公園綠地節(jié)水灌溉制度的解析
——以頤和園耕織圖景區(qū)的灌溉系統(tǒng)為例

閻 旭

(北京市頤和園管理處，北京 100091)

引言

城市公園綠地與城市的發(fā)展息息相關(guān)，在城市公園綠地的發(fā)展和建設(shè)過程中，困難和挑戰(zhàn)接踵而來，其中最多的問題就是水資源匱乏。北京市目前已建立起龐大的綠地系統(tǒng)，公園綠地面積還將得到大幅度的增加，而水資源緊缺是公園綠地發(fā)展的重要限制因素。在北京市林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院第八次(2013—2015)園林普查結(jié)果的基礎(chǔ)上對植物潛在耗水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算，發(fā)現(xiàn)全部喬木、灌木和草本植物的年總耗水量約14.02億m3，而2018年全市總供水量為39.3億m3，由此可見，北京市綠地植物潛在耗水量巨大[1]。2020年10月9日發(fā)布的《北京市節(jié)水行動(dòng)實(shí)施方案》中提到“北京是特大型缺水城市，節(jié)約用水是保障首都水安全的根本之策。”與大面積的農(nóng)作物種植不同的是，城市綠地形式多樣復(fù)雜且分散化，分散化的形式給灌溉系統(tǒng)的布置、灌溉水源的選擇及灌溉能源的供給帶來許多困難，這也是節(jié)水灌溉技術(shù)在城市中推廣受限的原因之一[2]。

過去公園綠地灌溉多用人工拉著皮管漫灌，在沒有水源的綠地使用水車澆水，綠地養(yǎng)護(hù)過程中的節(jié)水意識(shí)并不強(qiáng)。近幾年，灌溉系統(tǒng)中現(xiàn)代設(shè)施高效智能節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用不僅降低灌溉水向地下水的滲漏，同時(shí)也抑制了化肥、農(nóng)藥對地下水的污染[3]，公園綠地安裝噴灌設(shè)施的比例也有了很大的增加，但綠地的灌溉時(shí)間、灌溉時(shí)長、灌水量都沒有系統(tǒng)的量化，大部分綠地憑借工人師傅的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行灌溉管理，特別是由于工人師傅對噴頭、灌溉系統(tǒng)、水流量的不了解或操作不當(dāng)?shù)仍?，造成過量噴灑而產(chǎn)生地表徑流或無效下滲造成水資源損失。建立良好節(jié)水灌溉的制度，能夠在提高灌溉效率的同時(shí)保證景觀效果，因此現(xiàn)階段要想實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，必須建立節(jié)水灌溉制度。

1 綠地灌溉制度建立的技術(shù)方法

綠地灌溉制度是指在有限的供水條件下，以植物的水分利用效率為依據(jù)，以獲得最大灌溉效益為目標(biāo)，根據(jù)降雨量和土壤含水量的動(dòng)態(tài)變化以及灌溉的目標(biāo)要求，在植物各生長階段分配灌溉的可供水量[4]。

綠地灌溉制度建立的技術(shù)方法：確定綠地的客觀條件，包括綠地的氣候條件、土壤條件、植被情況、灌溉設(shè)施等；確定綠地養(yǎng)護(hù)的主觀意愿即養(yǎng)護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；綜合主客條件，根據(jù)植物需水量，經(jīng)過灌溉公式的計(jì)算，確定對綠地的灌溉量和灌溉時(shí)長。

2 耕織圖景區(qū)的特點(diǎn)

耕織圖景區(qū)位于北京頤和園公園的西北角，頤和園是一所皇家古典園林的公園，集園林藝術(shù)景觀之大成，園中的植物景觀是頤和園景觀的核心組成部分。耕織圖景區(qū)南起團(tuán)城湖北岸，東臨玉橋至界湖橋一線西北以頤和園外圍大墻為界總占地面積154190m2，其中湖面占1/3，植物風(fēng)貌延續(xù)了歷史上清漪園時(shí)期特色，有桃柳堤岸、水村溪流、學(xué)堂庭院、村前池塘、延賞港灣5個(gè)特色的景區(qū)。

2.1 耕織圖景區(qū)氣候、地形及土壤特點(diǎn)

北京地區(qū)的氣候?qū)贉貛О霛駶櫚敫珊导撅L(fēng)氣候，春季氣溫多變，夏季炎熱多雨，秋季晴朗少雨，冬季寒冷干燥。年降水集中且降水強(qiáng)度大，多年平均降雨量500～600mm，降水主要集中在6—8月，春、秋多風(fēng)，平均風(fēng)速為2.7m·s-1。耕織圖景區(qū)地形較為平坦，湖面、水道縱橫分布，在水村居和蠶神廟周邊有緩坡地形，坡度25%左右。該景區(qū)的土壤質(zhì)地為較疏松的壤土，土壤容重為1.29g·cm-3；土壤通氣良好，非毛管孔隙度10%左右，最大田間持水量20%，土壤pH值在7.5～8.0，偏堿性[5]。

2.2 耕織圖景區(qū)植物及其群落特點(diǎn)

耕織圖景區(qū)是常、闊混交的植被，常綠樹有7種共623株，主要品種有油松、檜柏、龍柏、側(cè)柏、白皮松等；落葉喬木有24種共1136株，主要品種有旱柳、絳柳、桑樹、水杉、國槐、銀杏、柿樹、梧桐、玉蘭、元寶楓等樹種；灌木有29種共1715株，主要品種有碧桃、迎春、連翹、丁香、黃刺玫、榆葉梅、西府海棠、金銀木等；地被面積74061m2，其中宿根花卉有46種，占地2300m2，主要品種有玉簪、繡線菊、連線草、委陵菜、月見草等適應(yīng)性強(qiáng)、易于管理、觀賞效果好的地被植物，草坪為冷季型高羊茅和早熟禾，野生地被蒲公英、二月蘭、苦荬菜等稀疏的混生其中。植物群落以喬灌草型為主，在狹窄的湖邊是喬草型群落，上層植物鄉(xiāng)土氣息濃厚，春季景觀驚艷，夏季景觀豐富。喬草型植物群落有桑樹加楊樹(加楊或毛白楊)加油松—海棠—冷季草坪、毛泡桐加絳柳—龍柏加五葉地錦、絳柳加旱柳—碧桃加山桃；喬灌草型有檜柏加玉蘭加紅瑞木—冷季草坪、柿樹加梧桐—平枝荀子加丁香—金娃娃萱草加景天；桑樹加加楊加檜柏—碧桃加金銀木加迎春—冷草，還有喬木林，如水杉林、竹林、海棠林等[6]。

2.3 耕織圖景區(qū)灌溉系統(tǒng)的構(gòu)成

2.3.1 首部樞紐的組成

2.3.2 灌溉管網(wǎng)的組成及灌溉分區(qū)、輪灌區(qū)

耕織圖景區(qū)灌溉輸水管網(wǎng)由輸水干管和連接灌水器的支管組成，干管管徑為160mm和110mm，支管管徑為90mm和63mm。景區(qū)有緩坡地形，水道穿插，為保護(hù)管道不被破壞，在關(guān)鍵位置做了管道的發(fā)泡保護(hù)并設(shè)置了自動(dòng)泄水閥。

灌溉分區(qū)考慮水源情況，在水源每小時(shí)供水量的承受能力下，能滿足的最大灌溉面積；考慮每個(gè)灌溉分區(qū)(使用同一個(gè)田間管理器)的輪灌需求，在同一天內(nèi)全部輪灌區(qū)都澆一遍需要的時(shí)間，根據(jù)該時(shí)間來編排輪灌分區(qū)。輪灌區(qū)的劃分原則如下。

輪灌區(qū)數(shù)需水量與水源的供水量相一致，區(qū)域劃分方便綠化養(yǎng)護(hù)管理；根據(jù)地形的情況，各輪灌組的高差較小，面積盡可能相近，以保證系統(tǒng)的流量較為平穩(wěn)，且始終保持在水泵運(yùn)行能力的范圍之內(nèi)；制定輪灌順序時(shí)，應(yīng)盡量把流量分散到各輸、配水管道中，避免流量集中于某一條分干管，從而有利于減小輸、配水管道的管徑或減少其水頭損失，降低管道投資或運(yùn)行費(fèi)用。

考慮耕織圖景區(qū)水道交錯(cuò)、地形高差的因素，對耕織圖景區(qū)進(jìn)行灌溉分區(qū)時(shí)，把連在一起的陸地劃分在同一個(gè)區(qū)，共分為5個(gè)灌溉區(qū)，見圖1。每個(gè)區(qū)都配有田間控制器，用來設(shè)置輪灌區(qū)的灌溉時(shí)間和時(shí)長。為了保證同時(shí)均勻灌溉，按照灌溉面積的大小劃分輪灌區(qū)，每個(gè)灌溉區(qū)都由不同數(shù)量的帶電磁閥開關(guān)的輪灌區(qū)組成。灌溉A區(qū)20個(gè)輪灌區(qū)，灌溉B區(qū)15個(gè)輪灌區(qū)，灌溉C區(qū)7個(gè)輪灌區(qū)，灌溉D區(qū)14個(gè)輪灌區(qū)，灌溉E區(qū)8個(gè)輪灌區(qū)。耕織圖景區(qū)有5個(gè)田間控制器，分別控制5個(gè)灌溉區(qū)，每個(gè)控制器可使2～17個(gè)輪灌區(qū)獨(dú)立灌溉或同時(shí)灌溉；輪灌區(qū)的開啟和關(guān)閉用電磁閥控制實(shí)行遠(yuǎn)程控制。

2.3.3 灌水器的選型及布置間距

節(jié)水灌水器多種多樣，常用的有滴灌帶、滲灌管、微噴頭等。耕織圖景區(qū)選用的是低壓可調(diào)角度的地埋旋轉(zhuǎn)式噴頭和帶止溢功能的散射噴頭，工作壓力在0.14×0.45MPa，流量0.11×1.74m3·h-1，射程5.0～15.2m，噴射角度可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍40～360°。微噴灌水器根據(jù)噴嘴的射程遠(yuǎn)近，布置間距為5m×5m、10m×10m、12m×12m。

六一前夜，李打油捏著個(gè)紙袋上門來，里面是紅領(lǐng)巾和請柬。他邀請我父親做六一嘉賓。老人家那個(gè)激動(dòng)呀。我也是，又驚奇又感動(dòng)。李打油寫字不好看，他就在請柬上一筆一畫地描，內(nèi)容蠻別致，抬頭下，賦詩一首：新禾吐穗涌綠浪，同慶六一好時(shí)光，有功之臣臣育人，崇文重教教興旺。這樣的打油詩，他寫了四十多首，每份請柬一首個(gè)性化的詩。至于請的嘉賓呢？主要是有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、有關(guān)老板和有關(guān)債主，以及影響興教的有關(guān)人士，包括三位燒窯師傅，以及為磚廠供柴供泥供電的閑雜人等。別小看人家，柴不好泥不好，都能致命。

3 耕織圖景區(qū)灌溉制度的建立

公園綠地需要澆水量與公園綠地養(yǎng)護(hù)等級(jí)即景觀效果密切相關(guān)，公園綠地植物養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)高，澆水就多，反之澆水少。因此，掌握植物耗水特點(diǎn)、采用節(jié)水灌溉方式、保證景觀效果是建立節(jié)水灌溉制度的基礎(chǔ)。灌溉制度的內(nèi)容確定灌溉定額、灌水時(shí)間、灌溉次數(shù)、灌溉強(qiáng)度等指導(dǎo)灌溉工作。

3.1 植物的耗水特點(diǎn)

研究表明，不同樹種的耗水能力差異顯著，這是由植物的遺傳特性決定的，植物種間抗旱能力不同，在節(jié)水型公園規(guī)劃中，節(jié)水型植物群落配植優(yōu)選鄉(xiāng)土樹種，充分發(fā)掘自給型和半自給型植物景觀特色，組成不同觀賞特性的整體自給型植物群落，利用觀賞價(jià)值較高的灌溉型植物群落進(jìn)行補(bǔ)充[7]。在耕織圖景區(qū)中常綠樹種的耐旱性為側(cè)柏>檜柏，油松>白皮松>華山松；落葉樹種的耐旱性為旱柳>玉蘭、元寶楓>國槐>銀杏；灌木的耐旱性為金銀木、丁香>貼梗海棠、紫葉李>碧桃、榆葉梅、黃刺玫>大葉黃楊和紅王子錦帶；木本地被植物耐旱性強(qiáng)弱為平枝栒子>金葉女貞>紫葉小檗和金葉蕕；草本地被植物抗旱性強(qiáng)弱為八寶景天>萱草>孔雀草和金雞菊>美國薄荷、婆婆那、玉簪、二月蘭和紫花地丁[8]。

不同樹種間耗水的季節(jié)變化也不同，如耕織圖景區(qū)中春季耗水的植物元寶楓，夏季耗水的植物白皮松、油松、大葉黃楊，秋季耗水的植物北京丁香等。因此在綠地植物配置時(shí)，將屬于不同季節(jié)耗水型的樹種搭配在一起，在缺水季節(jié)可以緩和不同樹種對土壤水分的競爭，從而減輕水資源供需矛盾。

3.2 養(yǎng)護(hù)等級(jí)的確定

耕織圖景區(qū)作為北京著名的旅游景點(diǎn)，按照北京市的《城鎮(zhèn)綠地養(yǎng)護(hù)管理規(guī)范》(DB11/T 213-2014)中的特級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。對綠地的水分分級(jí)管理中，以土壤含水量在田間持水量和有效臨界值范圍內(nèi)定義為特級(jí)養(yǎng)護(hù)，含水量在有效臨界值和旱害臨界值范圍內(nèi)劃分2個(gè)養(yǎng)護(hù)等級(jí)，輕度缺水和中度確定，分別對應(yīng)一級(jí)養(yǎng)護(hù)和二級(jí)養(yǎng)護(hù)。按照上述標(biāo)準(zhǔn)，制定灌水量的土壤含水量百分比標(biāo)線，見見表1，耕織圖景區(qū)當(dāng)土壤含水量降低至養(yǎng)護(hù)等級(jí)下限時(shí)開始灌溉，執(zhí)行按需灌溉。

3.3 灌水定額的確定

灌水定額的確定方法，通常由植物適宜溫潤層深度、土壤容重、植物適宜土壤含水率上下限等因素確定。濕潤土層的厚度，即植物根系在土壤中分布的深度，按照草坪濕潤10cm土層，灌木濕潤30cm土層、喬木濕潤50cm土層計(jì)算灌溉量。適用于北京地區(qū)綠地執(zhí)行的灌溉制度制定的方式。根據(jù)《節(jié)水灌溉工程運(yùn)行管理規(guī)范》(DB11T556-2021)和《微灌工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50485-2020)規(guī)定，公園綠地灌水定額的計(jì)算公式：

m=0.1zr(Qmax-Qmin)

式中，m為灌水定額，mm；z為濕潤土層深度，cm；r為土壤容重，g·cm-3；Qmax和Qmin為宜土壤含水量的上下限(占土體體積的百分比)。

耕織圖景區(qū)按特級(jí)養(yǎng)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，土壤容重為1.27～1.45g·cm-3，灌水定額額如表2。

表2 耕織圖景區(qū)灌溉定額

3.4 灌溉強(qiáng)度和灌溉時(shí)長的確定

耕織圖景區(qū)采用噴灌技術(shù)，噴灌強(qiáng)度要小于土壤的入滲率，使噴灑到地表面的水及時(shí)入滲，不會(huì)形成積水。耕織圖景區(qū)是砂壤土，根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》的要求，砂壤土允許噴灌強(qiáng)度為P允=15mm·h-1，充分考慮現(xiàn)場的條件，選用符合布置間距和流量要求的噴頭。灌溉定額和噴頭流量確定后，就可推算出灌溉時(shí)長。具體情況見表3。

表3 耕織圖景區(qū)綠地灌溉噴頭布置間距及澆灌時(shí)間

3.5 符合北京地區(qū)季節(jié)要求的灌溉次數(shù)

及時(shí)灌溉就是在植物生長需水的時(shí)候及時(shí)進(jìn)行澆水，反之，在植物不需水的時(shí)間澆水會(huì)造成水資源浪費(fèi)，若澆水不及時(shí)，則影響植物生長，降低景觀效果。只有受到嚴(yán)重的缺水傷害時(shí)，植物外觀才會(huì)表現(xiàn)出來，干旱會(huì)導(dǎo)致植物生長不良，影響生態(tài)、景觀等多種有益功能發(fā)揮。根據(jù)植物的耗水規(guī)律，北京地區(qū)冬季11月—第2年3月天氣冷，植物休眠不生長，故不澆水。公園綠地灌溉時(shí)間為春季4—6月，秋季9—10月，北京月均降水量為11月—第2年3月小于10mm，4月26.4m左右、5月28.7mm左右、6月70.7mm左右、7月175mm左右、8月182.2mm左右、9月48.7mm左右、10月18.8mm左右。7月、8月的土壤水分收入大于支出根據(jù)養(yǎng)護(hù)要求不需灌溉?！侗本┦谐擎?zhèn)園林綠化養(yǎng)護(hù)預(yù)算定額》規(guī)定北京綠地養(yǎng)護(hù)等級(jí)為特級(jí)的，每年春季4—6月，秋季9—10月植物澆水次數(shù)：常綠喬灌木10次，平均每月2次；落葉喬灌木和暖季型草坪12次，多年生花卉和色帶15次，冷季型草坪25次。冷草澆的次數(shù)多，費(fèi)水。

4 結(jié)論

4.1 以植物需水量為基礎(chǔ)建立灌溉制度

水杉、絳柳喜水喜濕，油松、檜柏不耐水，灌溉時(shí)要按植物的需求規(guī)律合理進(jìn)行灌溉。準(zhǔn)確按照灌水定額灌溉，詳細(xì)記錄灌水次數(shù)，保證節(jié)水型灌溉制度每一環(huán)節(jié)執(zhí)行到位，其相對節(jié)水率在30%以上[9]。

4.2 采用節(jié)水型的噴灌、滴灌、滲灌的灌溉方式

噴灌能夠有效減少對土壤表面的沖刷與損壞，還可以減少深層滲漏；滴灌灌溉每個(gè)滴頭的出水量較為均勻，對土壤結(jié)構(gòu)可以起到較強(qiáng)的保護(hù)作用，在中等坡度的立地條件下也能廣泛使用[10]。滲灌的灌水量可以根據(jù)植物的需水量來控制，不受風(fēng)速等氣候條件的影響[11]。這些灌溉方式適合綠地灌溉的使用，節(jié)水的灌溉方式與土壤傳感器相結(jié)合，綜合土壤含水量、灌水器的出水量等因素，根據(jù)灌水定額的公式計(jì)算每一次的灌水量。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，省水省人工的節(jié)約型綠地養(yǎng)護(hù)。

4.3 合理搭配植物群落

科學(xué)進(jìn)行植物群落的搭配，將需水量一致的植物成片栽植，構(gòu)成植物復(fù)層群落構(gòu)造，達(dá)到節(jié)水的目的[12]。在耕織圖景區(qū)中，以喬草型的桑樹加楊樹加油松—海棠—冷季草坪和喬灌草型的檜柏加玉蘭—紅瑞木—冷季草坪為例，冷草的灌溉次數(shù)每年要澆25次，才能保證草坪的植物景觀效果，在澆草的同時(shí)又破壞了耐旱的喬木的需水要求，導(dǎo)致植物群落的上層植物長得不好，因此，在不破壞園林效果的情況下，逐步更新冷草，更換成北京本地綠期較長的委陵菜、連錢草、景天三七等耐旱地被植物，可達(dá)到既省水又促進(jìn)植物群落的良性循環(huán)。此外，遵循耗水量盈虧平衡、常綠落葉混交、季相特色突出的原則，形成毛白—楊側(cè)柏、國槐—圓柏、臭椿—金銀木、毛白楊—二月蘭木等兼顧不同觀賞特色的植物群落，同時(shí)利用八寶景天、鳶尾、萱草等地被植物豐富林下、林緣的空間和景觀效果。

4.4 合理選用植物品種

在植物的選擇上，應(yīng)選用耐旱、需水少、易于養(yǎng)護(hù)管理的鄉(xiāng)土樹種和當(dāng)?shù)匾吧参镔Y源，合理使用常綠樹種，使造景的美觀性與養(yǎng)護(hù)的節(jié)水性相協(xié)調(diào)。且植物景觀空間構(gòu)建時(shí)需要合理設(shè)計(jì)復(fù)層植物群落，避免只出現(xiàn)單層植物群落，以便有效地進(jìn)行水源涵養(yǎng)，植物灌溉需水量一般為喬木<灌木<色塊<草坪[13]。