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高尔夫球场喷灌系统设计的原理详述

发布时间:2019-04-12人气:47

高尔夫球场喷灌系统设计的原理详述

一、收集基本资料

通过现场调查,收集必要的地形、土壤、水源、气象、能源及动力机械等有关资料。还应准备一张1500或更详细的比例尺地形图作为设计底图。这些基本资料是规划设计中不可缺少的。

二、喷头选型与喷点布置

1、选型要点

草坪专用喷头类型很多,按压力分为低压喷头、中压喷头、高压喷头;按工作特点分为固定式喷头和旋转式喷头;根据安装特点又可分为地上式喷头和地下埋藏式喷头等。

小面积草坪或长条绿化带及一些不规则草地,可选用短射低压小喷头,如1800系列或303AN系列喷头;体育场草坪、高尔夫球场或大型草坪广场主要应用中高压喷头,如TA80F4MYZ等系列喷头;目前应用最多的为大小面积均适宜的中压中等射程喷头,如R50系列、Turbo系列或26887450系列等。

无论选用哪一种型号的喷头,其灌水质量指标均应符合设计要求。特别是喷灌强度一项,应注意考虑其组合后的喷灌强度是否小于等于土壤的入渗强度。另外,一般一个工程多选用一种型号或性能相近的喷头,以便于控制灌溉均匀度和管理。有时为了美观而选用性能相差较大的多种喷头,但其灌溉均匀度往往得不到很好的控制。

2、喷点的组合布置设计

喷点的组合布置包括喷点组合形式、支管走向、喷点沿支管间距、支管间距等内容,其设计合理与否直接关系到整个工程的灌水质量。

喷点的组合形式是选用矩形还是三角形,或是其特例正方形和正三角形,要根据地块形状、风速等考虑。有时草坪形状不规则,其总的喷点组合形式算不上哪种具体形状,但在设计时要注意分解为规则的几大块,以便于设计与控制喷灌均匀度。依照经验,草坪喷点布置以正方形最多。

支管走向主要依据地形条件,并考虑风向。平地上支管宜与地边平行。而坡地上支管可沿等高线向下或与等高线垂直(斜交)向下顺坡布设,尽量避免逆坡布置,以便利用地形落差来抵消部分水头损失。支管控制阀最好设在路边,以方便灌水操作。特别是当大面积草坪分几个轮灌区时,更应注意这个问题。虽然有时会多用部分管道,但管理起来却极为方便。

支管长度取决于支管上喷点数量及喷点间距,并需通过水力计算加以校核确定。确定喷点组合间距的方法很多,目前工程上常用修正几何做图法。该法以喷点为圆点,设计射程为半径绘出的湿润圆彼此相切,以确保湿润面积内任何位置都不发生漏喷,并有较高的均匀度。

设计射程RR=KR

式中:R为喷头的射程,由喷头的性能查出;K为折减系数,介于0.7~0.9之间,与风的大小有关,风大时取小值,风小时取大值,为保险起见,设计时多取小值。

美国雨鸟公司推荐其系列产品的间距取相应射程的0.8~1.3倍。另外,当喷头为全圆喷洒,组合形式为正方形时,其支管间距与喷头间距均为1.42R,其有效控制面积为2.0 R2.

三、喷灌水力设计

1、初步确定干支管管径

管径选择非常重要,系统投资大小与管径选择密切相关。管径太小,管内流速太大,水头损失也大;管径太大,虽然水头损失较小,但投资太大,很不经济。目前在小型喷灌系统设计中,最优管径一般是根据流量和经济流速确定。粗略估算最优管径可采用下边的公式计算:

经验公式法:D=11Q  Q<120m3/h

式中:D为管道直径(mm);Q为管道流量(m3/h)。

经济流速法:D=1.13Q/V

式中:V为经济流速,依经验而定,一般V<3m/sD为管径(m);Q为流量(m3/s)。

进行了喷头选型和喷点布置,又划好了轮灌分区,即可计算支管流量和干管流量。支管流量为支管上同时工作的喷头流量之和,干管流量为灌区全部同时工作的喷头流量之和。知道了流量,好可依照上述化式来粗算管径。

2、管道水力损失计算方法

水在管道中流动产生的机械能损失,称作管道水头损失,可分为沿程水头损失Hf和局部水头损失Hj两大类。沿程水头损失为水流内部磨擦引起的;局部水头损失为水流经过各种管件阀门水压力等引起流态变化而产生的。总的管道损失为二者之和。

目前常用计算沿程水头损失的公式为:

Hf=f

式中:LQd分别为管长(m)、流量(m3/h)和管道内径(mm);fmb分别为与沿程有关的摩阻系数、流量指数和管径指数,依不同管材选取(表8.2)。

关于局部损失的计算,也有公式可循:

HJ=ε

式中:ε为局部阻力系数,g为重力加速度(m/s2)。

但在实际设计工作中一般不用公式计算Hj,而是先计算Hf,然后取Hf10%~20%作为Hj的估计值,可依管件的多少来确定所取的百分率。

为了使用方便,有根据勃拉修斯公式绘制的诺模图供设计时使用水温为151m塑料管的水头损失,水温为20℃时1m塑料管的水头损失,水温为251m塑料管的水头损失。

 

       8.2几种喷灌管材的fmb

管道种类

m

B

f

Q(m3/s)dm

Qm3/hd(mm)

塑料硬管

铝管

旧钢(铸铁)管

钢筋混凝土管

1.77

1.74

1.9

2

4.77

4.24

5.3

5.33

0.000915

0.0008

0.00179

0.948×105

0.861×105

6.25×105

 

n=0.013

n=0.014

n=0.015

n=0.017



0.00174

0.00202

0.00232

0.00297

1.321×105

1.516×105

1.749×105

2.240×105







3、支管的水力设计

喷洒支管直接与安装喷头的竖管相连,是喷灌系统最末级的工作单元,其水力设计主要依据均匀喷洒的原则。即使同一支管上任意两个喷点的喷头工作压力之差不超过喷头工作压力的20%,这样任两个喷头出水量之差才小于10%

若设喷头工作压力、支管上最大和最小的喷头工作压力分别为HHmaxHmin,则支管管径选择的控制条件为:

Hmax-Hmin0.2H

若地形不平,有坡度还应考虑落差(Z)的影响,其控制条件变为:

上坡支管:H max-Hmin0.2H-Z(缓坡,水头损失大于地形落差)

下坡支管:H max-HminZ-0.2H(陡坡,水头损失小于地形落差)

这样,就可以根据流量、管长和管径中的任两个已知条件及上述约束条件来确定另一个未知条件。

另外,支管的流量一般随流程按规律递减,对这种等间距、等流量分流的多孔出流管道,其沿程损失Hf要小,实际沿程损失Hf为:

Hf=F×Hj

式中:F为全等距等量出流系数,与孔口数、首孔位置及管材流量指数有关的折减系数,可查表或用公式计算,依经验,一般取0.4—0.5。

当然,实际应用时,支管上的喷头不一定是等间距或等流量的,这就需要分段按不同流量计算,相对更为复杂一些。所以在初步设计时,尽量首先有规则地安排,以使设计简化和施工方便。

总结支管水力设计,可按如下流程进行:喷头选型→确定布点及管长→确定支管流量→初设管径→计算水力损失→校核(Hf0.2H)→调整管径、管长重复计算→确定管径、管长

4、干管水力计算

干管水力计算同支管的计算差不多,对其总的要求是支管分流处的压力应满足支管的压力需求。

四、水泵的选择

根据喷头工作压力、干管Hf和Hj、支管的Hf和Hj、竖管的Hf、动水位平均高程与喷头高程之差,以及整个系统流量(即系统内同时工作的喷头流量之和),确定合适的水泵。

水泵的流量Q为:Q=N喷头q

水泵的扬程H为:H=H喷头+Hf+Hj+

式中:N喷头为同时工作的喷头数;q为单喷头的流量;H喷头为喷头设计工作压力(m);△为典型喷头高程与水源水面的高差(m),典型喷头一般是离泵站最远、位置最高的喷头;∑Hf为水泵到典型喷头之间管路沿程水头损失之和(m);∑Hj为水泵到典型喷头之间各种局部水头损失之和(m)。

城市绿地的喷灌设计简介(ZT)

随着我国城市建设的飞速发展,人民生活水平的提高,城市绿地也更多的出现在我们的生活中。城市绿地可以有效的净化空气、吸滞粉尘、调节和改善小气候和美化环境的作用。相对来说,城市绿地具有乔灌结合、功能健全、种群稳定的特点。因此,合理的绿地喷灌设计是成功的城市景观的重要因素。

1? 喷灌系统的定义

喷灌是将灌溉 水通过由喷灌设备组成的喷灌系统或喷灌机组,形成具有一定压力的水,由喷头喷射到空中,形成细小的水滴,均匀的喷洒到土壤表面,为植物正常生长提供必要水分的一种先进灌水方法。与传统的地面灌水方法相比,喷灌具有节水、节能、省工和灌水质量高等优点。喷灌的总体设计应根据地形、土壤、气象、水文、植物配置条件,通过技术经济比较确定。

2 喷灌系统的组成

2.1 水源:一般多用城市供水系统作为喷灌水源,另外,井泉、湖泊、水库、河流也可作为水源。在绿地的整个生长季节,水源应有可靠的供水保证。同时,水源水质应满足灌溉水质标准的要求。

2.2 首部枢纽:其作用是从水源取水,并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、加药器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表,以及控制设备,如自动灌溉 控制器、衡压变频控制装置等。首部枢纽设备的多少,可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。当城市供水系统的压力满足不了喷灌工作压力的要求时,应建专用水泵站或加压水泵室。

2.3 管网:其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的绿地区域。由不同管径的管道组成,如干管、支管、毛管等,通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。喷灌常用的塑料管有硬聚氯乙烯管(PVC-U)、聚乙烯(PE)管等。应根据需要在管网中安装必要的安全装置,如进排气阀 、限压阀、泄水阀等。

2.4 喷头:喷头用于将水分散成水滴,如同降雨一般比较均匀地喷洒在绿地区域。喷头是喷灌系统中最重要的部件,喷头的质量与性能不仅直接影响到喷灌系统的喷灌强度、均匀度和水滴打击强度等技术要素,同时也影响系统的工程造价和运行费用。故应根据植物配置和土壤性质的不同选择不同的喷头。

根据喷头适用对象不同,园林喷灌喷头分类见表-1:

表-1 园林喷灌 喷头分类

喷头 名称
适用对象
特点

微喷头
花园、温室及屋顶绿地
全圆或扇形喷洒,喷洒雨滴大小均匀;雾化效果好,有降温加湿作用

地埋式喷头
公园灌溉 、公共绿地灌溉 或运动场草坪
喷射仰角角度可调;全圆或按所需角度喷洒;水型均匀,不易形成地表径流;可更换喷嘴,易于清洗及保养

摇臂喷头
较大面积草坪及灌木
耐磨、不锈、性能稳定;有良好的抗风能力及防沙特性;工作压力在0.15MPa时即可正常运行

喷枪
农田、大面积草坪、森林绿地的喷灌。
射程远、雾化效果好、不易堵塞


3 喷灌系统的设计步骤

3.1 绿地设计灌水量的确定

绿地设计灌水量可按下式计算

 (1)

其中:

:绿地设计灌水量 () :土壤容量 ()

:计划湿润层深度(mm):适宜土壤含水量上限,下限(重量百分比) :喷灌水的有效利用系数 一般取(0.7-0.9)

当现场资料缺乏的情况下,也可参照表-2中所列经验数据选取

表-2 绿地灌水量估算表

气象条件
湿 冷
干 冷
湿 暖
干 暖
湿 热
干 热

日需水量(mm)
2.5-3.8
3.8-5.0
3.8-5.0
5.0-6.4
5.0-7.6
7.6-11.4


注:表中“冷”指仲夏最高气温低于21℃;“暖”指仲夏最高气温21℃-32℃;“热”指仲夏最高气温高于32℃;“湿”指仲夏平均湿度大于50%;“干”指仲夏平均湿度低于50%。

3.2 土壤允许喷灌强度的校核

土壤的允许喷灌强度是影响选型的主要因素。土壤的允许喷灌强度是指单位时间内喷洒在地面上的水深。喷灌系统的设计喷灌强度不得大于土壤的允许喷灌强度。不同质地土壤允许喷灌强度可按表-3确定:

表-3 土壤允许喷灌强度表⑴

土壤类别
允许喷灌强度(mm/h)
土壤类别
允许喷灌强度(mm/h)

砂土
20
壤粘土
10

砂壤土
15
粘土
8

壤土
12
     

当地面坡度大于5%时,允许喷灌强度可按表-4确定:

表-4 土壤允许喷灌强度表⑵

地面坡度(%)
允许喷灌强度降低(%)
地面坡度(%)
允许喷灌强度降低(%)

5-8
20
13-20
60

9-12
40
>20
75


3.3 绿地灌水周期的确定

 (2) 

:绿地灌水周期

:日需水量,mm/d,取灌水临界期的平均日需水量

其中喷灌水的有效利用系数可根据风速条件选取:

风速低于3.4m/s =0.8-0.9

风速为3.4~5.4m/s =0.7-0.8

3.4 喷灌喷头的布置

喷头的布置主要包括组合形式、喷头间距等,它合的理与否,直接关系到喷灌效果。

①喷头的组合形式主要有矩形、菱形等形式,矩形组合适用于地形规则、平整的绿地,优点是设计简单,容易布置,但抗风能力差;菱形组合适用于地形不规则、起伏较大的绿地。这种形式抗风能力强,喷洒均匀度高,而且喷头数量较少,节省投资。但由于各支路水量不均,计算较为烦琐。


     (1)矩形组合         (2)菱形组合

②喷头组合间距见表-5:

表-3 喷头组合间距

设 计 风 速 (m/s)
组合间距

垂直风向
平行风向

0.3-1.6
R
1.3R

1.6-3.4
(1.0-0.8)R
(1.3-1.1)R

3.4-5.4
(0.8-0.6)R
(1.1-1.0)R


注:⑴表中R指喷头射程 ⑵风向多变时采用垂直风向栏内数据。

3.5 建立喷灌制度

喷灌系统的工作制度可分为续灌和轮灌。续灌是对系统内所有管道同时供水,其优点是灌水及时,运行时间短便于管理;缺点是干管管径大,造价高,设备利用率低。故该工作制度仅适用于绿地植物配置单一且面积较小的情况。轮灌是将各个支管系统分为若干组,每组包括一个或者多个阀门 ,喷灌时通过干管向各个支管轮流配水。

3.6 管道 的水力计算

完成上述工作后,即可计算各级管道的流量和水力计算。

① 确定支管管径

支管管径根据支管进口流量()、支管长度(L)多孔系数(F)

以及允许首尾喷头压力变差(),用下列公式反求:

 (3)

:多口系数 :支管长度(m)

:首位压力差 :管径指数

:流量指数 :流量() :摩阻系数

其中:首位压力差:? :喷头工作压力()

多口系数:  (4)

:孔口数:多孔支管首孔位置系数(支管入口至第一个孔口的距离与孔口间距之比)

② 确定主管管径

主管管径可由喷灌制度中最多开启喷头数量的水量来确定,初定管径可参考表-6所列数值选取

表-6 主管管径选取表

道流量()
管径(mm)

20
63或75

30
75或90

40
90或110

50
110或125

60
125或160


主管沿程水头损失对于('PVC管')PVC管 ,可按以下公式计算:

 (5)

:沿程水头损失() :管道长度(m)

:流量 () d:管道内径

③管道的局部水头损失,可按下式计算:

(6)

:局部水头损失() :局部阻力系数

:管道流速 (m/s):重力加速度 ()

在实际工程中,管道的局部水头损失一般取沿程水头损失的10%-15%做为局部水头损失估算。

3.7 水泵的选择

根据以上计算流量和扬程,即可确定水泵型号。

水泵水量: (7)

水泵扬程: (8)

:同时工作喷头数:单喷头流量

:水泵出水口至最不利喷头间管道沿程水头损失之和 ()

:喷头设计工作压力()

:水泵出水口至最不利喷头间局部水头损失之和()

:水泵出水口中心线至最不利喷头高差( m )

4 结束语

设计合理的喷灌系统在满足需水要求的同时,可以满足景观和环境效果。精心设计的喷灌系统,通过正确选择喷头和进行喷点的布置,不仅满足绿地需水,而且在灌水时可以形成水动景观效果,提高草坪利用率和观赏价值。

参考文献


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