园林灌溉系统设计.ppt

2021/12/6,1,园林灌溉设计,刘亮,2021年12月6日星期W,园林灌溉设计的过程一般包括以下几个步骤：1. 收集信息（水源、电源、平面图）。2. 确定植物的需水量及系统设计流量。3选择喷头类型，进行喷头布置。4. 管路布置及轮灌组划分。5进行水力计算，确定管径和阀的尺寸。6水泵和过滤器选型。7控制器选型和配线。8完善设计图。,第一步 收集信息,通过收集资料,可以初步确定采用什么灌溉方式?可能使用什么设备?,1客户要求:计划做成什么标准的灌溉系统（爱好、投资）？*2、现场图: A、确定灌溉区域：B、确定灌溉植物类型：有哪些植物？它们的需水性、间距及高度如何？C、比例尺：尽量避免弄错尺寸D、地形：注意起伏E、其它：道路和建筑物等非灌溉区域的要求,尽量避免喷洒到非灌溉区域,*3.水源：采用什么水？含什么杂质？流量是多少？压力是多少？流量估算方法：Q=9d2*V/104 式中: Q-估算流量(m3/h);d-管内径(mm);V-经济流速(1.52.3m/s)。,4.气象资料:风速、光照（蒸发蒸腾量）。5.地形及土壤类型：土壤的人渗能力与灌溉方式,植物需水量与下列参数有关:最大ET值(蒸发蒸腾量):取决于气候条件,一般取月平均值，可以查参考表.植物系数CF:取决于植物类型和养护要求,可以查参考表.灌溉效率CI:取决于灌溉方式和灌水器,可以查参考表.喷头分组效率CP：一般取95%实际日需水量PDA=CF * ET / CI/CP不同的植物，需水量不一样，要分成不同区域，分别进行计算。,第二步 确定植物需水量及系统设计流量,气候与ET参考对照表气候 ET值（mm/每天）湿冷 2.5 - 3.8干冷 3.8 - 5.0 湿暖 3.8 - 5.0 干暖 5.0 - 6.4湿热 5.0 - 7.6干热 7.6 - 11.4 注：表中,冷指仲夏最高气温低于21摄氏度；暖指仲夏最高气温在21-32摄氏度；热指最高气温高于32摄氏度；湿指仲夏平均相对湿度大于50%；干指仲夏平均相对湿度低于50%。,作物系数(CF)参考对照表,中国参考作物腾发量（ETO)-部分城市,CI灌溉效率参考表,例：高尔夫练习场,高尔夫练习场在上海，有50000 m的冷季草坪，采用旋转喷头，球场需高养护，ET值最高发生在7月，月平均150mm，（ET取5mm/天）。 计算每天需要多少水？,ET草坪 = CF x ET = 0.75 x 5 = 3.8mm/天取灌溉效率为80%(旋转喷头)取喷头分组效率为95%每天灌溉量 = 3.8/0.8/0.95=5 mm/天草坪每天最大需水量 =5mm/天 x 50,000m = 250,000 升/天 =250 m / 天注： mm 深 x m 面积 = L 体积,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？,系统设计流量,系统设计流量取决于植物需水量及灌溉时间,它的大小决定了管路系统的大小。,灌溉制度：一般以14天为一个周期，在这个周期内允许有2天不灌溉；一般在晚上灌溉（减少蒸发损失，减少公共危害或损坏），一天允许灌8个小时。,这意味着我们需要在10天内（每天灌8小时）将14天的需水量全部灌完！前面，我们已经计算出植物理论上每天的最大需水量为250立方米/天。所以我们可以计算出：系统设计流量=250X14/10/8=44立方米/小时,第三步 喷头的选型与布置 1.喷头的选型需要考虑：灌溉区域的植物分布：如果是密植植物，一般选择喷灌；如果稀疏植物（间距80mm以上），宜选用滴灌以节省水资源。灌溉区域的形状：在区域允许的情况下，尽可能选用半径大的喷头，因为，一般说来，喷洒半径大的喷头其单位成本会低些。特殊场地的要求：体育场：选择运动场专用喷头（6504/7005/8005）公共场所：选择抗人为损坏强的商用喷头（5505/7005/8005）,大块草坪，宜用喷洒距离远的旋转喷头,狭长小块草坪，宜用喷洒距离短的散射喷头,滴灌管：适用于花卉及灌木等稀疏植物，工作压力0.6-4.0公斤，滴头间距有30.5cm，45.7cm,61.0cm三种规格，铺设间距约50CM铺一条。,PC系列压力补偿式滴头：适用于间距大的灌木及树木灌溉，滴头间距根据植物间距而定，滴头数量根据植物大小和需水量而定，每棵灌木设1-2个滴头，每棵树设2-4个滴头。,树根灌水器系列家族,直接向树木根部输水，同时具有透气功能，适用于灌木及树木灌溉，数量和位置根据植物大小而定，建议每棵树设3个（120度1个）。,雨鸟商用地埋旋转喷头系列,Falcon6504,7005/8005,115-E,5500 Series,新,适用于大面积草坪、存在人为损坏（踢、拧）严重的地方。,气候条件的影响：在风比较大的地方，宜选用低仰角喷嘴，以降低风的影响，在设计时，对喷洒半径也要作一定保留。工作压力：尽量以最佳工作压力作为设计压力,在不能加压的地方，喷头的工作压力要以水源压力为基础选择。水质情况：如果水质比较差，又不能作深层处理，宜选用抗污或抗堵塞能力比较强的喷头，如摇臂喷头及球驱动喷头。,景观要求：在园林灌溉中，宜选用地埋式喷头，它们平时埋在绿地之下或灌木丛中，不影响原有景观效果，也不影响剪草机及绿篱机的工作。节水要求：尽量避免浇到道路上。土壤类型和入渗率：在入渗能力差的地方（土壤类型和场地坡度过大），不宜选用喷灌强度高的喷头，如散射喷头。,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 1-5,2、喷头的布置 喷头布置的一般规则：一般先沿灌溉区域的边角布置，然后布置不规则场地中间区域。（沿周边布置的一个实用方法：先测得边长，用边长除以喷头设计喷洒半径，将结果向上取整得出喷头数量，最后再用边长除以喷头数量即可得出喷头间距）。,喷头间距,为确保喷洒效果好，喷头叠加喷洒模式。一般用喷头喷洒直径（在给定的压力和喷嘴条件下）的50% 作为间距:,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%,喷头布置形状喷头布置形状应该成正三角形、正方形、变形的三角形和变形的正方形，其中：A、正方形布置：适用于地块规则，边缘成直角的条件。这种形式设计简便，容易做到使各条支管的流量比较均衡。B、三角形或正三角形布置：适用于不规则地块，或地块边界为开放式，即使喷洒范围超出部分边界也影响不大的情况。这种布置抗风能力较强，喷洒均匀度要高于矩形或正方形，同时所用喷头的数量相对较少，但不易作到使各条支管的流量均衡。C、有时地块形状十分复杂，或地块当中有障碍物，喷头的布置形式可以采用多种形式混合布置。尽量避免使用五角形：五角形布置通常会加大喷头间距并漏掉喷头。,正三角形布置实例（均匀度好、省喷头，但会浇出场地、不规则地形）,正方形布置实例（布置简单，规则地形）,喷头布置,:,一般喷头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,0.866 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,等灌溉强度,当喷头组合时，其有不同的喷洒角度，因此要采用相同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 有时可在喷嘴选择上做一些变化以使灌溉强度尽量相近。,MPR 等喷灌强度概念,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/h,0.42 m3/h,0.84 m3/h,0.42 m3/h,0.42 m3/h,0.42 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,第四步 管路布置及轮灌组的划分,主管路的布置尽量减小管径：大的系统，采用闭合管路尽量减少穿越障碍物：尽量减少交叉：一般用承压10公斤的 UPVC：,主管路管径的初步估算主管路流量按系统设计流量估算流量估算方法：Q=9d2*V/104 式中: Q-估算流量(m3/h);d-管内径(mm);V-经济流速(1.52.3m/s)。,支管的布置与轮灌组划分轮灌组：同时工作的阀，可能是1个阀，也可能是多个阀,将系统设计流量作为单个轮灌组的流量进行计算。用系统设计流量除以单喷头流量取整,得出每个轮灌组的喷头数量。每个轮灌组的流量尽可能一致或相近。灌溉强度相差大的喷头（如：散射喷头与旋转喷头）不能划在同一轮灌组。,*尽量减小管径：管道分流，尽量使用小口径的阀（园林灌溉，支管阀建议一般不超过2寸）,管道分流，减小管径,大管径，大阀门,尽量减少穿越障碍物尽量减少交叉考虑水力平衡：水力中心原则,水力中心,坏,好,支管管径的初步估算支管流量按所带喷头流量逐级估算流量估算方法：Q=9d2*V/104 式中: Q-估算流量(m3/h);d-管内径(mm);V-经济流速(1.52.3m/s)。,第五步 水力计算，确定管径及阀门尺寸确定,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,沿程损失的计算,支管大小(阀门以后),支管流速小于 2 m/s (50 & 90mm),小于1.8m/s (40mm) 小于 1.2 m/s (25mm)同一支管内喷头压力差小于10%（20%）。例如: 如果用 7005 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）,关键途径,最长或最多喷头 途径，采用水力中心关键途径.,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,例 1:,6 个F6504, #18 喷嘴，设计工作压力： 500Kpa ( 允许偏差475 - 525 Kpa).，16m 间距，UPVC,阀门流量 = 7.08 L/s (425 L/min), 所以选 50mm PGA（200PGA）,例 2:,6个F6504, #18 喷嘴，设计工作压力： 500Kpa ( 允许偏差475 - 525 Kpa).，16m 间距，UPVC。,阀门流量 = 7.08 L/s (425 L/min), 所以选 50mm PGA（200PGA）,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)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。,主管的大小,高程对压力影响,喷灌设计水力计算小工具介绍,电磁阀的选型原则：电磁阀的过流能力和压力损失：通过电磁阀的水流量不能超过它的最大过流量。同时水流通过电磁阀时的压力损失不要超过0.4MPa。电磁阀的尺寸：电磁阀的尺寸规格通常与支管的公称管径相同。在某些特殊情况下，阀门的尺寸可能小于或大于支管管径，但相差不应超过一级管径的范围。 工作压力：支管进水口压力不能超过电磁阀的最大工作压力.,轮灌组阀门的选择及其安装位置,由上表可以看出：150PGA的过流量在7-12吨/小时的情况下比较好。200PGA的过流量在12-24吨/小时的情况下比较好。300BPE的过流量在40-60吨/小时的情况下比较好。在水力计算中，我们必须考虑阀门引起的压力损失。,电磁阀的布置原则：阀门应设置在便于操作、维修的位置，特别是手动操作喷灌系统，最好将阀门安装在喷头的喷洒范围之外，使操作人员不会在工作时被淋湿。阀门及其阀门井（箱）的位置不能影响正常的交通、人为活动及园林景观。例如，在足球场草坪灌溉工程中，阀门不应安装在场地内部。 在可能的情况下，阀门最好位于所控制的一组喷头的中心部位，以利于平衡支管流量与压力，减小支管管径。,泵的选型：选择水泵的主要任务是确定水泵的类型、流量和扬程。泵的类型选择:管道泵：管道直接加压（压力叠加）卧式离心泵：地表水，维修方便，但占空间大，需要泵房潜水泵：地表水，维修不方便，但不占空间，不需要泵房深井泵：用于深井,第六步 水泵和过滤器的选型,确定泵的类型后，计算流量和扬程。 水泵流量=最大轮灌组的流量，然后放大5%10%余量来选型。 水泵扬程=最坏点喷头工作压力+阀门损失+沿程损失+管件损失+高差引起的损失：然后放大5%10%余量来选型。 变频选择:在一个大的、综合性的灌溉系统中，如果轮灌组流量变化比较大,宜选择变频泵.,一般遵循以下原则：过滤器类型选择：这需要了解灌溉水中含有哪些杂质，通常来说地面水(江河湖泊)：一般以砂石和有机物为主，宜选用砂石过滤器作为一级过滤,如果杂质体积比较大,还需要用拦污栅作初级拦污过滤;如果含沙量大,还需要设置沉沙池作初级拦污过滤.地下水(井水)：杂质一般以砂石主，宜选用砂石分离器作为一级过滤.无论是砂石过滤器还是砂石分离器,都可以根据需要配备网式过滤器或叠片过滤器作为二级过滤.,过滤器的选型,确定过滤器的过滤能力：根据灌水的要求确定，一般来说，喷灌要求80-100目过滤，微喷要求80-120目过滤，滴灌要求120-200目过滤。确定过滤器的流量和尺寸：以灌溉系统的峰值流量作为过滤器的流量。 确定过滤的冲洗类型:如果系统比较大、水质很差，需要经常冲洗，建议采用自动反冲洗类型,以减少日常维护和工作量。,控制器选型：在进行控制选型时，我们主要考虑：使用场所： 室内还是室外？控制的站点数：一般来说，控制器的站数应等于或大于电磁阀数量。 灌溉延续时间的限制： 滴灌同时工作的电磁阀数量：控制器输出功率遥控：如果有遥控要求，就要选择能接遥控遥控装置的控制器。 传感器：雨量、湿度间歇灌溉功能： 可扩展性： 界面： 中文/英文电源获得情况：交流/直流 可升级性： 中控,第七步 控制器的选型和配线,控制器（电磁阀）配线在时序控制灌溉系统中，控制器输送到电磁阀的电压不得小于电磁阀的允许最低工作电压（一般为3V），才能保证电磁阀上的电磁头能正常打开。因此，我们必须计算控制线的电压降，即计算控制线的电阻。有两种方法，一个计算，二是查表。我们讨论第二种控制线的选型步骤如下:1.计算各站的等效线路长度L,其方法如下图所示: 等效线路长度L=接入改站的所有电磁阀到控制器的距离之和,第一站控制一个阀：L1=a1=610m第二站控制两个阀：L2=L2A+L2B=a2+(a2+ a3)=1525m第三站控制三个阀：L3=L3A+L3B+L3C=（1 x a6）+（2 x a5）+（3 x a4）=2133m,2.根据等效长度,查相关的配线表,选取各站的控制线火线线号,实际工作中,尽可能在一个系统用的线号不要超过两种以上。3.根据最大的等效长度, 查相关的配线表,选取零线的线号,因为所有电磁阀公用一条零线，所以零线线径一般比控制线线径大一级或等于线径最大的控制线。,根据以上方法,现在我们可以来计算并确定上图的控制线.第一站的L1=610米,第二站的L2=1525米,第三站的等效长度L3=2133米, 查表可知:第一站的控制线应选18#线,第二站的控制线应选16#线, 第三站的控制线应选14#线,零线应选14#线.根据上述原则，我们最终确定：零线和第三站的控制线选14#线，第一、二站的控制线选16#线。,电缆的线径、阻抗及负载对照表（AWG：美国线规 ）,添加必要的附件：快速取水阀：安装在主管上，临时补充灌溉。空气阀：泄水阀如压力调节器：使系统各个轮灌组的灌水器能在需要的工作压力下工作。雨量传感器：降雨自动关闭系统阀门箱：将阀门、线缆接头装在专门的阀箱内，便于查找和维修喷头绞接：,第八步 灌溉设计完善,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。,200PGA电磁阀安装示意图,1804地埋式喷头安装示意图,快速连接阀安装示意图,谢谢！,联系方式手机：13816200596E-mail：,