园林灌溉设计.ppt
yyyy年M月d日星期W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植物蒸散量ETET 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ET ETc = CF x ET 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？ How to factor water wastage/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 0.3 0.8灌木 0.3 0.7植被 0.3 0.6 冷季草坪： 适度 0.65 0.7 强壮 0.7 0.75 健壮 0.8 0.85热带草坪： 适度 0.25 0.4 强壮 0.45 0.55 健壮 0.55 .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 0.65 0.7 强壮 0.7 0.75 健壮 0.8 0.85 “健壮健壮”系数用于特殊要求的草坪，如高尔夫果岭等“强壮强壮”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（中国参考作物腾发量（ETETO O)-)-部分城市部分城市地点6月7月8月9月 地点6月7月8月9月上上海海 3.44.54.53.2宁波 3.54.64.53.6杭杭州州 3.44.54.53.2温州 3.54.64.53.6南南京京 3.64.34.03.5厦门 4.05.04.53.2合肥 3.74.34.02.6汕头 4.05.04.53.3徐州 4.53.84.02.7石家庄5.54.13.52.6济南 5.04.03.22.8太原 5.54.53.52.6郑州 6.04.74.53.0天津 5.54.23.53.0青岛 4.23.53.62.5南昌 3.65.55.03.5福州 3.95.04.03.5武汉 4.15.04.53.2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 (crop coef) x ETo. 在农业作物系数应用较多，但在园林景观设计中很难得到 (Irrigation 5th Edition. Pg 127) 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 20Fine Sand 沙土 90 15-20Sandy Loam 沙壤 110 10-18Loam 壤土 170 10-15Silt Loam 粉沙壤土 170 8-12Clay Loam 粘壤 165 5-10Clay 黏土 140 1-506121824303642482468101214 天土壤含水量 - cm/100 cm深层深漏田间持水量作物耗水量永久凋萎点FCAWPWP沙性土沙性土 壤土壤土 粘土粘土40-80 mm/m80-120 mm/m120-180 mm/m 对含有砾石的土壤，土壤有效含水量应当乘上土壤中砾石对含有砾石的土壤，土壤有效含水量应当乘上土壤中砾石的含量的含量 ( 1 砾石砾石 %).不同植物根系深度可满足作物腾发水量土壤类型土壤含水量（田间持水量的70%）根系（0.2m)根系（0.8m)根系（1 m）砂性土2-5mm10-19mm12-24mm壤土5-7mm19-29mm24-36mm粘土7-11mm29-43mm36-54mm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 = 150mm x 110/1000 = 16.5mm 灌溉前容许消耗量 50% x 16.5mm = 8.25mm例子 灌溉满足“强壮”生长 最大ET值ETkikuyu = CF x ET = 0.55 x 10 = 5.5 mm/天 容许土壤耗水量 = 50% x 150 x 110/1000 = 8.25 mm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 20%75土壤类型/入渗率类型 : 入渗率 mm/hr Sand 沙土 20Fine Sand 细沙 15-20Sandy Loam 沙壤土 10-18Loam 壤土 10-15Silt Loam 粉沙壤土 8-12Clay Loam 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) 0-5 Km/hr 55% 5-11 Km/hr 50% 11-20 Km/hr 45%组合模式比较支管布置最大间距（%直径）灌溉地点风速（m/s）正方形三角形矩形0-1.4L=S=55 S=60L=60，S=501.7-3.1L=S=50 S=55L=60，S=453.1-5.6L=S=45 S=50L=60，S=40（L为支管布置间距，S为喷头布置间距，正方形L=0.866S）正方形三角形矩形抗风性能差适中好喷头用量少中多支管用量中多少均匀度差好中喷头布置 :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。LLL0.866 x L计算灌溉强度 正方形 灌溉强度 (mm/hr) = 1 x 喷嘴流量 (m/hr) x 1000 间距(m) x 间距 (m)例如 : Falcon 6504 #18 喷嘴, 在 5 Kg/cm压力下, 正方性 (18m x 18m) :灌溉强度 = 4.23 x 1000 = 13 mm/hr 18 x 18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) x 1000 (0.866 x 间距 (m) x 间距 (m)例如: Falcon 6504, #18 喷嘴在 5 Kg/cm压力下, 采用正三角形 (18m x 15.6m)灌溉强度 = 4.23 x 1000 = 15 mm/hr 0.866 x 18 x 18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 10.7m MPR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0.21 m3/h0.42 m3/h0.84 m3/h0.42 m3/h0.42 m3/h0.42 m3/h灌溉均匀性非常均匀不均匀测量均匀性 分布均匀系数（Distribution Uniformity） 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% = M25 x 100 M 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（Scheduling Coefficient）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 SC 25% = 1 / DU 25%一般延时系数SC是平均10%的最低读数值。 SC 10% = 1 / DU 10% 对草坪灌溉SC应该小于1.3 均匀系数（Christiansen Coefficient of Uniformity） 该计算值测量每个量雨筒的读数与平均的变化量:Cu = ( 1 Sum Md ) x 100 M x nM = 所有量雨筒的平均值Sum Md = 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 16 x 16 m 56 喷头, 小区流量 = 56 x 1.18 = 66 l/sec 或 3920 L/min 灌溉强度 = 16.6mm/hr , 灌溉量 = 9.7 mm 灌溉时间 = 35 mins 区域 2 5004, #3 低角度. 4 5kg/cm, 宽度为 10m 。 45 喷头 x 0.22 = 9.9 l/sec 或594 L/min 灌溉强度 = 13mm/hr, 灌溉量= 9.7mm 灌溉时间 = 45 mins区域 3 4.5米， MPR 灌木, 半圆 2.1kg/cm 88 喷头 x 0.12 = 10.6 L/sec 或 634 L/min 灌溉强度 = 35 mm/hr, 灌溉量 = 10mm 灌溉时间 = 17 mins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 470 56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 6 x Falcons, 每个流量 1.18 L/sec. 6 x 1.18 x 3600 =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 x 6 喷头, 流量 25.5 m3/h, 灌溉35 min 1站 x 2 喷头, 流量 8.52 m3 /h, 灌溉35 min 灌区 2: 灌区流量 35.64 m3/h ,45 喷头 35.64/25.5 =1.4 站 灌区 3: 灌区流量 38.04 m3/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: DVF 25mm 3.3方/小时 PGA 25mm 7.2方/小时 PGA 40mm 13.2方/小时 PGA 50mm 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 x g 水的重量 1kg/升 假设水体为 10cmx10cm x10m 重量 = 100 kg 地面积= 10cm x 10cm = 100 cm 压力 = 100/100 = 1 kg/cm 公制单位 : 1kg/cm = 10m = 100 kpa 10m 压力为 1 Bar 或 100 Kpa6、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Hazen Williams 公式, Darcy Weisbach公式, 或 Colebrook-White 公式等沿程公式表示如下 : H = f x V x L D x 2g其 H = 沿程水头损失 f = 摩擦系数 D = 管径 V = 流速 g = 9.8 m/s L = 管长沿程损失计算 1) 主管流速小于 1.5 m/s 2)支管流速小于 2 m/s (50 & 80mm),小于1.8m/s (40mm) 小于 1.2 m/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40 mm 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 5 Kg/cm, 最大可接受压力 5.25 Kg/cm ,最小压力为 4.75 Kg/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Example 1:6 Falcon, #18 500Kpa design operating pressure (range 475 to 525 Kpa). 16m spacing. Class 9 UPVCFlow7.085.94.723.542.361.18Size80mm80mm50mm50mm40mm25mmKpa/m0.250.140.70.440.60.9Length81616161616Loss22.2411.27.049.614.4Net478.5480.5482.7494501510.6525 kPAValve flow = 7.08 L/s (425 L/min), so 50mm PGAExample 2 :Falcon 6504, #18 500 Kpa (range 525 475 Kpa). Feed from Hydraulic centreFlow3.542.361.18Size504025Kpa/m0.440.60.9Length81616Loss3.529.614.4Net497.5501510.6主管线的大小 一般原则用 12 UPVC 流速不要超过 1.5 m/s限制流速主要是防止关闭阀门时产生水锤，减少弯头和连接件的压力管径为 100mm 主管, 每 12.8cm 有 1Kg 水 , 因此可以想象 200 m (1560 Kg) 主管道水在 1.5 m/s.流速下，如果突然在1秒钟内关闭阀门，其动能将产生f 2343 牛顿 ! 沿程损失由公式计算 沿程损失 x 1.05 为局部损失 一般将主管的水头损失控制在0.5 Kg/cm (50 Kpa)高程对压力影响主管道的压力计算 主管道损失由沿程损失和局部损失 (沿程损失x 1.05) 考虑高程对压力影响 (1 m = 0.1 Kg/cm)环路主管道 简单化计算是假设主管道流量是设计流量的一半。静水压力确定100-PEB valveInlet 60 PSI Static每点的静水压力: 阀门 _表 A _表 B _表 C _60 PSI60 PSI55.67 PSI51.34 PSI10050503/4” Class200 PVC Pipe1” Class200 PVC Pipe1-1/4” Class200 PVC Pipe 10 20304050600A10 10 20304050600B10 10 20304050600C动水压力计算100-PEB valveInlet 60 PSI Static计算动水压力: 阀门 _喷头 A _喷头 B _喷头 C _55 PSI 51.8 PSI45.1 PSI38.6 PSI1005050BC10103/4” Class200 PVC Pipe1” Class200 PVC Pipe1-1/4” Class200 PVC PipeFalcon Rotor10 GPM eachAPages 3-8轮灌组布置方式之一轮灌组布置方式之二：轮灌组数量减少，单个组的流量增加，总的灌溉时间缩短。对主管和水源流量要求高 当我们完成上述设计后，接下来还需要对我们的设计进行完善，一般包括： 根据需要添加必要的附件：如压力调节器、雨量传感器、快速取水阀等。最终的设计复核和验算。 完成比例图、安装图（喷头、电磁阀、控制器、泵房等）设计和施工说明 如果可能，制订灌溉制度。 7、灌溉设计完善取水点01.采用雨鸟自动灌溉系统,喷头选用体育场7005专用喷头,控制器采用中文界面的ESP-MODULAR模块控制器。在球场的长边按一定间距布置6套快速取水阀,以便补充灌溉或冲洗跑道.2.水源自来水，设计压力不低于6.1kg/cm,原有压力4.0kg/cm;因此要求安装增压泵,泵的流量不小于25立方米/小时,扬程不低于25米。3. 主管道埋深60CM,支管路埋深50CM，控制线埋深50CM；为防止冬天结冰破坏管道,在低处安装自动泄水阀或采用人工泄水.5. 为便于拆卸与检修,所有阀门要求安装在专门的阀箱内并建议在电磁阀两端安装PVC活接。4. 为防止雷击,安装雨鸟控制器时应接地.比例尺控制节点的流量（T/ )电磁阀的尺寸控制节点的编号说 明:雨鸟雨量感应器（RSDBEX）雨鸟7005地埋式喷头雨鸟2(200PGA)电磁阀（18#咀:p=4.5kg/cm ,R=20.0m,q=4.20m /h)雨鸟 站控制器（IESP-）112335承压1 kg/cm 的PVC管（管径如图示）2图 例:数 量校 对制 图设计审 核审 定图名项目工 程 名 称图 号工程号雨鸟快速取水阀 61#阀2#阀3#阀4#阀5#阀8#阀接220VAC电源接地（黄绿线）零线（COM线柱）火线（分别接到控制器上各站线柱，输出24VAC）24VAC继电器火线（接到控制器上的MV1线柱和继电器的24VAC线圈触点）零线（接到控制器上的COM线柱和继电器的24VAC线圈触点）从继电器常开触点接到泵启动柜ESP-8LX+ 8站控制器雨鸟控制器接线示意图雨量传感器(装在无遮盖处,双线接入sensor线柱)200PGA电磁阀安装示意图1804地埋式喷头安装示意图谢谢！谢谢！
