一個(gè)“海綿城市”綠化景觀智能節(jié)水微灌項(xiàng)目案例的初探及分析

劉興躍，楊宇星，王 瓊

(廣州市嘉卉園林綠化建筑工程有限公司，廣州 510420)

一個(gè)“海綿城市”綠化景觀智能節(jié)水微灌項(xiàng)目案例的初探及分析

劉興躍，楊宇星，王 瓊

(廣州市嘉卉園林綠化建筑工程有限公司，廣州 510420)

水資源一直是困擾人類的一個(gè)重大問題，合理的節(jié)水措施能有效緩解園林用水的緊張感。智能微灌技術(shù)的應(yīng)用，大大節(jié)約了水資源且簡(jiǎn)化了灌溉的過程。本文主要從智能微灌技術(shù)的概念、優(yōu)點(diǎn)、工作原理、材料選擇等方面進(jìn)行了分析，對(duì)廣州綠地節(jié)水灌溉的現(xiàn)狀進(jìn)行了論述，并提出節(jié)水灌溉的重要意義和若干項(xiàng)建議。

海綿城市；綠化景觀；智能節(jié)水微灌技術(shù)；項(xiàng)目案例

園林綠化的開展必不可少的就是水的運(yùn)用，它讓環(huán)境綠化變得更加優(yōu)美。目前，廣州的城市綠化用水絕大部分仍來自于供居民使用的自來水，而花城廣州一直重視發(fā)展綠化工程，所以廣州在園林綠化部分也是用水的主力軍之一?！秶?guó)務(wù)院關(guān)于做好建設(shè)節(jié)約型社會(huì)近期重點(diǎn)工作的通知》(國(guó)發(fā)[2005]21號(hào))中提道：改革開放以來，我國(guó)推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變?nèi)〉昧朔e極進(jìn)展，資源節(jié)約與綜合利用取得一定成效。但總體上看，粗放型的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式尚未得到根本轉(zhuǎn)變，我國(guó)淡水、土地、能源、礦產(chǎn)等資源不足的矛盾更加突出，環(huán)境壓力日益增大。加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，以提高資源利用效率為核心，以節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、資源綜合利用和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)為重點(diǎn)，推進(jìn)節(jié)水技術(shù)改造，推進(jìn)高耗水行業(yè)節(jié)水技術(shù)改造，推進(jìn)節(jié)約資源科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。因此，節(jié)水技術(shù)的提高是響應(yīng)國(guó)家節(jié)約政策的號(hào)召。

廣州水資源總量很大，但是淡水資源仍然短缺，人均占有量不足全國(guó)人均值的50%。雖然雨量十分豐富，但季節(jié)性短缺問題也很嚴(yán)重，降雨主要集中在4月—9月，其他季節(jié)降雨明顯不足。到2020年，廣州的供水問題將更為嚴(yán)峻。因此，運(yùn)用新技術(shù)大力提高廣州園林綠化的用水率，對(duì)城市綠化的持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。

基于以上現(xiàn)狀，為解決園林綠化用水問題，智能微灌技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，從2003年開始，我國(guó)就大力推廣實(shí)施智能節(jié)水微灌項(xiàng)目，均取得了顯著成效。國(guó)務(wù)院批復(fù)《廣州市城市總體規(guī)劃》要求提道：劃定城市藍(lán)線保護(hù)范圍，落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度，控制地下水開發(fā)利用，提高水資源利用效率和效益，建設(shè)節(jié)水型城市。因此，廣州市海珠區(qū)智能節(jié)水微灌項(xiàng)目引進(jìn)新的技術(shù)，打破傳統(tǒng)觀念，迎來創(chuàng)新，從技術(shù)上高能高效的管理，真正做到節(jié)能節(jié)水。綠化景觀智能節(jié)水微灌項(xiàng)目的實(shí)施，將使海珠區(qū)走在發(fā)展的前沿。

1 智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透及微電子技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)外的設(shè)施農(nóng)業(yè)不斷向智能化方向發(fā)展。其中以美國(guó)等國(guó)家最為突出，而我國(guó)的智能化技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在很大的差距。雖然智能化節(jié)水灌溉在我國(guó)已有所探索并在局部區(qū)域開始運(yùn)用，但這只是小范圍的，尚沒有形成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)體系，也沒有做到大范圍的推廣。但從2012年國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要(2012—2020年)》給出了到2020年灌溉水有效系數(shù)達(dá)0.55以上的發(fā)展目標(biāo)后，我國(guó)的智能化節(jié)水灌溉項(xiàng)目才開始快速發(fā)展。而廣東海珠區(qū)的智能化灌溉項(xiàng)目發(fā)展，說明了廣州智能化灌溉技術(shù)將迎來高速發(fā)展期。

2 海珠區(qū)“海綿城市”綠化景觀智能節(jié)水微灌項(xiàng)目概況

本次項(xiàng)目的選址位于海珠區(qū)新窖立交東西邊綠化地、新港東路中間綠化地塊。這兩個(gè)地點(diǎn)也是廣州市海珠區(qū)的重要節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)地方的現(xiàn)狀條件都比較需要智能微灌技術(shù)。

新窖立交東西邊綠化地：綠地面積約47 200 m2，面積是兩個(gè)地點(diǎn)中最大的且地塊較多，車道復(fù)雜，車流量很大，人工澆水困難且較為危險(xiǎn)，所以適合做遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

新港東路中間綠化帶段(從磨碟沙地鐵口堆出中間帶至琶洲展館科韻路交匯處)，綠地面積約22 500 m2，形狀呈長(zhǎng)條形，植被類型多樣，位于道路的中央，水車澆水會(huì)嚴(yán)重影響交通，特別是琶洲展館舉行活動(dòng)期間，更是車水馬龍，在琶洲會(huì)展中心一帶運(yùn)用能方便后期的維護(hù)，更能提升海珠形象，使海珠區(qū)走在廣州十區(qū)前沿。

另外，隨著城市的車輛越來越多，道路交通越來越擁堵，現(xiàn)存的灑水車澆灌方式也越來越顯得不協(xié)調(diào)，而人工澆灑的方式效率低下，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大且工作環(huán)境危險(xiǎn)，此方式更是未來淘汰的對(duì)象。智能灌溉系統(tǒng)可以良好的解決這些問題。

3 智能節(jié)水微灌項(xiàng)目的特點(diǎn)

3.1 傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)

A.傳統(tǒng)的人工灌溉會(huì)在各種外部因素的作用下導(dǎo)致土壤板結(jié)，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞且土質(zhì)干燥后容易使土面變硬，影響植物的正常生長(zhǎng)。B.人工淋水的過程很難進(jìn)行把握，澆水的不均勻性會(huì)產(chǎn)生死角，并且容易形成地表徑流，造成水資源的浪費(fèi)。C.水車淋水一天使用水量約為180 m3，并且車輛1 800元/d、人工費(fèi)用200元/d，水費(fèi)900元/d，合計(jì)成本支出約2 900元/d。D.使用智能灌溉對(duì)地段交通不產(chǎn)生壓力，并且一天使用水量≤126 m3，人工費(fèi)用500元，耗電量約130 kW·h/d，約156元/d。水車淋水與智能灌溉的全年成本支出對(duì)比表，如表1所示。

表1 水車淋水與智能灌溉成本支出對(duì)比表

注：a.華南地區(qū)最大蒸發(fā)量為4 mm/d，以上數(shù)據(jù)是按照最大值計(jì)算；每年澆水天數(shù)按295 d計(jì)。b.每噸水加壓耗電量約1 kW·h，電費(fèi)按照1.2元/kW·h計(jì)，水費(fèi)按5元/t計(jì)。c.人工澆灌用水量是往年澆灌實(shí)際用水量，自動(dòng)及智能是理論計(jì)算量。

由表1可見，智能噴灌技術(shù)的成本明顯較水車淋水要低很多。

3.2 智能微灌器的優(yōu)點(diǎn)

A.均勻度高。滿足整體植被灌溉的總用水量最低，節(jié)省用水。B.灌溉強(qiáng)度低。小于等于植被區(qū)域土壤水分入滲速率，避免形成地表徑流，做無效灌溉。C.多種灌水器，適應(yīng)不同植被的灌溉形式(微噴、滲灌等)。微噴形成的水霧能夠有效降低空氣中灰塵的含量(PM2.5)，凈化環(huán)境，美化植被，改善氣候。較低的微噴及中等微噴如圖1、圖2所示。D.自動(dòng)灌溉。可做到定時(shí)定量(夜晚)，錯(cuò)峰用水用電。夜晚澆水更可以減少因光照和溫度造成的蒸發(fā)浪費(fèi)，做到高效灌溉。E.自動(dòng)控制系統(tǒng)配置高精度氣象傳感器，可做到雨天不灌，冷天少灌。同時(shí)配合電腦使用，可讀取區(qū)域內(nèi)ET值(蒸騰蒸發(fā)量)。

圖1 較低的微噴Fig.1 Lower micro-spray

圖2 中等微噴Fig.2 Medium micro-spray

3.3 智能灌溉系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

A.此種灌溉方式可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)、PAD和電腦等多種登陸方式，只要能夠連接互聯(lián)網(wǎng)，就能進(jìn)行灌溉系統(tǒng)的操作，便于使用者管理系統(tǒng)。B.集中化控制，使用戶可以統(tǒng)一進(jìn)行管理，隨時(shí)可以通過現(xiàn)場(chǎng)傳回的圖像和信息掌控現(xiàn)場(chǎng)的各種情況。對(duì)不同地方的管理信息可準(zhǔn)確、快捷的反饋給管理者。C.可采用有線、GPRS、GPS、網(wǎng)線等多種連接方式，解決不同區(qū)域的連接問題。D.除了人工管理之外，系統(tǒng)還可以智能化管理，根據(jù)不同傳感器 (光照、風(fēng)速、溫度等)傳回的數(shù)據(jù)，計(jì)算各自的用水量，精確補(bǔ)水。同時(shí)，在同一個(gè)水源條件下，可自動(dòng)分配灌水順序，調(diào)配用水量，避免出現(xiàn)“搶水”造成的水壓不足，從而引起灌溉效果差的問題。

4 智能微灌系統(tǒng)的工作原理

4.1 系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)的組成包括控制系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)包含：中央控制電腦、控制器、電磁閥、傳感器。管網(wǎng)系統(tǒng)包含：水源、首部樞紐、管網(wǎng)、灌水器、傳感器。

4.2 智能節(jié)水微灌設(shè)備選型依據(jù)

A.本項(xiàng)目是集環(huán)保與科研于一體的試點(diǎn)項(xiàng)目，需要選用精確、可控可靠的材料。B.選用美國(guó)進(jìn)口HUNTER滴灌、微噴、噴灌等灌水器。保證設(shè)備采用的原材料是非再生塑膠，設(shè)備參數(shù)真實(shí)可靠。C.選用GREENMAN整體式泵站，保持景觀一致性。D.本項(xiàng)目應(yīng)用成功，需大面積推廣。

4.2.1 噴頭

選用美國(guó)進(jìn)口HUNTER噴頭。Hunter無滲漏密封技術(shù)，高強(qiáng)度彈簧，如圖3所示。大濾網(wǎng)、抗風(fēng)性能好、抗堵塞性能好等，如圖4、圖5、圖6所示。

圖3 Hunter的“無滲漏”密封技術(shù)Fig.3 “No leakage”seal technology of the Hunter

圖4 噴頭的堅(jiān)固外殼Fig.4 The solid shell of nozzle

圖5 濾網(wǎng)Fig.5 Filter

●維護(hù)方便

●超大濾網(wǎng)抗堵塞性能更好

●濾網(wǎng)的過濾面積是其他同類產(chǎn)品的4倍

圖6 噴頭Fig.6 Nozzle

●不同彈升高度

●適合不同類型植物

以上是噴頭的一些小的零部件，均選用高質(zhì)量的產(chǎn)品，以確保噴頭在運(yùn)行中的效果。噴頭在坡度上的工作效果，如圖7所示。

圖7 噴頭在坡度上的工作效果Fig.7 The work effect of nozzle in the slope

4.2.2 滴灌管

選用美國(guó)進(jìn)口HUNTER滴灌管。主要材料有：內(nèi)鑲式壓力補(bǔ)償?shù)晤^、內(nèi)置止溢閥、 高柔韌性管材。

內(nèi)鑲式壓力補(bǔ)償?shù)晤^具有優(yōu)異的均勻度，內(nèi)置止溢閥能夠防止系統(tǒng)停止時(shí)低處的滴水，高柔韌性管材非常不容易被折彎，工作時(shí)壓力一般在1.0～3.5 Bars，出水量較一致，并且材料中有一種防紫外線材料，很明顯它具有抗紫外線等功能。運(yùn)行時(shí)實(shí)際的效果，如圖8、圖9所示。

圖8 滴管效果Fig.8 Drop tube effect

圖9 滴管效果Fig.9 Drop tube effect

4.2.3 微噴

選用美國(guó)進(jìn)口的HUNTER微噴頭，它能夠根據(jù)實(shí)際的需要調(diào)整射程，運(yùn)行時(shí)工作壓力低且霧化效果很好，能夠形成局部的小氣候，對(duì)改善環(huán)境也有好處。微噴設(shè)備如圖10所示。

圖10 微噴設(shè)備Fig.10 Micro-spray equipment

4.2.4 控制器

選用美國(guó)進(jìn)口HUNTER控制器?？梢月?lián)接“兩線制”雙絞線路達(dá)6路，各種傳感器都能與之進(jìn)行匹配。它的強(qiáng)大之處還在于能雙向確定激活解碼器，所以大大降低了施工中的開挖量，縮短了工期，減少對(duì)現(xiàn)有綠化環(huán)境的破壞。一個(gè)有效且好的傳感器配置能夠迅速將系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障及時(shí)反饋給管理者，以便管理者進(jìn)行后續(xù)的操作，這種控制器使操作更加簡(jiǎn)便且智能。

4.2.5 氣象站

選用TOPPO氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備，采用集中控制、遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備如圖11所示?？蓪?shí)現(xiàn)PC端、手機(jī)端同時(shí)操作，如圖12所示。多種連接方式，可檢測(cè)不同綠地灌溉形式。采用調(diào)節(jié)植被區(qū)域內(nèi)小氣候，降低PM2.5值。

圖11 氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備Fig.11 Meteorological monitoring equipment

圖12 手機(jī)登錄管理Fig.12 Mobile login management

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行原理

使用者預(yù)先輸入運(yùn)行參數(shù)(啟動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間等)，電腦端將數(shù)據(jù)下發(fā)給控制器，控制器執(zhí)行程序，啟動(dòng)水泵、電磁閥等相關(guān)部件，安裝在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器將運(yùn)行數(shù)據(jù)反饋給中控系統(tǒng)，電腦軟件根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整灌水程序，同時(shí)判斷運(yùn)行數(shù)據(jù)是否正常，如果出現(xiàn)設(shè)定外的異常情況，中控系統(tǒng)將部分關(guān)閉或全部關(guān)閉，避免爆管等造成事故。自動(dòng)化控制網(wǎng)如圖13所示，灌溉系統(tǒng)的技術(shù)原理如14所示。

圖13 自動(dòng)化控制網(wǎng)Fig.13 Automated control network

智能控制系統(tǒng)的另外一個(gè)特點(diǎn)是可以無限擴(kuò)展所管轄的范圍，以立交橋?yàn)橹行?，可將周邊的綠化灌溉系統(tǒng)有秩序的接入。接入后原來各自獨(dú)立的系統(tǒng)可通過中央計(jì)算機(jī)統(tǒng)一協(xié)調(diào)、分配資源，有效避免灌溉高峰水、電等“擁堵”狀況。

圖14 灌溉系統(tǒng)的技術(shù)原理Fig.14 Technical principles of irrigation systems

灌溉物聯(lián)網(wǎng)還可以遠(yuǎn)程檢測(cè)植物的生長(zhǎng)狀態(tài)，通過無線攝像頭遠(yuǎn)程檢測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)及設(shè)備工作狀態(tài)、利用無線傳感器定時(shí)采集溫濕度和光照的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行土壤水分的分析且實(shí)時(shí)播報(bào)，使灌溉變得更加快捷、全面、高效。灌溉物聯(lián)網(wǎng)如圖15所示。

圖15 灌溉物聯(lián)網(wǎng)Fig.15 Irrigation network

5 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

根據(jù)一年中兩種灌溉方式的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用智能微灌技術(shù)在同樣的時(shí)間內(nèi)，全年支出的總金額會(huì)比水車淋水節(jié)約3倍，而且水量也會(huì)節(jié)約近一半。可見本項(xiàng)目即海珠區(qū)“海綿城市”綠化景觀智能節(jié)水微灌項(xiàng)目的實(shí)施，在城市可持續(xù)發(fā)展建設(shè)中具有重要意義，是節(jié)水型園林建設(shè)的重要舉措之一，可為綠地管理養(yǎng)護(hù)節(jié)省費(fèi)用。

6 結(jié)語(yǔ)

智能灌溉系統(tǒng)需要1～2人管理和維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)保養(yǎng)需考慮設(shè)備磨損和損壞部分的費(fèi)用，系統(tǒng)使用壽命為5～10年。綠化景觀智能節(jié)水微灌項(xiàng)目的建設(shè)具有必要性和重要意義，本項(xiàng)目的實(shí)施是城市可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是全面建設(shè)節(jié)水型園林綠地的重要措施之一。本項(xiàng)目的建設(shè)能改善海珠區(qū)的綠地灌溉現(xiàn)狀，大大節(jié)省城市綠地建設(shè)與養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用，有利于海珠區(qū)城市建設(shè)的發(fā)展。

[1] 傅小霞，周先武，楊偉兒，等.廣州城市園林綠地節(jié)水灌溉現(xiàn)狀[J].廣東園林，2011，(05)：72-73.

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[4] 《國(guó)務(wù)院關(guān)于做好建設(shè)節(jié)約型社會(huì)近期重點(diǎn)工作的通知》(國(guó)發(fā)[2005]21號(hào))[Z].國(guó)務(wù)院，2005.

[5] 耿正崢，張志云.智能化節(jié)水微灌技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016，36(11)：75-76.

Exploration and analysis on the green landscape intelligent water-saving micro-irrigation project of a “sponge city”

LIU Xing-yue, YANG Yu-xing, WANG Qiong

(Guangzhou Jiahui Landscaping Construction Ltd., Co., Guangzhou 510420, China)

Water resource has been a major problem for mankind, and reasonable water-saving measures can effectively alleviate the tension of garden water. The application of the intelligent micro-irrigation technology can save water resources and simplify the process of irrigation. The concept, advantages, working principle and material selection of intelligent micro-irrigation technology were analyzed. This paper introduces the present situation of water-saving irrigation in Guangzhou green space, and puts forward the important significance and some suggestions of water-saving irrigation.

Sponge city; Green landscape; Intelligent micro-irrigation technology; Project case

2017-04-18

劉興躍(1980-)，男，高級(jí)工程師，現(xiàn)任廣州市嘉卉園林綠化建筑工程有限公司總經(jīng)理。

S274

A

1674-8646(2017)14-0161-05