城市高架橋綠化自動滴灌系統設計探討

程瑞 方韜

（合肥市規劃設計研究院 安徽合肥 230041）

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市中建立很多立交。目前高架橋綠化已經越來越普及，對城市的綠化及各個方面都起到了重要的作用。本文以合肥市北二環高架橋工程為例，就高架橋綠化灌溉給排水設計相關問題進行探討。

1 工程概況

本次設計的北二環自西二環至合武鐵路，全長約5.0km，規劃為城市快速路。西二環路～淮北路西段規劃紅線寬70m，淮北路西～合武鐵路段規劃紅線寬60m。全線高架起于西二環節點，終于鐵路西側，高架全長約4.5km。高架快速路主橋自懷寧路以西230m處起橋，南向東匝道橋自西二環節點以東220m處起橋，主橋和西二環節點南向東SE匝道橋在懷寧路交口以東并橋后向東連續跨越淮王路（規劃）、青松路、四里河路、武警支隊出入口、森景大道、農科北路、蘭花路、大房郢路（在建）、潘集路（規劃）后在潘集路以東約430m落地。

本次設計為北二環高架橋綠化自動滴灌給排水設計。

2 高架橋綠化灌溉方式選擇

常用高架橋綠化灌溉方式有灑水車灌溉[1]、噴頭灌溉[2]和滴灌灌溉。

灑水車灌溉可采用市政灑水車，前期投資費用低。但是由于灑水車澆灌時車速需減緩，不僅影響正常交通行進，同時也影響了工作效率。而且通過灑水車澆灌，水量大，水資源浪費嚴重，還易將花盆中的植物沖的東倒西歪，影響美觀。

噴頭灌溉需敷設管道，前期投資費用較高，對橋上交通影響小。但是因高架橋花槽寬度很小，噴灑出的水流不會對橋下路面行車造成一定干擾，對水資源造成一定浪費。

滴灌灌溉范圍小而精準，灌溉效率高，節水效果好，不影響交通，管理方便。但是需設置配套水源系統、敷設管道等，前期投資費用高。

為避免影響快速路交通、節約水資源，本工程中高架橋綠化灌溉采用滴灌給水方式。

3 滴灌系統設計探討

3.1 滴灌水源系統設計

高架橋綠化滴灌用水一般采用市政自來水。本工程中滴灌水源系統包括蓄水池、肥液池、設施井、水表井、泄水閥門井、泄水井、控制柜等。

3.1.1 蓄水池

本工程中市政自來水經蓄水池放置去氯后，經加壓水泵加壓后方可供給高架橋綠化灌溉用。蓄水池內自來水停留時間按48h考慮，同時蓄水池兼具儲備市政給水管網停水期間灌溉用水。蓄水池內壁敷設防藻隔膜，厚度為0.75mm。

3.1.2 肥液池

肥液池有效容積約1m3，內設攪拌機，用于貯存、調制肥液，肥液經隔膜泵提升加壓后供給滴灌管網系統。肥液池內壁敷設肥液池專用膜，厚度1.0mm。

3.1.3 水表井

水表井用于設置計量水表、倒流防止器、閘閥、電磁閥等。

3.1.4 設施井

設施井用于設置隔膜泵、過濾器、遠程壓力表、止回閥等。

3.1.5 泄水閥門井

泄水閥門井用于設置電磁閥、閘閥等，主要用于人工或自動控制進行蓄水池、肥液池泄水排空。

3.1.6 泄水井

泄水井用于匯集蓄水池、肥液池、設施井等溢流水、泄流水等并就近排至市政污水管中。

3.2 滴灌水源節點及管道布置

3.2.1 橋上管道布置

考慮到橋梁防撞欄尺寸空間有限，為方便敷設，橋上滴灌管道尺寸不宜過大。本工程中橋上滴灌管道分為輸水管、配水管，輸水管負責輸水，管徑為De50，配水管負責配水，管徑為De25，管材為PE管。配水管由輸水管上引出，一般不超過150m，以保證配水均勻性，由電磁閥控制。配水原理圖如圖1所示。

圖1 滴灌系統配水原理

本工程中橋梁兩側設置花槽，為提升美觀，同時避免陽光暴曬，橋上滴灌管道隱蔽敷設于花盆下方，如圖2所示。

圖2 橋上管道布置

De50輸水管每隔30m及橋梁伸縮縫處設置一道不銹鋼伸縮節，以應對橋梁伸縮縫及自身熱脹冷縮變形。De50采用固定支架、活動支架固定，每隔30m設置固定支架，固定支架間設置不銹鋼伸縮節。De25配水管采用固定支架固定。

3.2.2 水源節點布置

水源節點數量及位置設計應綜合考慮高架橋長度、需水量、水頭損失及豎向高程等。本工程高架橋全長約4.5km，全線共4個相對高點，高差較大。為避免加壓水泵揚程過大，同時有效利用地形以保證壓力均勻性。本工程中共設置4座滴灌水源系統，分別為4個相對高點附近，單個滴灌水源系統服務長度約1.1km。

3.2.3 水泵流量及揚程

（1）需水量

根據相關規范，本工程綠化澆灑用水量標準取3L/m2·cap。工程高架橋上花盆總數量為21422個，總綠化面積約2742m2，則總需水量為8.22m3/d，其中單個花盆需水量為0.384L/cap。

結合水源節點設置及橋上管道布置，本工程中4組滴灌系統分別總需水量為 1.91m3/d、2.23m3/d、2.18m3/d、1.90m3/d。

（2）滴灌時間

本工程選用外插式壓力補償滴灌管，單滴頭流量為2L/h。每個花盆設置一個滴頭，則花盆灌溉完成所需時間至少為0.192h。

（3）設計流量

為避免管道流量過大，滴灌系統運行時分段依次啟動關閉輸水管與配水管間電磁閥，本工程滴灌系統運行時間按1h控制。則本工程中4組滴灌系統水泵設計流量為 1.91m3/h、2.23m3/h、2.18m3/h、1.90m3/h。

（4）設計揚程

水泵設計揚程H=高差H1+水頭損失hs+最不利點處滴頭所需最小壓力H0

其中：高差H1=最不利點處滴頭高程-蓄水池設計最低水位高程水頭損失hs=沿程水頭損失+局部水頭損失

滴頭所需最小壓力為0.1MPa

經計算，本工程4組滴灌系統水泵設計揚程分別為33.1m、35.2m、32.6m、34.7m。從計算數據可知，由于水源節點均設置在相對高點附近，且系統服務范圍相差不大，所以水泵設計揚程相差不大。

（4）水泵型號

結合各組滴灌系統設計流量、設計揚程，為方便管理，同時考慮一定的富余量，本工程中滴灌系統水泵采用變頻泵，所選取的水泵流量統一為3m3/h，揚程為36m。單組滴灌系統設置2座水泵，一用一備。

3.3 滴灌控制系統設計

為方便管理，本工程中滴灌系統采用中央控制系統。用戶可通過任何手機登陸全中文APP系統，對灌溉進行編程、實時監控，系統出現異常自動向用戶發出警報，對用水量進行實時監測統計。程序設置好后該系統會自動灌溉，外接雨量傳感器可在下雨時自動停止工作。該控制器安裝于蓄水池附近，可手機上中文APP。所選取的滴灌系統均能接入后期市政統一管理平臺，并能通過市政部門統一管理平臺對整個區域滴灌系統進行遠程控制。

橋上滴灌區由電磁閥控制，通過灌溉控制器控制滴灌，控制器和電磁閥組成自動或半自動灌溉控制系統。控制器置于防雨電箱內，控制線于供水干管或支管管溝穿套管敷設，置于供水管側。控制器配設一個無線雨量傳感器，在下雨達到預設水量時會自動暫停灌溉系統，節省用水。通過合理設置，灌溉系統運行時間避開用水高峰及交通高峰時段，以免影響居民用水及交通安全。

本工程中滴灌、施肥、泄水等均能通過智能或現場手動（半自動）雙模式控制。

3.4 滴灌排水系統設計

3.4.1 澆灌余水及雨水

常規排水方式為在花槽下方設置排水管，收集澆灌余水及雨水。本工程中結合防撞護欄結構，設置排水管將槽內積水直接排至橋面，后經橋面雨水口收集后排至地面雨水系統。排水管位置見圖2。

3.4.2 管道排空

為防止冬天溫度過低凍壞給水管，需放空給水管內余水，本次設計在管道相對低點處設置泄水閥門。冬季在氣溫降至2℃前開啟放空滴灌系統內積水以避免低溫時管道內結冰。泄水可遠程控制或現場人工手動控制。泄水管道就近接入雨水系統。

3.4.3 管道排氣

管道內存有的氣體既影響水流通暢又容易導致產生水錘現象。故本次設計在滴灌管道相對高點處均設置排氣閥，以及時排出管道內氣體。

4 結語

本文結合合肥市北二環高架橋工程設計，從滴灌水源系統設計、滴灌水源節點及管道布置、滴灌控制系統設計、滴灌排水系統設計等方面，探討了滴灌水源系統組成、水源節點位置選擇、橋上滴灌管道布置、控制系統選擇及要求、管道排水及排氣等問題。相比常見橋上滴灌管道布置，本工程創新性結合防撞護欄構造，將橋上滴灌管道敷設于花槽底部，既增強了美觀效果又避免了管道外露導致長期暴曬引起老化問題。此點設計可為其他高架橋滴灌管道布置提供一定的參考。