划设计水平提供参考。