牛野
中交一航局第五工程有限公司 066002
摘要：随着全球对水资源节约意识的增强，现代灌溉技术得到了广泛的应用。较之传统灌溉，尤其是在贫水地区，现代灌溉技术的应用，不仅使得有限的水资源得到充分利用，缓解地下水开采过量，而且通过与精确施肥的有机结合，改善农作物和绿色植被的生长条件，具有良好的社会和经济效益。水资源珍贵的沙特阿拉伯地区植被绿化多采用二级灌溉技术。结合沙特吉赞白石滨海开发项目中二级灌溉，简要介绍二级灌溉的工作原理，现场施工及对该项目中的设计提出了一些优化措施。
关键词：水资源；二级灌溉；工作原理；优化措施
一、概述
沙特白石滨海开发项目为条形公园项目，由沙滩、滨海道路、运动场、游乐场和公园区域组成。主要工程内容包括：景观工程、建筑结构、土方道路、设备安装、电力系统、通讯系统、消防系统、灌溉系统、饮用水系统、污水系统、雨水系统等项目。属于典型的滨海市政开发项目。
二级灌溉系统是本项目中为整个公园绿化自动灌溉的系统，它通过场区内灌溉泵房供水到灌溉主管线，再通过主管线连接到二级灌溉管线，通过二级灌溉管线上的电磁阀自动控制灌溉管线阀门的启闭来实现场区绿化的自动灌溉。
二、施工技术分析
1、工作原理
二级灌溉从灌溉控制盘出发，通过两路控制电缆沿着主管线通往二级灌溉管网，每一个片区设置一组电磁阀，通过控制电磁阀来控制相应区域内的绿化植被的灌溉，同时根据技术规范中植被需要灌溉的水量和时间，在灌溉控制盘中编写程序，从而到达每天自动控制灌溉的效果。其中植被的灌溉分为滴灌和喷灌两种方式，根据节约用水而又能够到达充分灌溉的设计原则，一般在成片的草丛中选用喷灌方式，单株草为单位的草地和树木的灌溉使用滴灌方式。
1.1整体控制工作原理
二级灌溉的控制原理示意图如图1所示：
图1
1.2喷灌工作原理
草地的喷灌使用喷淋设备，在灌溉时，系统中有工作压力时喷头则会自动升起，喷头的高度根据草的高度也可以进行选择，其上带有的喷嘴则可以调整角度以达到喷灌范围的调整。根据技术规范要求，本工程要求在工作时，喷头的高度要求达到6英寸，结合每个片区的喷射半径，本工程中根据不同区域喷射半径的需要，分别采用了雨鸟产品的两种类型的喷淋设备，即1806SAM和5006+PCSAM，其中喷淋设备上的喷头可以根据需要进行喷淋角度的调整以覆盖不同范围的草坪，产品其示意图和工作时示意图如图2和图3示：
1.3 滴灌工作原理
以单株草为单位的草地（或者其他植物）和树木的滴灌方式采用的材料有所不同，如图4示，单株草的草地（或者其他植物）中采用了自身带有的喷射口的滴灌管，在本工程中采用的该种管道来自雨鸟公司的名称为XFD On-Surface Dripline,其上的喷射嘴成一定间距分布，同时在草地中两排相邻的滴灌管道间距一致。XFD On-Surface Dripline柔韧性较强，也便于安装。滴灌原理示意图如图5示：
2、设计优化
结合雨鸟产品的优良特性，对本工程中二级灌溉设计做了以下三方面优化：采用解码器式两路控制电缆代替传统式多组电缆控制、改变控制阀和流量感应器的位置、在电磁阀上增加压力调节器。
2.1 采用解码器式两路控制电缆代替传统式多组电缆控制
传统式多组电缆控制中每组电磁阀的供电电缆分别从控制盘处引出来，此类控制盘最多可以控制50组电磁阀。解码器式两路控制电缆则通过在电磁阀中增加一组解码器，将输送信号和供电的电缆放置在同一路径上，由一组电缆（两路分别输送信号和供电）从控制盘处引出来，分别接到每组电磁阀，此类控制盘最多控制电磁阀的数量达到200组。
在本工程中有94组电磁阀，采用解码器式两路控制电缆除了可以减少控制盘的数量，较之传统式多组电缆控制，它还有以下优点：
1）电缆数量的减少，大大减少了敷设电缆的人力和时间，从而对生产进度的提高起到较大的作用；
2）电磁阀位置的选择更加灵活，能够根据植被位置的设计而灵活调整，而不必拘泥于传统式多组电缆控制的物理式分配，例如电磁阀3可以在电磁阀1和2之间。
3）当系统中需要增加电磁阀组的时候，可以依据需要而增加，直接从最近的电磁阀组上引出一段电缆连接在解码器上便可，而传统式多组电缆控制则需要从控制盘开始接入新的控制电缆，有的时候甚至受到其他方面的限制而不能够实现。
4）便于检修，随着系统的运行，在使用过程中，可能会出现电缆老化或者被破坏的情况，较之传统式多组电缆控制需要花上几小时甚至几天时间去逐个线路检修，而数量较少的解码器式两路电缆控制则花费的时间会少几倍甚至几十倍。
2.2 改变控制阀和流量感应器的位置
在原设计中，每个主管线分支的末端都有一组控制阀和流量感应器，该组控制阀和流量感应器的作用是当管线某一个部位出现破损后，该区域的管线流量出现变化，流量感应器感知该变化，将信号传递给控制阀，再由控制阀将信号传递到灌溉控制盘，在控制盘处可以判断出管线破损的具体位于哪个分支区域。但是当主管线的某一部位出现管道破损时，原图纸设计则不能分析管道出现的位置。结合雨鸟产品的特性，考虑简约性和经济性，将每个主管线分支末端的控制阀和流量感应器取消，然后在位于灌溉泵房前的供水管道处，即灌溉水泵之后增加一组控制阀和流量感应器，因为当系统中某一区域的管线出现问题的时候，雨鸟产品的流量感应器--flow sensor FS400P配合灌溉控制盘--ESP-LXD，可以通过流量自动分析出问题管道的所在的区域。改变原设计后的控制示意图如图8、9。
图9改善原设计后的二级灌溉的控制示意图（支管线处漏水情况）
在该工程中，有7个主管线的分支管线，改变原设计后，不仅弥补了检测主管线出现问题情况的缺失，而且减少了控制阀和流量感应器的数量，同时使得施工也变得更简易。
3.3 在电磁阀上增加压力调节器
每一组电磁阀控制着一部分喷灌或者滴灌区域，喷灌区域的喷淋设备和滴灌设施的都有一个最大承受的工作压力，一般是4bar以内，喷淋设备和滴灌设施直接由其所在区域的电磁阀组控制，为防止系统内压力突然升高超出喷淋设备和滴灌设施的最大工作压力而造成系统中配件损坏，在电磁阀上增加一个压力调节器，它最大的调节压力可以控制在7bar，当将压力调节器调整至3bar时，该组电磁阀控制的设备承受的最大的压力不会大于3bar，从而避免喷淋设备和滴灌设施受损。
综上所述：二级灌溉设计优化并实施与现场施工，直接带来的效果如下：
1）解码器式两路控制电缆控制较之传统式多组电缆控制铺设uPVC套管节省了近10000m，相应的人工用时减少，而且施工便易程度大大提升。
2）通过改变主控制阀和流量感应器的位置，不但节约了7组DN150直径的主控制阀和流量感应器的费用，而且系统可以准确判断故障位置，系统运行的可靠性较原设计提高。
3）通过在电磁阀上增加压力调节器，一方面避免了特殊情况下，因为系统压力过大，对喷淋和滴灌设备造成的不可逆转的损坏，另一方面增加了系统整体运转的可靠性和稳定性。
三、施工分析
1、施工难点分析
1.1管线细，埋深浅，易破坏。由于二级灌溉支管线为50mm及以下管线组成，且埋深在最终标高下40cm处，再完成二级灌溉管线后上部结构仍有软景观及硬景观的施工，在其他结构施工过程中极易造成对二级灌溉管线的破坏。
1.2喷头数量多，且与其他系统交叉作业较多，需协调施工。由于工期紧，二级灌溉的施工并不能等待其他系统完全施工完成后再施工，这就不可避免在二级灌溉施工完成后，仍需在完成的区域进行设备及车辆的通行，造成管线破坏的风险，例如房建周边的二级灌溉系统、暴石混凝土铺面两侧的施工等均需协调施工，先将需要设备倒运的材料、工具等倒运到施工场地，再进行二级灌溉管线施工，尽量避免施工完成的二级灌溉管线被二次破坏。
1.3二级灌溉遍布整个施工现场，最终的系统调试难度大。
2、施工工艺流程
管沟开挖→次级主管线安装→管顶30cm回填→警示带铺设→管沟回填→二级灌溉管安装→回填→压力试验→（种植土铺设及整平或）→喷头安装→（草坪种植）→滴灌管安装→喷头调试→系统调试
3、施工选材
工程中二级灌溉的材料可大致分为非控制类材料--管材和控制类材料。
管材：考虑到在没有任何水阻的情况下，整个灌溉系统的最大运行压力为5bar（实际运行中会有管道壁磨阻、重力损耗等）,结合经济性考虑，作为输水管道的管材选用的设计压力为10bar的uPVC管，三通、变径等各类管件设计压力为16bar，同时根据每处绿化的用水量需求，选用了从φ90到φ20不等的管径的uPVC管道，同时uPVC管道的连接方式选用承插胶粘式。
控制类材料：沙特阿拉伯作为世界上最贫水国家之一，对水资源的充分利用显得尤为重要，农业和园林的灌溉用水对现代灌溉技术的要求也显得较为强烈。在现代灌溉技术中，雨鸟公司提供的产品和设备以及相应的灌溉系统设计及安装指导、灌溉系统管理、维护指导较为成熟和可靠，因此本工程的二级灌溉的控制类材料中选用了来自雨鸟的产品。
4、主要施工流程概述
4.1管沟开挖
次级主管线管沟开挖要求按照图纸标高施工，开挖前，确保将场地标高整平到最终完成标高下40cm，然后进行开挖作业。开挖深度要求80cm，管沟开挖宽度不小于50cm，开挖完成的管沟应平整。
4.2管道安装
管道接口处应粘接牢固，次级主管线三头及弯头管件按要求浇筑止推墩。二级灌溉喷头预留管位置与图纸相符，需测量定位。管道周围无碎石等杂物，次级主管沟中，穿线管及水管按图纸要求间距30cm，管道铺设顺直。
4.3管顶沙回填及警示带铺设验收
管道安装验收合格后进行管顶沙回填。次级主管线管顶沙回填厚30cm，然后铺设警示带进行验收。统一管沟内的电力穿线套管及二级灌溉水管只需铺设二级灌溉水管警示带即可。
4.4管道压力试验
次级主管线回填到管顶沙后，需进行压力试验，压力试验涉及到的打压设备及压力表应取得第三方检验合格报告。次级主管线打压8.5Bar，稳压4hr，无压降，PID认可通过。
其余支管线不要求压力验收，但需要进行压力内测，内测压力3Bar，稳压1hr，无压降。原因是在交叉施工中或者管道粘接过程中，存在破坏和粘接不牢固现象，若无内测压力试验，在喷头安装完成后，因管线漏水的泄压导致喷头压力不足，不能达到喷水距离的要求。
4.5电磁阀安装
按图纸要求需对电磁阀进行电缆穿线，从灌溉泵房控制面板起始，至各支线终点结束，电磁阀之间串联连接。穿线完成后进行电阻测试及接地安装。并分别进行验收。
电磁阀安装需安装水流走向，上游的水先经过闸阀，在通过电磁阀，最后接入到次级主管线中。电磁阀的安装需进行典型施工及典型施工验收，合格后再进行其他电磁阀的安装及验收。
电磁阀典型施工
4.6喷头安装
在与应景观交接的部位需应景观混凝土完成后进行，与其他软景观交接的地方需软景观隔离板安装完成后进行。原因是草坪的喷头需紧邻草坪边缘，以免边缘位置的草坪不能覆盖灌溉。
喷头安装需进行典型施工及典型施工验收，合格后再进行其他喷头的安装及验收。
喷头安装时，按照预留的喷头管线位置，将喷头就近放置在草坪边缘，使用弯头及其他管件将喷头主体与预留uPVC管连接。喷头主体安装完成后，先不进行内芯及滤网的安装，以免管道内的沙尘或杂物堵塞喷头。带管道冲洗完成后再进行内芯的安装。
4.7滴灌管安装及管线冲洗
喷头安装与滴灌管安装可以同步进行。按照图纸设计要求，滴灌管分为两种，一种为安装在碎石区域的滴灌管，为节水型植物灌溉，另一种为安装在种植土区域的滴灌管，为狼尾草灌溉。
节水型植物区域滴灌管需安装喷射头及导流管，狼尾草区域的滴灌管管道本身带有滴水孔，安装时只需在狼尾草两侧布置两排管线即可。
喷头及滴灌管安装完成后为测试安装效果及冲洗管道，需对安装完成的管线及喷头进行冲洗。冲洗时，使用临时水泵，接入次级主管线，对该区域进行冲洗，冲洗完成后，安装内芯及对喷头角度进行调整，验收完成后对滴灌管进行掩埋。
4.8整体试运行
部分区域内的喷头及电磁阀等安装完成后需对该区域的自动喷淋进行调试，整体完成后进行整体试运行。测试的重点是检查电磁阀的启闭是否按控制程序的设定自动完成；喷头的角度及压力是否能完全覆盖该草坪区域；滴管管是否按照图纸要求，全部实现灌溉。对不符合要求的电磁阀及喷头、滴管管等进行调整，再进行测试，直至合格。
二级灌溉系统再运行过程中需定期检测喷头及滴灌管，对不满足要求的部分及时调整，以免对植物的生长产生影响。
5、施工效果
通过控制盘编程控制二级灌溉电磁阀的启闭，实现了二级灌溉系统设计优化后的自动灌溉，满足了现场草坪、树木及植物的浇灌。达到了预期效果。
四、结语
吉赞白石滨海公园开发项目作为在沙特阿拉伯地区业主为阿美公司的第一个综合性较强的市政项目，文中二级灌溉的设计思路和施工工艺也是第一次由我们自行设计、施工完成，它体现了现代灌溉技术高效而充分利用水资源的原则，也展示着现代灌溉技术日益发展和成熟。在本文中就二级灌溉的原理，仅是浅显的叙述了现代灌溉技术的一个视角，其中不妥之处，也恳请专家指正，提出更好的思路，以便施工变得简易经济，使得系统运行的更加畅通。
论文作者:牛野
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/27
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