一个“海绵城市”绿化景观智能节水微灌项目案例的初探及分析

刘兴跃，杨宇星，王 琼

(广州市嘉卉园林绿化建筑工程有限公司，广州 510420)

一个“海绵城市”绿化景观智能节水微灌项目案例的初探及分析

刘兴跃，杨宇星，王 琼

(广州市嘉卉园林绿化建筑工程有限公司，广州 510420)

水资源一直是困扰人类的一个重大问题，合理的节水措施能有效缓解园林用水的紧张感。智能微灌技术的应用，大大节约了水资源且简化了灌溉的过程。本文主要从智能微灌技术的概念、优点、工作原理、材料选择等方面进行了分析，对广州绿地节水灌溉的现状进行了论述，并提出节水灌溉的重要意义和若干项建议。

海绵城市；绿化景观；智能节水微灌技术；项目案例

园林绿化的开展必不可少的就是水的运用，它让环境绿化变得更加优美。目前，广州的城市绿化用水绝大部分仍来自于供居民使用的自来水，而花城广州一直重视发展绿化工程，所以广州在园林绿化部分也是用水的主力军之一。《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》(国发[2005]21号)中提道：改革开放以来，我国推进经济增长方式转变取得了积极进展，资源节约与综合利用取得一定成效。但总体上看，粗放型的经济增长方式尚未得到根本转变，我国淡水、土地、能源、矿产等资源不足的矛盾更加突出，环境压力日益增大。加快建设节约型社会，以提高资源利用效率为核心，以节能、节水、节材、节地、资源综合利用和发展循环经济为重点，推进节水技术改造，推进高耗水行业节水技术改造，推进节约资源科学技术进步。因此，节水技术的提高是响应国家节约政策的号召。

广州水资源总量很大，但是淡水资源仍然短缺，人均占有量不足全国人均值的50%。虽然雨量十分丰富，但季节性短缺问题也很严重，降雨主要集中在4月—9月，其他季节降雨明显不足。到2020年，广州的供水问题将更为严峻。因此，运用新技术大力提高广州园林绿化的用水率，对城市绿化的持续健康发展具有重要意义。

基于以上现状，为解决园林绿化用水问题，智能微灌技术应运而生，从2003年开始，我国就大力推广实施智能节水微灌项目，均取得了显著成效。国务院批复《广州市城市总体规划》要求提道：划定城市蓝线保护范围，落实最严格的水资源管理制度，控制地下水开发利用，提高水资源利用效率和效益，建设节水型城市。因此，广州市海珠区智能节水微灌项目引进新的技术，打破传统观念，迎来创新，从技术上高能高效的管理，真正做到节能节水。绿化景观智能节水微灌项目的实施，将使海珠区走在发展的前沿。

1 智能化节水灌溉技术的现状

随着现代工业向农业的渗透及微电子技术的应用，国外的设施农业不断向智能化方向发展。其中以美国等国家最为突出，而我国的智能化技术与发达国家相比存在很大的差距。虽然智能化节水灌溉在我国已有所探索并在局部区域开始运用，但这只是小范围的，尚没有形成一个完整的产业体系，也没有做到大范围的推广。但从2012年国务院印发《国家农业节水纲要(2012—2020年)》给出了到2020年灌溉水有效系数达0.55以上的发展目标后，我国的智能化节水灌溉项目才开始快速发展。而广东海珠区的智能化灌溉项目发展，说明了广州智能化灌溉技术将迎来高速发展期。

2 海珠区“海绵城市”绿化景观智能节水微灌项目概况

本次项目的选址位于海珠区新窖立交东西边绿化地、新港东路中间绿化地块。这两个地点也是广州市海珠区的重要节点，两个地方的现状条件都比较需要智能微灌技术。

新窖立交东西边绿化地：绿地面积约47 200 m2，面积是两个地点中最大的且地块较多，车道复杂，车流量很大，人工浇水困难且较为危险，所以适合做远程自动控制。

新港东路中间绿化带段(从磨碟沙地铁口堆出中间带至琶洲展馆科韵路交汇处)，绿地面积约22 500 m2，形状呈长条形，植被类型多样，位于道路的中央，水车浇水会严重影响交通，特别是琶洲展馆举行活动期间，更是车水马龙，在琶洲会展中心一带运用能方便后期的维护，更能提升海珠形象，使海珠区走在广州十区前沿。

另外，随着城市的车辆越来越多，道路交通越来越拥堵，现存的洒水车浇灌方式也越来越显得不协调，而人工浇洒的方式效率低下，人工劳动强度大且工作环境危险，此方式更是未来淘汰的对象。智能灌溉系统可以良好的解决这些问题。

3 智能节水微灌项目的特点

3.1 传统技术的缺点

A.传统的人工灌溉会在各种外部因素的作用下导致土壤板结，结构发生破坏且土质干燥后容易使土面变硬，影响植物的正常生长。B.人工淋水的过程很难进行把握，浇水的不均匀性会产生死角，并且容易形成地表径流，造成水资源的浪费。C.水车淋水一天使用水量约为180 m3，并且车辆1 800元/d、人工费用200元/d，水费900元/d，合计成本支出约2 900元/d。D.使用智能灌溉对地段交通不产生压力，并且一天使用水量≤126 m3，人工费用500元，耗电量约130 kW·h/d，约156元/d。水车淋水与智能灌溉的全年成本支出对比表，如表1所示。

表1 水车淋水与智能灌溉成本支出对比表

注：a.华南地区最大蒸发量为4 mm/d，以上数据是按照最大值计算；每年浇水天数按295 d计。b.每吨水加压耗电量约1 kW·h，电费按照1.2元/kW·h计，水费按5元/t计。c.人工浇灌用水量是往年浇灌实际用水量，自动及智能是理论计算量。

由表1可见，智能喷灌技术的成本明显较水车淋水要低很多。

3.2 智能微灌器的优点

A.均匀度高。满足整体植被灌溉的总用水量最低，节省用水。B.灌溉强度低。小于等于植被区域土壤水分入渗速率，避免形成地表径流，做无效灌溉。C.多种灌水器，适应不同植被的灌溉形式(微喷、渗灌等)。微喷形成的水雾能够有效降低空气中灰尘的含量(PM2.5)，净化环境，美化植被，改善气候。较低的微喷及中等微喷如图1、图2所示。D.自动灌溉。可做到定时定量(夜晚)，错峰用水用电。夜晚浇水更可以减少因光照和温度造成的蒸发浪费，做到高效灌溉。E.自动控制系统配置高精度气象传感器，可做到雨天不灌，冷天少灌。同时配合电脑使用，可读取区域内ET值(蒸腾蒸发量)。

图1 较低的微喷Fig.1 Lower micro-spray

图2 中等微喷Fig.2 Medium micro-spray

3.3 智能灌溉系统的优点

A.此种灌溉方式可以实现手机、PAD和电脑等多种登陆方式，只要能够连接互联网，就能进行灌溉系统的操作，便于使用者管理系统。B.集中化控制，使用户可以统一进行管理，随时可以通过现场传回的图像和信息掌控现场的各种情况。对不同地方的管理信息可准确、快捷的反馈给管理者。C.可采用有线、GPRS、GPS、网线等多种连接方式，解决不同区域的连接问题。D.除了人工管理之外，系统还可以智能化管理，根据不同传感器 (光照、风速、温度等)传回的数据，计算各自的用水量，精确补水。同时，在同一个水源条件下，可自动分配灌水顺序，调配用水量，避免出现“抢水”造成的水压不足，从而引起灌溉效果差的问题。

4 智能微灌系统的工作原理

4.1 系统的组成

系统的组成包括控制系统和管网系统。

控制系统包含：中央控制电脑、控制器、电磁阀、传感器。管网系统包含：水源、首部枢纽、管网、灌水器、传感器。

4.2 智能节水微灌设备选型依据

A.本项目是集环保与科研于一体的试点项目，需要选用精确、可控可靠的材料。B.选用美国进口HUNTER滴灌、微喷、喷灌等灌水器。保证设备采用的原材料是非再生塑胶，设备参数真实可靠。C.选用GREENMAN整体式泵站，保持景观一致性。D.本项目应用成功，需大面积推广。

4.2.1 喷头

选用美国进口HUNTER喷头。Hunter无渗漏密封技术，高强度弹簧，如图3所示。大滤网、抗风性能好、抗堵塞性能好等，如图4、图5、图6所示。

图3 Hunter的“无渗漏”密封技术Fig.3 “No leakage”seal technology of the Hunter

图4 喷头的坚固外壳Fig.4 The solid shell of nozzle

图5 滤网Fig.5 Filter

●维护方便

●超大滤网抗堵塞性能更好

●滤网的过滤面积是其他同类产品的4倍

图6 喷头Fig.6 Nozzle

●不同弹升高度

●适合不同类型植物

以上是喷头的一些小的零部件，均选用高质量的产品，以确保喷头在运行中的效果。喷头在坡度上的工作效果，如图7所示。

图7 喷头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

选用美国进口HUNTER滴灌管。主要材料有：内镶式压力补偿滴头、内置止溢阀、 高柔韧性管材。

内镶式压力补偿滴头具有优异的均匀度，内置止溢阀能够防止系统停止时低处的滴水，高柔韧性管材非常不容易被折弯，工作时压力一般在1.0～3.5 Bars，出水量较一致，并且材料中有一种防紫外线材料，很明显它具有抗紫外线等功能。运行时实际的效果，如图8、图9所示。

图8 滴管效果Fig.8 Drop tube effect

图9 滴管效果Fig.9 Drop tube effect

4.2.3 微喷

选用美国进口的HUNTER微喷头，它能够根据实际的需要调整射程，运行时工作压力低且雾化效果很好，能够形成局部的小气候，对改善环境也有好处。微喷设备如图10所示。

图10 微喷设备Fig.10 Micro-spray equipment

4.2.4 控制器

选用美国进口HUNTER控制器。可以联接“两线制”双绞线路达6路，各种传感器都能与之进行匹配。它的强大之处还在于能双向确定激活解码器，所以大大降低了施工中的开挖量，缩短了工期，减少对现有绿化环境的破坏。一个有效且好的传感器配置能够迅速将系统运行过程中产生的故障及时反馈给管理者，以便管理者进行后续的操作，这种控制器使操作更加简便且智能。

4.2.5 气象站

选用TOPPO气象监测设备，采用集中控制、远程控制相结合。气象监测设备如图11所示。可实现PC端、手机端同时操作，如图12所示。多种连接方式，可检测不同绿地灌溉形式。采用调节植被区域内小气候，降低PM2.5值。

图11 气象监测设备Fig.11 Meteorological monitoring equipment

图12 手机登录管理Fig.12 Mobile login management

4.3 系统运行原理

使用者预先输入运行参数(启动时间、运行时间等)，电脑端将数据下发给控制器，控制器执行程序，启动水泵、电磁阀等相关部件，安装在现场的传感器将运行数据反馈给中控系统，电脑软件根据数据调整灌水程序，同时判断运行数据是否正常，如果出现设定外的异常情况，中控系统将部分关闭或全部关闭，避免爆管等造成事故。自动化控制网如图13所示，灌溉系统的技术原理如14所示。

图13 自动化控制网Fig.13 Automated control network

智能控制系统的另外一个特点是可以无限扩展所管辖的范围，以立交桥为中心，可将周边的绿化灌溉系统有秩序的接入。接入后原来各自独立的系统可通过中央计算机统一协调、分配资源，有效避免灌溉高峰水、电等“拥堵”状况。

图14 灌溉系统的技术原理Fig.14 Technical principles of irrigation systems

灌溉物联网还可以远程检测植物的生长状态，通过无线摄像头远程检测作物长势及设备工作状态、利用无线传感器定时采集温湿度和光照的数据，并且进行土壤水分的分析且实时播报，使灌溉变得更加快捷、全面、高效。灌溉物联网如图15所示。

图15 灌溉物联网Fig.15 Irrigation network

5 项目的经济社会效益

根据一年中两种灌溉方式的数据统计，使用智能微灌技术在同样的时间内，全年支出的总金额会比水车淋水节约3倍，而且水量也会节约近一半。可见本项目即海珠区“海绵城市”绿化景观智能节水微灌项目的实施，在城市可持续发展建设中具有重要意义，是节水型园林建设的重要举措之一，可为绿地管理养护节省费用。

6 结语

智能灌溉系统需要1～2人管理和维护系统的正常运行。系统保养需考虑设备磨损和损坏部分的费用，系统使用寿命为5～10年。绿化景观智能节水微灌项目的建设具有必要性和重要意义，本项目的实施是城市可持续发展的必由之路，是全面建设节水型园林绿地的重要措施之一。本项目的建设能改善海珠区的绿地灌溉现状，大大节省城市绿地建设与养护的费用，有利于海珠区城市建设的发展。

[1] 傅小霞，周先武，杨伟儿，等.广州城市园林绿地节水灌溉现状[J].广东园林，2011，(05)：72-73.

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[3] 贾丽华，秦源泽，姚亚平.智能化节点灌溉技术在我国的应用现状[J].农业开发与装备，2005，(11)：62+105.

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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

刘兴跃(1980-)，男，高级工程师，现任广州市嘉卉园林绿化建筑工程有限公司总经理。

S274

A

1674-8646(2017)14-0161-05