高速公路邊坡綠化灌溉給水系統的研究

謝光娜，余仲勛，向金鑫，邱學堯，鐵宸宇

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

所謂高速公路邊坡綠化，即在高速公路建設過程中產生的邊坡上，通過恢復或者建植人工植被，固土護坡、恢復或者重建生態機能、保護和美化環境的工程措施與植物措施相結合的工程。高速公路綠化不僅可以美化路容、凈化空氣、固土護坡、改善環境，而且可以誘導司機和乘車人員的視線、減輕眼睛的疲勞，利于行車安全，減少交通事故發生的隱患。隨著社會的不斷發展，生活水平的不斷提高，人們對于高速公路的要求已不僅僅是高速、快捷、安全、舒適，而是一個潔、綠、美的綠色景觀大通道。因此，對高速公路邊坡的綠化進行灌溉是十分有必要的。

目前，大部分邊坡綠化灌溉采用人工水車的灌溉方式，其存在一定的安全隱患。灌溉時段，灌溉水車長時間占道，道路通行能力降低，同時，采用人工水車進行綠化灌溉存在工作量大、水的利用率低、覆蓋面小、費用高、耗水嚴重等缺點。所以，采取安全、方便、節水、高效的灌溉方式對高速公路的邊坡綠化進行灌溉是一項迫在眉睫的任務。

文章以昆明某高速公路為例，對其邊坡綠化灌溉的給水系統進行了分析，建立了以微灌為主的灌溉給水系統，為高度公路邊坡綠化灌溉技術的進一步推廣應用提供理論參考。

1 灌溉方式

目前，綠化灌溉的主要方式包括：噴灌、涌灌、滴灌、滲灌、微灌等。其中，噴灌技術要求供水壓力較大，水的蒸發和飄逸損失較大，建設成本高，適用于草坪、花卉(僅限微灌)和低矮灌木；涌灌技術不適合土壤滲透性大和地面坡度很陡的場合；滴灌節水效果明顯，但易造成土壤中鹽分積累，對水質要求較高，限制植物根系發展；滲灌節水效果明顯，施工方便，但不易發現滲水管堵塞，在土壤滲透性大和地面坡度很陡的場合不適合。

微灌技術相對于噴灌技術而言，對水質和工作壓力的要求相對較低，對地形的適應性較強，可降低表層土壤的鹽度，有利于植物降溫和增強植物葉面的光合作用。昆明地處低緯高原，地貌復雜多樣，地形高差較大，高速公路建設產生的邊坡坡度、挖深較大。因此，高速公路的邊坡綠化灌溉建議采用微灌的灌溉方式，在充分滿足灌溉要求的同時避免灌溉時段的邊坡徑流。

2 灌溉水源和首部樞紐工程

2.1 灌溉水源

高速公路段水源通常較少，最常見的水源為小河、山溪、塘壩等，有條件的情況下，可以選擇打井取水。高速公路一般地勢復雜，起伏較大，建議采用多種取水方式相結合的方式。根據高速公路的地勢情況以及水源狀況，將高速公路分為若干個灌水系統，分區供水。對于以小河、山溪等水量較少的水源供水方式，為了滿足灌溉時間段的供水需求，建議根據設計水文年的徑流量和年內分配的分析計算結果，在水源處設置適宜大小的蓄水池，以保證灌溉系統的正常使用。

昆明某高速公路邊坡綠化灌溉工程全長7 km。根據現場踏勘情況，可用水源位于全線起點處。起點與全線最高點高差為47 m，與全線最低點高差為3 m。從供水的角度看，水源并非位于最有利的位置。

根據現行的國家標準《節水灌溉工程技術標準》(GB/T50363)，灌溉水水質應符合現行的國家標準《農田灌溉水質標準》(GB5084)的規定。

2.2 供水系統的選擇

考慮到昆明某高速公路邊坡綠化灌溉工程不具備分段就近取水、供水的現實條件，同時，根據現場踏勘的情況，該項目也不具備全部或者部分邊坡統一設置1個高位水池，由高位水池自流供水的條件。

綜合考慮以上因素，針對該項目的邊坡綠化灌溉系統的方案主要考慮如下：

(1)全線不設置高位水池：從1個水源取水，由水源處的加壓設備供水，通過二級加壓設備及邊坡加壓設備的輔助，供給到全線各邊坡；

(2)全線各邊坡設置高位水池：從1個水源取水，由水源處的加壓設備供水，通過二次加壓設備及邊坡加壓設備的輔助，供給到全線各邊坡的高位水池，由高位水池供給邊坡綠化灌溉用水。

2.2.1 加壓設備的選擇

加壓設備一般包括水源處的一次加壓設備、二次提升設備、邊坡灌溉加壓設備等。其中，一次加壓設備用以滿足灌溉系統中絕大多數灌溉區域的工作壓力和灌溉區域中小時用水量最大區域的小時用水需求；二次加壓設備用以滿足與水源高差較大的若干灌水區域；邊坡灌溉加壓設備用于滿足特征邊坡(與水源處高差大、邊坡灌溉面積大、邊坡坡度大、邊坡級數較大)的灌水需求。二次提升設備和邊坡灌溉加壓設備可以降低一次提升泵的工作壓力，從而減少能耗。

二次提升設備和邊坡灌溉加壓設備的設置位置，應充分考慮全線的地形情況、供電是否合理、是否方便管理、是否節省主管段的長度等因素。所有加壓設備的選型，應經過詳細的系統流量、壓力計算，并考慮一定的余量后進行合理選擇。

2.2.2全線不設置高位水池

全線不設置高位水池的供水方式是從一個水源取水，由水源處的一次加壓設備供水，通過二次加壓設備及邊坡加壓設備的輔助，供給到全線各邊坡，滿足邊坡灌水器的工作壓力及流量。見圖1。

全線不設置高位水池的供水方式主要優點如下：

(1)二次加壓設備與邊坡加壓設備減少了一次加壓設備的能耗；

(2)占地面積小，一般不需要額外征地；

(3)自動控制的設備少，管理簡單方便。

但是，由于全線地貌復雜多樣，地形高差較大，水源統一由一次提升設備供水，部分灌溉區域需要設置減壓閥，以滿足邊坡灌水器的工作壓力范圍。與分區取水、供水的方式相比，增加了能量的消耗。

2.2.3 全線各邊坡設置高位水池

全線各邊坡設置高位水池的供水方式是從一個水源取水，由水源處的一次加壓設備供水，通過二次加壓設備及邊坡加壓設備的輔助，供給到全線各邊坡的高位水池，由高位水池供給邊坡綠化灌溉用水。見圖2。

全線各邊坡設置高位水池的供水方式主要優點如下：

(1)二次加壓設備與邊坡加壓設備減少了一次加壓設備的能耗；

(2)全線各邊坡灌水器由高位水池供水，供水穩定性強。

但是，此種供水方式存在一定的問題及缺陷：

(1)由于灌水器的工作壓力一般為0.25～0.50 MPa，所以，如果邊坡采用重力自流的方式供水，則高位水池需要設置在高于最不利灌水器30 m左右的位置，見圖2；由于高位水池擺放位置的限制，若將高位水池置于邊坡附近，則需要在水池后增加邊坡加壓泵，以滿足灌水器的工作壓力，見圖3，同時，灌溉區域的局部位置還需要考慮設置加壓閥，以滿足灌水器的最高工作壓力要求；

(2)需要聯動控制的設備較多，日常管理較為復雜；

(3)若高位水池設置于高于最不利灌水器30 m左右的位置，一般需要額外征地；若高位水池設置于邊坡上，需要設置支架，并考慮地質因素及荷載等。

2.2.4 供水系統的比選

高速公路邊坡綠化灌溉工程的特點：

(1)使用時間不長：邊坡灌溉系統主要用于邊坡植物的綠化灌溉，所以，其主要用于高速公路建成后的2～5 a。待植物生長狀況良好，降雨等自然過程已經能滿足植物的生長需要，則不再需要灌溉系統的長時間、有規律的灌溉；

(2)灌溉系統的工作制度屬于間歇式：灌溉系統只在灌溉周期期間工作，周期時間外可以進行系統的檢修及日常維護等工作。

綜合考慮工程特點、現場踏勘情況以及各系統的優缺點，建議采用全線不設置高位水池的供水方式。

3 灌水制度的制定

3.1 輪灌組的確定

將全線邊坡上布設的灌水器劃分為若干輪灌組Ni(i=1、2、3……)。

i值的確定方法：

(1)假設全線灌水器的數量為M，每個灌水器的工作流量為Qg，則全線所有灌水器的流量之和為：Q=M×Qg。

(2)根據全線各邊坡灌水器的布設情況，將Q等分為i個Qi，則全線共有i個輪灌組，每個輪灌組的流量為Qi(等于一次加壓設備、二次加壓設備的工作流量)。

3.2 灌水制度的確定

根據《微灌工程技術規范》(GB/T 50485)，灌水制度的確定方法如下：

(1)最大灌水定額：

mmax=0.001zp(θmax-θmin)

式中：

mmax——最大凈灌水定額(mm)；

z——土壤計劃濕潤土層深度(cm)，草坪為0.2～0.3 m，取30 cm；

p——設計土壤濕潤比(%)，草及灌木微灌取100 %；

θmax、θmin——適宜土壤含水率體積百分比上限、下限(%)，

(2)設計灌水周期：

T≤Tmax

T——設計灌水周期(d)；

Tmax——最大灌水周期(d)；

Ia——設計供水強度(mm/d)，暖季型草3～5 mm/d，取5 mm/d。

(3)設計毛灌水定額：

η——灌溉水利用系數，微噴灌不應低于0.85，取0.85。

(4)一次灌水延續時間：

Se——灌水器間距(m)，按間隔9 m布置；

Sl——毛管間距(m)，按間隔9 m布置；

qd——灌水器設計流量(m3/h)，每個0.86 m3/h。

經計算，可以得知：i個輪灌組，每T天微灌一次，微灌一次的時間為t。灌溉制度見圖4。

4 結 語

文章以昆明某高速公路為例，對其全線邊坡綠化灌溉給水系統進行了分析，開展了以微灌為主的灌溉技術設計，同時，根據項目情況提出了2種供水方案，并對其進行了比較分析。為以后的高度公路邊坡綠化灌溉技術的進一步推廣應用提供了一定的理論基礎。