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园林草坪喷灌系统设计原理 2
2008年11月14日 来源: 园林设计博客 作者: 佚名 浏览：
喷头种类很多，每种喷头都有自己特有的使用范围，选择喷头时，应考虑以下一些因素：
● 用户对喷头形式的要求
● 灌区大小和地形
● 植物类型
● 现有水压和流量
● 当地环境条件（风、温度和降雨量）
● 土壤类型和入渗率
● 喷头的一致性
灌区大小和地形、灌溉植物的种类影响喷头的选择，例如，草坪、灌木、树林可能需要不同类型的喷头。
在“水力学基础”中我们已经知道，水压和流量是设计者首先要考虑的因素。每一种喷头都有其自己的工作压力，如果不增加水泵，而直接使用自来水管网的水压，所选择的喷头应满足现场可提供水压力和流量要求。
特殊气候条件的地区需要特殊的喷头，例如，有风地区需要低角度喷头，使水流紧贴地面以防被风吹走，炎热干旱地区需要大流量的喷头。
在“收集资料”中，我们已经谈到，喷灌强度不能大于土壤入渗率，低灌溉强度的喷头在坡地喷灌中常用，这样可以减少地表径流和水土流失。
在布置支管或把喷头按不同的控制阀分组时，最重要的原则是尽可能不要在同一阀所控制的管路上把不同类型的喷头混在一起使用，即灌水强度不同的喷头应该分开布置在不同的控制阀管路上。如果灌水强度不同的喷头放在一起，用户或系统维护人员就可能对某一个小区过量灌溉，才能使另一小区的灌水量合适。
1 固定式喷头
一般用于四周有障碍物和有阻挡旋转喷头工作的浓密树丛的情形，当植物混合种植和需要不同的灌水量时，也需要采用固定式喷头。
固定式喷头工作时喷出的水流或是一束，或是多束，或是呈扇形（以固定的模式）。最常见的形式是全圆型、3/4圆弧型、2/3圆弧型、半圆型、1/3圆弧型和1/4圆弧型。除弧度喷洒外，还有一些特殊形式的喷洒方式，如带状。另外，还有喷洒角可调节的喷嘴（VAN），即用于特殊形状的小区。其喷洒角度的调节范围一般为0到360度。
固定式喷头的工作压力较低，大约在100—200 kPa之间，工作半径一般为1.5—7m，所以它们一般用在灌溉小块草坪和水源水压较低的情况。
扇形喷洒的喷头的喷灌强度达25—100 mm/h，不宜用在在细质土壤或坡地上，这种情况采用8-38mm/h灌水强度的多束固定式喷头较为合适。
道路边的灌木丛可以用弹出高度为15cm和30cm地埋式固定喷头。灌溉结束后，喷头降到地面以下，可减少对它恶意破坏的可能性，并增加行人的安全。
2 旋转式喷头
地埋式旋转喷头一般用于灌溉草坪。一般来说，每个旋转式喷头都有一个或两个喷嘴，其喷洒角度一般从20度到240度可调，许多还可以作全圆喷洒。
与固定式喷头比较，旋转式喷头一般工作压力较高，绝大多数喷头的工作压力在150—700 kPa。这种喷头的射程范围比固定式喷头大的多，小的大约为6m，大的可大于30m。这种喷头的流量也较大，一般为90—450 L/min。
尽管流量很大，但与固定式喷头比较，旋转式喷头的灌水强度要小，因为它的喷洒面积较大，其喷灌强度一般为6-50 mm/h，因此旋转式喷头适合于坡地灌溉、细质土壤以及其它低入渗率的土壤。
在进行大面积喷灌时，选用大射程旋转式喷头是比较经济的。
各种喷头的工作压力、射程、喷灌强度可从制造厂家获得。
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
在讨论喷头间距布置之前，我们先了解一下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（图4－1），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。
喷头的水量分布图可从制造厂家获得，该图反映了喷头的水量分布特性，是表征一个喷头好与坏的重要指标。
单个喷头的水量分布如图4－2，从喷头处向两边象一个30度的斜坡，即象一个楔形。对于全圆喷头，其图形象一个锥体，喷头在中间，向四周倾斜的斜坡，随着距喷头距离的增大，盛水容器中得到的水量越来越少。最后，在喷灌半径的最远段的容器，由于距喷头比较远，几乎没有收集到水。
在喷灌半径50－60%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（图4－3），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。
所以建议相邻喷头的最大间距是各自喷洒半径的60%之和（图4－4）。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%。当喷头间距过大时，草坪上会有灌溉不到的干地。这些灌溉不到的地方草坪会出现缺水的症状，枝叶暗绿或枯死。
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。
正方形布置方式灌水覆盖度较差，其原因是因为对角线上两个喷头间距比边线上的要长。当边线上两个喷头间距为喷头的射程时（即50%法），对角线上两个喷头间距则为射程的70%，使得正方形中心喷水量偏少（图4－5）。
在风速小和没风的情况下可以使用55%的间距，有风时建议用更小的间距，这取决于风的大小，下面给出风速和最大间距的对照表：
灌溉地点的风速（km/h） 使用的最大间距（%直径）
0—— 5 55
6——10 50
11——20 45
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（图4－6）。
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。
可以看出，这种模式没有正方形模式中对角线间距比边线间距大的问题。由于这个原因, 在有风的情况下, 允许喷头之间有更大的间距（如下表）:
灌溉地点的风速(km/h) 最大间距(直径的%)
0——5 60
6——11 55
11——20 50
3) 矩形: 矩形布置方式具有抗风的优点, 并且适合灌溉有直线边界和角落的地区。其喷头和支管间距如下表：
灌溉地点风速(km/h) 最大间距(直径的%)
0——5 L=60, S=50
6——11 L=60, S=45
11——20 L=60, S=40
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（图4－7）。
对于曲线边界, 可采用从正方形或矩形模式变到平行四边形或三角形模式布置喷头（如图4－8），还可以再变到原来的布置模式。这样既灌溉整个区域，同时避免在曲线边界以内喷头过于集中和灌溉区域超出边界。
3 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：
ρ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（ρ组合）应小于等于土壤的水入渗率。各类土壤的允许喷灌强度（ρ允许）的参考值见表4－2：
另外，土壤的允许喷灌强度随着地形坡度的增加而显著减小。如坡度大于12%时，土壤的允许喷灌强度将降低50%以上。因此，对于地形起伏的工程，在喷头选型时需格外注意。
在地块的边角区域，因喷头往往是半圆或90度而不是全圆喷洒，若选配的喷嘴与地块中间全圆喷洒的喷头相同，则该区域内的喷灌强度势必大大超过地块中间。所以，为保证系统良好的喷洒均匀度，一般安装在边角的喷头须配置比地块中间的喷头小2-3个级别的喷嘴。
