摘要：以新建京张铁路八标路基边坡绿化工程为例，打造“精品工程、智能京张”，总结了寒温带半干旱性气候下铁路路基边坡灌木绿化工程采用自动喷淋灌溉技术，从储水桶存水、水泵抽水、过滤系统净水、管网系统供水、自动喷淋灌溉系统喷水五个过程进行了叙述。主要通过传感器检测土壤湿度和空气湿度，将数据传回智能处理中心，智能处理中心根据传回的数据进行智能识别与处理，电阀门通过信号接收器接收信号控制喷淋头，可以在无人的情况下实现对铁路路基边坡灌木的自动灌溉，提高灌木的成活率和生长速度，达到保护生态、美化环境、点缀京张高铁的目的。
关键词：寒温带半干旱性气候；灌木绿化；传感器；自动喷淋灌溉
1工程概况
新建京张铁路八标DK155+725.30～DK157+119.29区间路基全长1393.99m，为路堑粉质粘土边坡，最大开挖高度8.63m，边坡采用C25混凝土拱形骨架内铺空心砖护坡。边坡绿化采用4种园林景观植物进行大色块搭配，植物分别为沙地柏、金叶水腊、卫矛、紫叶矮樱。
2绿化工艺流程
按照本工程的施工特点和施工内容，编制施工流程图，根据施工流程再进行工序划分，项目部则以此对整个施工工期进行监督和控制，绿化分为苗木种植工程和喷灌安装工程。
（1）苗木种植工程：搭设遮阳网架、土壤改良平整、图案放样、苗木修剪、苗木种植等。
（2）自动喷淋灌溉工程：喷灌系统放样、铺设管道、喷灌安装、喷灌调试等。
3苗木种植工程
3.1遮阳网搭设
遮阳棚支架采用钢管搭设，支架立杆设置于拱型骨架主骨架立杆上。每根立杆上部纵横向设水平杆，采用扣件连接牢固。为了安全稳定性考虑，在适当的位置设置斜支撑。支架完成后采用遮阳网覆盖，铁丝绑扎必须紧、直、牢固。
为了上下边坡方便在拱型骨架踏步位置预留人行通道，人行通道两侧设立杆，用遮阳网封闭；为了方便种植沙地柏、金叶水腊、八宝景天、紫叶矮樱及卫矛等灌木，沿线路方向每隔4个拱圈设置养护门，养护门高约1.5m，宽约1m。
3.2苗木种植
按照设计对苗木的规格尺寸形状的要求组织采购，用苗均为同一供应点及繁育批次，以保证本工程用苗的规格树种形状尺寸的统一，同时在数量上作充裕的备货。起苗时间和栽植时间要紧密配合，做到随起随运随栽，起苗前1～3天可适当多浇水，使泥土松软，便于挖掘。本工程采用土球起苗和带营养钵的杯苗，挖掘时间连续紧凑。要注意保证土球完好，不能松脱，底不漏土，苗土根系保护完好。掘苗后装车前要进行粗修剪，避免叶片被风吹干，便于运输。
为确保苗木种植质量，提高苗木整体效果和成活率。还需检查起掘后的苗木质量，对已损伤不合要求的苗木要予以淘汰并补足苗数。运到现场后，应卸在距栽植地较近的背风和背阳处，并应尽快栽植。
根据施工现场的特殊地形，为方便施工，在苗木种植前，按照统一的高度对苗木进行修剪。栽植树木的各项工序应密切衔接，应做到“随挖、随运、随种、随养护”，树木起挖后，不得曝晒或失水，若不能及时种植，应采取保护措施，如覆盖、假植等。在苗木栽植的过程中将结合土壤改良，以腐熟有机肥料为主，填入穴底，以利于苗木的成活。
4自动喷淋灌溉系统
4.1结构组成及工作原理
本灌溉系统按储水桶存水、水泵抽水、过滤系统净水、管网系统供水、自动喷淋灌溉系统喷水五个过程进行灌溉养护。灌溉系统的核心为动喷淋灌溉系统，动喷淋灌溉系统包括检测系统、数据处理系统和执行系统。检测系统由土壤湿度检测器和空气湿度检测器组成，能够自动进行土壤和空气的湿度以及水分检测，土壤湿度检测器和空气湿度检测器均连接有数据传输器，通过数据传输器将检测的数据发回数据处理系统，数据处理系统包括智能处理中心和人机交互系统，人机交互系统将处理参数输入智能处理中心，智能处理中心和人机交换系统之间连接有触摸显示屏，通过提前将养护区域的土壤含水量和空气含水量的临界值输入系统，处理系统将根据检测系统采集回的数据进行判断是否需要进行喷淋灌溉，并且通过触摸显示屏将控制过程和结果都显示在屏幕上，方便人工检测，智能处理中心根据数据传输器传回的数据进行智能识别与处理，执行系统由信号接收器、电磁阀门和喷淋头组成，电磁阀门通过信号接收器接收的信号控制喷淋头，数据传输器和信号接收器均通过WLAN局域网系统发送和接收信号，还包括故障处理系统，故障处理系统由压力传感器和故障定位报警器组成，压力传感器和故障定位报警器直接连接，通过喷淋头水压的变化来判断是否有故障，并且通过故障定位报警器将位置参数和故障压力发回处理器，方便进行精确定位维修。具体工艺流程如下图所示：
自动喷淋灌溉系统工艺流程
4.2施工工艺
4.2.1水桶布置
DK155+750～DK156+200段路基长度为450m，边坡面积为7304㎡，使用的喷头出水流量为40-58L/H，喷射半径约4m，为了保证灌溉全覆盖，喷头间距控制在4m左右，每次灌溉时间为30min～60min。
（1）喷头数量=边坡长度/4*边坡平均斜长/4
=路基长度*2/4*边坡面积/边坡长度/4
=（450*2）/4*7304/（450*2）/4
=456（个）
（2）每次最大灌溉量=喷头数量*最大出水流量*每次灌溉时间
=456*0.058*1
=26（m3）
由于施工现场内无法施工蓄水池，现场采用水桶存水，每个水桶容量为3.5方，根据上述计算结果每次最大灌溉量为26m3，需要存水桶8个。路基正线需车辆通行，管线不能穿越，因此将水桶放置在边坡正线两侧不易碰撞且交通便利的路基两侧侧沟平台上，左右两侧各4个，形成2套独立的灌溉系统，分别负责各自边坡的供水。
4.2.2水泵选择与安装
通过计算得知2套系统1h最大灌溉量为26m3，因此每个水泵流量不应小于13m3。为了最大限度的满足灌水量，又能保证灌溉压力，现场采用流量为20m3水泵2台，扬程为30m。安装时，将水泵一端与水桶采用螺纹接头连接牢固，另外一端与主管网系统连接牢固。
4.2.3过滤系统
本灌溉系统采用旋转微喷头灌水设备，对水质要求较高，因而在首部设计采用了叠片式过滤器。优质的过滤设备才能够保证系统的长久稳定运行，因而过滤器设备的重要性在这里就显得十分重要。叠片式过滤器，采用叠片式过滤器，过滤器内部由一个个过滤盘片组成过滤滤芯，过滤级别可达120目，有效去除水中含有的沙子等无机物，过滤精度高达120微米，而灌水设备的出水口径在0.5mm左右，基本上可以杜绝堵塞情况的发生，保证灌水终端设备的连续与正常使用。
4.2.4管网系统
主管网系统采用符合中国标准通用型与厚壁的U-PVC管，耐压级别不低于1.0mpa，该给水管材是以采用国际先进设备生产的新型绿色环保产品。产品经国家化学建材测试中心检验，质量完全符合GB/T13663-2000国家标准要求和GB/T17219-1998卫生要求。从水泵出来到各个阀的为主干管，主干管沿线路路基坡脚侧沟平台布设，尽量减少穿越路基面，如果必须穿越路基面时，穿越路面部分外面采用大2#的镀锌管作为套管进行保护。系统设计主管道采用口径为De90mm，完全能够满足灌溉供水的流量需求。支管网系统为PE管网，沿路基边坡混凝土骨架布设。主管网与支管网、支管网与支管网之间采用螺纹接头连接牢固。PE管Φ25，内径21.2mm，壁厚及偏差1.9+0.4mm，4bar。
4.2.5自动喷淋灌溉系统
喷头出水流量为40～58L/H，喷射半径约4m，因此喷头按约4m一个梅花形布置，喷射相互交叉，保证喷淋100%覆盖，均匀性良好。由于植株苗木高度在50cm左右，需保证系统在夏季有很好的灌溉效果；设计微喷头选用地插微喷头，安装于50～100cm的插杆上，插杆立于地面50cm～70cm，确保喷头在充分给绿化植株充分供水，保证浇灌的效果。微喷头需要安装在专用的PE软管上，用专用打孔器，在PE管上打孔后，将连接微喷的毛管通过倒钩接头压入PE管，PE管同U-PVC支管网间采用专用的螺纹接头连接。微喷使用Φ25PE管作为微喷支管。PE支管铺设在种植层表面，毛管自PE上引出沿苗木安装地插微喷头，喷头高50-70cm，沿直线安装，可以充分保证安装微喷头的稳定并使之成一直线，在保证灌水的同时，不影响园中的参观的景观效果。
梅花形布置灌溉效果图
喷头安装的同时，在每个喷头上安装电磁阀门，用于控制喷淋头。喷淋头上还应安装压力传感器，压力传感器与定位报警系统直接连接通过喷淋头水压的变化来判断是否有故障，并且通过故障定位报警器将位置参数和故障压力发回处理器，方便进行精确定位维修。
在每个喷头处埋设1个土壤湿度检测器，埋入深度为15cm，在正上方装置一个空气湿度检测器，用于检测土壤湿度和空气湿度；路基喷淋养护区域内全覆盖WLAN局域网，用于接收与传输数据；在适宜的位置安放集装箱，集装箱内安装数据处理系统，数据处理系统由智能处理中心和人机交换系统组成，智能处理中心和人机交换系统之间采用触摸显示屏连接，人机交换系统将数据传入到触摸显示屏内，在数据显示屏内输入适合于灌木生长的湿度参数，智能控制中心进行数据分析、识别、处理后，发出信号，控制电磁阀门，同时起到控制喷头的作用。
4.3检测及调试
4.3.1管网系统检查
管网系统布设完成后，应及时的进行检测和调试，检测和调试顺序为：连接好试压装置→向管内灌水→升压前检查各接口→升压应缓慢，观察各接口是否渗漏→升至工作压力，停泵检查→无问题继续升至实验压力，停泵检查→压力表10分钟内降不超过0.05Mpa，对试压管道进行全面检查，无渗漏为合格。
4.3.2智能控制系统检查
首先在灌溉范围内检查局域网连接情况，如果不能全面覆盖，应及时处理，保证信号传输顺畅，然后检查智能控制系统各个接头是否正确连接，人机交互机和智能处理中心，能否通过触摸显示屏控制，最后在触摸显示屏内输入比外界土壤和空气湿度大的参数，现场观察每个喷头喷淋情况，如果有部分喷头不能正常喷淋，继续加大湿度参数，检测喷淋情况，以此类推，重复试验后，仍不能正常喷淋，应检查电磁阀门的连接或质量情况。
4.3.3检测系统检查
在每个喷头下取土，检测土壤的湿度，在触摸显示屏内输入适合于本苗、本地、本时生长的湿度参数，现场观察喷头是否喷淋，通过喷头喷淋情况与现场实测的土壤湿度作对比，进行数据分析，从而检查湿度检测器的准确程度，如果偏差较大应返厂校正或更换。
4.4喷淋灌溉
种好后在当日浇透第一遍水，后根据当地情况及时补水。天气干旱时增加浇水次数。在上午9时前和下午17时后才能进行浇水。其余时间段由人工在数据处理中心进行电磁阀门的控制，防止夏日中午土温正高，一灌冷水，土壤骤降，造成根部吸水困难，引起生理干旱，甚至会出现临时萎蔫。
当土壤含水量不能满足苗木根系的吸收量时，在土壤里部分的水量消耗过大的情况下，应及时对苗木进行浇灌补水。灌溉时必须根据苗木生长的需要，因苗、因地、因时通过数据处理中心进行控制，达到最佳灌溉效果。
自动喷淋系统灌溉
5灌木养护
在养护期内组织专人精心养护，为了保证苗木良好的生长态势和景观效果，确保苗木的养护质量。根据所种苗木的生物学特性和苗木的生长发育规律以及苗木实地的生态条件，制定一套科学的苗木养护管理的措施。
5.1修剪
通过修剪可以调节苗木结构，促进生长和培养树形。应促使苗木丛生大枝均衡生长，使植株保持内高外低、自然丰满的形态。对灌丛中央枝上的小枝应疏剪；外边丛生枝及小枝应短截，促使多年斜生枝。经常性地对突出灌丛外的徒长枝进行短截，使灌丛保持整齐均衡。
5.2施肥
以有机肥为主，可供较长时期吸收利用的肥料。经过发酵腐熟后，按一定比例，与细土均匀混合埋施于树的根部，使其逐渐分解，供树吸收之需要。有机肥料要充分发酵、腐熟；化肥必须完全粉碎成粉状。施肥后（尤其是追肥），必须及时适量灌水，使肥料渗入，否则会造成土壤溶液浓度过大，对树根不利。根外追肥，最好于傍晚喷施，必须掌握好浓度如尿素只能在0.2%以下。叶面追肥，以尿素加磷酸二氢钾为主，确保苗木对氮磷钾的需求。叶面追肥结合利用喷灌系统进行喷施。先在洒水车内放入肥料，再注入清水，然后倒入现场水罐内，通过汽油泵加压，利用喷管系统均匀喷施。
5.3除杂草
除杂草是绿化养护中比较繁重的一项工作，除杂草要掌握“除早、除小、除了”的原则。清除杂草将采取化学除草剂除草与人工除草相结合的方法：当杂草开始滋生，而且杂草面积较大时可使用化学除草剂，使用化学除草剂要根据不同的草种选择合适的药剂，而轮换使用不同品种的化学除草剂效果会更好。对于发生局部小范围的杂草，则在日常养护当中及时采用人工方法予以清除。
5.4冬季的养护
为保证苗木的成活率和正常生长，冬季将对所有苗木进行防寒处理。防寒将利用现有防晒网的支架作为骨架，防寒布以无纺布（100g/㎡）为主，用包装绳缝制在钢管上，关键部位用铁丝加以固定。
6结语
在本工程项目中，采用自动喷淋灌溉系统，可以在无人的情况下实现自动喷灌养护，而且通过无线局域网设施来实现数据传输，避免了传统意义上的铺线带来的成本和浪费，而且可以根据各部位的湿度含水量不一致进行单独喷灌，从而使得既能达到精确喷灌的目的，又能达到节约水电的目的，能有效的提高灌木的成活率和生长速度，解决了在寒温带半干旱性气候下，铁路路基边坡绿化因灌溉困难，导致灌木成活率低、生长速度慢的问题，为以后类似环境下的绿化工程提供了有力的依据，推动了灌木绿化在寒冷、干旱、地形陡峭地带的应用。
参考文献：
[1]谭映瑜 喷播草种护坡绿化技术[J]；路基工程；2004年05期
[2]邹战强 利用喷灌技术进行水力喷播草种护坡绿化 《节水灌溉》?2000年01期
论文作者:刘小弟,余杰,杨润基
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
标签：系统论文; 苗木论文; 喷头论文; 喷淋论文; 湿度论文; 路基论文; 土壤论文; 《防护工程》2018年第31期论文;