利用現(xiàn)狀水源進(jìn)行綠地澆灑的設(shè)計(jì)

吳沛鵬

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東深圳518000)

長流河流域綜合整治項(xiàng)目是構(gòu)建成都市青白江區(qū)智慧產(chǎn)業(yè)城“智慧水系”的關(guān)鍵組成部分。 該項(xiàng)目旨在實(shí)現(xiàn)“無邊界河流”水岸共同體，為當(dāng)?shù)厝罕娞峁凹议T口的河道” “老百姓的濕地”，為智慧產(chǎn)業(yè)城提供 “OTH 第二空間”（OTH，Office、Thinking、Home即室外辦公室、思考之所、交流客廳）服務(wù)，打造集生態(tài)、業(yè)態(tài)、文態(tài)于一體的青白江區(qū)城市“生態(tài)核心”。長流河滯蓄濕地是該整治項(xiàng)目中的一個(gè)組成部分。該區(qū)域位于黃草堰閘上游至還水渠取水口段， 地處青白江核心地帶，濕地面積約為42×104m2，場地規(guī)劃性質(zhì)為綠地。 該區(qū)域東西北三面規(guī)劃為高端商務(wù)、住宅和大型公共服務(wù)設(shè)施場地，四面環(huán)路，北面為規(guī)劃復(fù)興大道，西面現(xiàn)狀為清江南路(規(guī)劃智慧大道)，南面為團(tuán)結(jié)中路(規(guī)劃創(chuàng)業(yè)大道)，東面為化工南路。為保障滯洪濕地綠化用水供給， 需建設(shè)綠化澆灑設(shè)施。但考慮到城市環(huán)保節(jié)水的需求，故澆灑用水不采用城市給水管網(wǎng)的生活自來水，而是采用河道內(nèi)水。

1 綠化所需流量計(jì)算

1.1 綠化用水指標(biāo)確定

1）根據(jù)《給水排水設(shè)計(jì)手冊：建筑給水排水》[1]中對于綠化用水的定額規(guī)定，用水定額取1.5~2 L/(m2·次)，每天澆灌1~2 次。

2）根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50085-2007)[2]以及標(biāo)準(zhǔn)圖集《綠地灌溉與體育場地給水排水設(shè)施》(15SS510)[3],灌溉區(qū)進(jìn)行1 次灌溉所需要的灌水量按式(1)計(jì)算：

式中：mq為灌溉區(qū)進(jìn)行1 次灌溉所需灌水量，mm；h為土壤層設(shè)計(jì)濕潤層深度，m；p 為設(shè)計(jì)土壤濕潤比，%；βmax為適宜土壤含水量上限，%；βmin為適宜土壤含水量下限，%；η 為灌溉水利用系數(shù)。

根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50085-2007)以及標(biāo)準(zhǔn)圖集《綠地灌溉與體育場地給水排水設(shè)施》(15 SS 510)取得參數(shù) h=0.3 m，p=1，βmax=32%，βmin=16%，η=0.8。計(jì)算可得出，綠化用水mq=6 mm，即得6 L/m2。

1.2 澆灑方式確定

區(qū)域內(nèi)綠地澆灑面積約為20×104m2。 根據(jù)工程完成后對綠化澆灑的實(shí)際需要和綠地所在區(qū)域的情況,為減少人工勞動強(qiáng)度、提高水利用率，決定對大面積綠化區(qū)域?qū)嵤┳詣訃姽酀矠?，綠地較小區(qū)域或狹長地塊采用人工澆灑，以免影響人員行走。自動噴灌噴頭形式均采用地埋式旋轉(zhuǎn)噴頭, 工作半徑為15 m， 噴頭設(shè)計(jì)流量為2.5 m3/h。 由于綠地面積較大，為方便綠化用水管理及避免瞬間用水過大問題， 將大面積綠地規(guī)劃為5 個(gè)區(qū)， 其中濕地中心區(qū)的大草坪分為4 個(gè)區(qū)塊，濕地東北部大片綠地為1 個(gè)區(qū)塊。這5 個(gè)區(qū)采用自動噴灌澆灑， 其余部分綠化帶均采取人工澆灌。對于生態(tài)保育區(qū)，由于采取了人員封閉的措施，僅考慮在成長期內(nèi)對其采取臨時(shí)澆灌作業(yè)，不設(shè)立專門的澆灌系統(tǒng)。

1.3 綠化用水量及噴灑時(shí)間確定

按照5 個(gè)區(qū)中最大一個(gè)區(qū)自動噴灑的綠化用水量進(jìn)行計(jì)算，自動噴灑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量按式(2)計(jì)算：

式中：q 為灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/h；n 為同時(shí)工作的灌水器數(shù)量， 確定單一分區(qū)內(nèi)灌水器最多的數(shù)量為29 個(gè)。噴淋分區(qū)布置見圖1。qp為單個(gè)灌水器的設(shè)計(jì)流量，m3/h；t 為灌溉系統(tǒng)每次灌水工作時(shí)間，h，按公式(3)計(jì)算。

圖2 噴淋分區(qū)布置

式中：t 為灌水時(shí)間，h；F 為單個(gè)噴頭保護(hù)面積，m2；mq為補(bǔ)充說明;qp為單個(gè)灌水器的設(shè)計(jì)流量，m3/h。

根據(jù)所選的噴頭類型，單個(gè)噴頭保護(hù)半徑為15 m，噴頭設(shè)計(jì)流量為2.5 m3/h，工作壓力按0.2 MPa 計(jì)，η為灌溉水的利用系數(shù)，之前取值η=0.8。

由公式(2)、公式(3)計(jì)算可得,綠化噴灑水時(shí)間為1.7 h，該區(qū)塊綠化用水量53.30 m3/h。

1.4 綠化用水供水量及輸送管確定

綠化用水供水有兩個(gè)方案:1)滿足5 個(gè)區(qū)綠地同時(shí)用水及人工澆灑用水;2)5 個(gè)區(qū)綠地用水分別供給及人工澆灑用水。 單個(gè)人工澆灑噴頭的流量按3 m3/h考慮。 兩個(gè)方案比較見表1。

表1 供水方案比較

經(jīng)比較分析，綠化用水供水方式采用方案二。

1.5 供水泵揚(yáng)程確定

根據(jù)長流河滯濕地綠化總體布局及取水泵站位置， 河道內(nèi)水面與最不利用水點(diǎn)幾何高差為6.8 m。根據(jù)供水量56.30 m3/h， 確定輸水主干管管徑為DN125, 輸水支干管管徑為DN75。 為使每個(gè)區(qū)各個(gè)自動噴灑出水壓力差別盡量小， 供自動噴灑的支干管及分支干管應(yīng)盡量少變徑。 人工澆灑噴頭最小工作壓力為0.1 MPa， 自動噴灑最小工作壓力為0.3 MPa；水泵揚(yáng)程按滿足自動噴灑壓力要求計(jì)算，計(jì)算公式見式（4）。

式中：H 為澆灑水供水泵所需揚(yáng)程，m;h1為貯水池最低水位至升降后灌水器噴水口的幾何高度,h1=6.8 m;h2為供水管及配水管道的沿程損失和局部水頭損失，h2=12.07 m;h3為最不利灌水器的最小工作壓力，取h3=32 mm；h4為泵站內(nèi)管道及閥組損失，取2 m；h5為自清洗機(jī)械過濾器損失，取5 m。 由公式(4)計(jì)算，可得出水泵揚(yáng)程為57.87 m。

2 供水泵站設(shè)計(jì)

2.1 泵房設(shè)計(jì)

根據(jù)工程整體設(shè)計(jì)方案， 長流河滯洪濕地中央湖湖水由黃草堰進(jìn)行補(bǔ)水。補(bǔ)水水質(zhì)可以達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。 這一水質(zhì)符合綠化澆灑標(biāo)準(zhǔn)。 故澆灑系統(tǒng)泵房由中央湖取水，泵房設(shè)置在中央湖東側(cè)，為5 m×4.5 m×3.9 m 的半地下式泵房，地上層高5.1 m。 湖中引水口處設(shè)置1 個(gè) 1 m×1 m×1 m 的正方體引水頭部， 通過引水管將湖水導(dǎo)入至吸水池，水再由水泵加壓供綠化用水。

2.2 引水管管徑確定

根據(jù)所需流量及短管流量計(jì)算公式確定引水管管徑，短管流量按公式(5)計(jì)算：

式中：Q 為流量，m3/s；μ 為短管自由出流的流量系數(shù),按公式(6)確定;A 為管道橫截面積，m2；H 為兩水面間水頭差，m。

式中：L 為管道長度，m；λ 為沿程阻力系數(shù),按公式(7)計(jì)算;δ 局部阻力系數(shù)，進(jìn)出口系數(shù)均為1.0。

式中：d 為管道管徑，m。

根據(jù)所需取水流量56.3 m3/h， 泵房布置湖面與吸水井水頭位差H=0.92 m，引水管長L=65 m，由公式(5)計(jì)算得到的流量確定引水管采用DN300。

2.3 供水設(shè)備配置

根據(jù)區(qū)域綠化用水量及壓力要求不同， 水泵揚(yáng)程按滿足最小利區(qū)域綠化用水壓力要求設(shè)計(jì)。 為節(jié)省能耗， 水泵選用變頻調(diào)速， 變頻最佳調(diào)速范圍是50%~100%。 供電頻率與水泵轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，水泵的流量、揚(yáng)程、水泵轉(zhuǎn)速與供電頻率關(guān)系如式(8)、式(9)所示：

式中：當(dāng) Q1、H1、n1分別為供電頻率為 f1時(shí)水泵的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速；Q2、H2、n2分別為供電頻率為 f2時(shí)水泵的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速。

考慮到僅人工澆灑時(shí)，綠化用水量為3 m3/h，水泵技術(shù)性能無法較長時(shí)間滿足這一要求。因此，在供水設(shè)備中增加氣壓罐配置， 便于綠化用水在各種工況下均能正常運(yùn)行。氣壓水罐的調(diào)節(jié)容積應(yīng)按式(10)計(jì)算：

式中:Vx為氣壓罐內(nèi)水的調(diào)節(jié)容器，m3；qb為水泵出水量，m3/h；當(dāng)罐內(nèi)為平均壓力時(shí),水泵出水量不應(yīng)該小于氣壓水罐最高工作壓力及最小工作壓力平均值時(shí)給水系統(tǒng)最大小時(shí)流量的1.2 倍；n 為水泵在1 h內(nèi)啟動的次數(shù)，宜采用 6～8 次，取 6 次；C 為安全系數(shù),宜采用 1.0～1.3，取 1.2。

氣壓水罐的總?cè)莘e,應(yīng)按式(11)計(jì)算：

式中：Vq為氣壓水罐總?cè)莘e，m3；ab為氣壓水罐內(nèi)的工作壓力比（以絕對壓力計(jì)），宜采用0.65~0.85,取0.65;β 氣壓水罐的容積系數(shù)，隔膜式氣壓水罐取1.05。

根據(jù)水泵正常出水量57 m3/h，當(dāng)水泵往氣壓水罐輸水時(shí)，供電頻率調(diào)至50%,水泵出水量28.5 m3/h。由公式(10)、(11)得出氣壓罐的總?cè)莘e 4.28 m3。 根據(jù)水泵及氣壓罐技術(shù)參數(shù)確定NQGL2-5055 型全自動供水設(shè)備(自帶控制柜)。 為防止湖水中雜物進(jìn)入供水系統(tǒng)堵塞灌水器， 在取水口處設(shè)置格柵并在水泵出水總管設(shè)置自清洗機(jī)械過濾器(過濾精度0.5 mm）。

3 結(jié)語

根據(jù)長流河滯蓄濕地綠水總體布局， 綜合分析研究了利用現(xiàn)有水源實(shí)現(xiàn)綠地澆灑的各種因素，通過方案比較， 選擇大片綠地分區(qū)塊分別供給綠化用水、小片綠地區(qū)域人工澆灑的方式，既滿足了綠水用水要求又能節(jié)省投資，取得了良好效果。