實現道路自動噴灑及綠化帶按需滴灌的可行性研究

陸云俠，任明夫

（1.蒙城縣逍遙路小學北蒙校區，安徽 亳州 233500； 2.蒙城縣板橋鎮中心小學，安徽 亳州 233500）

1 研究背景

在現代化社會的快速發展中，城市化建設力度在不斷擴大，大氣污染問題日益嚴重，施工揚塵、道路交通揚塵是城市大氣懸浮顆粒物的重要來源，也是造成霧霾天氣的重要原因之一，現已得到了社會各界的廣泛關注[1]。在日常生活中，我們能經常看到環衛工人開著灑水車給道路灑水，不但妨礙交通，給行人和車輛帶來不便,還存在安全隱患，有時水灑的多了還順著下水道流失，造成資源浪費；路邊的綠化帶灌溉也是一樣，大多用灑水車澆水。這種操作既費時、費力又浪費資源。

如果能設計一種可以根據道路濕度或土壤濕度自動噴灑的灑水灌溉系統裝置，以此解放人力、緩解道路壓力及車輛占道的安全隱患，還能節約水資源就好了。基于此，我們創造了“道路自動噴灑及綠化帶按需滴灌系統模型”，以便于試驗研究。

2 研究過程和方法

2.1 資料收集

2.1.1 實際觀察、收集數據

為了摸清實際情況，我們對所在的城市分季節、分時段道路灑水及綠化帶澆灌情況開展了觀察和記錄。通過一段時間的觀察發現，當天氣炎熱或者路面干燥的時候灑水車會出來工作，或者是在每天的6:00 左右灑水車配合打掃衛生的清潔工人也會出來灑水。當連續幾天不下雨，負責園林養護的工人會給綠化帶和道邊樹木澆水灌溉。夏季灑水車出現頻率較多，每天灑水4 次左右；春秋季灑水頻率較低，每天灑水季清理路面2 次左右；冬季灑水頻率最少。

2.1.2 數據統計分析

通過對觀察記錄的信息分析發現：灑水車出來的頻率與天氣的好壞及路面的干濕度有關，越是天氣炎熱，灑水及灌溉頻率越高。綠化帶的澆灌也是如此。灑水車灑水有兩種功能，一是對道路進行清潔，二是濕潤空氣。無論是道路噴灑還是綠化帶灌溉都費時、費力，同時水資源部分浪費，還存在安全隱患。

2.2 具體想法

噴灑方式大致可以分為兩種：人工噴灑和自動噴灑[2]。人工噴灑存在效率低、效果差、工作強度大等問題，而自動噴灑可以用電磁閥來控制噴水。要想知道道路自動噴灑是否可行，在設計中除了要考慮時間、濕度、溫度因素，還要考慮對行人、車輛的影響，要有多樣化的控制模式。道路的管理和綠化帶屬于市政管理，不可能找一條道路專門做這個實驗，所以只有通過做一個實驗模型來研究可行性。

2.3 研究過程

2.3.1 準備材料

1.一個濕度傳感器和控制器。濕度傳感器用于感應路面或綠化帶土壤的濕度情況，濕度控制器用于控制開啟、關閉電磁水閥電源。

2.一個電磁水閥。當通電時，電磁水閥開啟，使水流通過，供水管道供水；斷電時，電磁水閥關閉，停止供水管道供水。

3.一個灑水噴壺。在噴水壺偏下部給開一個口，裝上外絲，連接軟管改裝成一個增壓供水設備，可以手動加壓或減壓，以保證實驗模型供水。

圖1

4.一個舊的三開開關。把普通的三開開關經過線路改裝成可以控制不同噴灑模式的開關，為了演示效果，同時加裝了通電指示燈。

5.一塊廢舊的液晶顯示屏導光板和幾片砂紙。把廢舊的液晶顯示屏導光板切割成一個80 厘米乘40 厘米的長方形作路面，并粘貼上6 厘米高的支腿；黑色的砂紙粘在路面上，做成了一個簡易的道路模型。

6.一些做道路沙盤的材料。沙盤材料中的道路護欄和綠化帶裝飾按道路實際比例縮小粘貼好，并給道路畫上白色線，讓道路模型更逼真、更美觀。

7.一些PVC 軟管和材質較硬的PVC 水管。直徑0.5厘米的PVC 硬水管，用細鉆頭均勻打好三行細孔，用于鋪設在道路兩側噴水；軟管用于連接供水設備和道路噴水管。

8.一塊12V 鋰電池為整個模型供電。

2.3.2 組裝模型

“道路自動噴灑及綠化帶按需滴灌系統裝置”模型主要由以下幾部分組成：

1.道路模型。

2.三種控制模式選擇開關。

3.供電電池。

4.濕度控制器。

5.電磁閥。

6.濕度傳感器。

7.增壓供水系統。

把上述幾部分連接到一塊，固定牢固，道路兩側鋪上打過孔的水管，軟管一頭連接供水設備，一頭連接道路兩側的水管，接通電源，道路自動噴灑及綠化帶按需滴灌裝置模型組裝完成。

2.3.3 道路自動噴灑及綠化帶按需滴灌裝置試驗模型三種控制模式

1.自動濕度控制噴灑：根據道路或土壤的濕度情況自動開啟、停止噴灑水。

2.自動時間控制噴灑：根據實際需要，控制系統開啟噴水時間和噴水時長。

3.人工手動控制噴灑：根據實際，由人工根據需要隨時進行噴灑。

2.3.4 工作原理

道路噴灑由鋪設在道路兩旁的水管完成，在道路兩邊安裝濕度傳感器，通過濕度控制器或定時器來控制電磁閥打開或關閉供水管道，當路面的濕度低于設定的濕度值或到了定時器設定的時間時，濕度控制器或定時器打開電磁閥電源，路面灑水噴頭自動開啟噴水；當道路濕度達到設定濕度值或定時器噴水時間到后，濕度控制器或定時器關閉電磁閥電源，系統停止噴水。通過路面的濕度來決定灑水的量。

綠化帶滴灌工作原理也是如此，在道路兩旁的綠化帶里鋪設水管，在土壤里埋設濕度控制器。濕度控制器設定啟動水管滴灌的濕度或定時器設定滴管的時間。當土壤濕度低于設定的濕度值或到了設定的時間時，綠化帶里的滴灌裝置自動開啟進行滴灌，當綠化帶土壤的濕度達到設定濕度值或到了設定的關閉時間后，停止滴灌。

2.3.5 開展試驗

模型組裝好之后，我們進行了大量的試驗。試驗操作方法如下：

1.給供水噴壺裝上大半瓶水，手動加壓。

2.接通電源，設置濕度控制器啟動電磁閥電源的濕度數值（試驗數值是85），即濕度傳感器傳感濕度值低于85 自動開啟噴灑，高于85 自動關閉噴灑。

3.設置定時器開啟電源時間和結束噴水時間（試驗噴水時間1 分鐘），可以根據氣溫情況制定噴灑時間間隔，可設置多組數據。

4.按下自動濕度控制噴灑按鍵（此時此種模式工作燈亮起）。

5.把濕度傳感器放在酒精燈旁加熱，蒸發水分，濕度控制器顯示濕度數值迅速下降，當濕度控制器顯示濕度低于85 時，系統會自動打開電磁閥電源，噴水孔開始給道路模型噴水。（噴水時給噴水壺不停手動加壓）

6.把濕度傳感器淋濕，濕度控制器顯示濕度數值上升，當濕度控制器顯示濕度高于85 時，系統會自動關閉電磁閥電源，噴水孔停止給道路模型噴水。

7.關閉自動濕度控制噴灑按鍵，按下自動時間控制噴灑按鍵（此時此種模式工作燈亮起）。

8.當時間達到定時器設定的時間時，系統自動開啟噴水，一分鐘后，噴水停止，噴灑時間間隔可根據氣溫及空氣濕度設定。（噴水時給噴水壺不停手動加壓）

9.按下人工手動控制噴灑按鈕（指示燈亮），系統會自動打開電磁閥電源，噴水孔開始給道路模型噴水。（噴水時給噴水壺不停手動加壓）。

10.同時按下自動濕度控制噴灑和自動時間控制噴灑按鍵（此時兩種模式工作燈亮起）。此時當達到兩種控制模式中任何一種啟動條件，系統自動噴灑。

2.3.6 試驗中出現的問題

1.在給供水管道打孔時，管道本身很細，打孔的大小、密度都直接關系到試驗效果，是一項非常考驗操作人員耐心的工作，花費了很長的時間。

2.試驗剛開始把握不好供水壓力，水壓太低，出水量小，出水成滴狀，噴灑不均勻；把水壓打得太高，多次把連接供水的軟管脹破，都沒有出水。最后才發現，電磁閥在供水壓力太高時，電磁閥的開啟動力小于水的壓力，電磁閥打不開，不工作，通過在加壓時用手指捏軟管根據手感判斷壓力大小，掌握好供水壓力之后，試驗才順利進行。

3.濕度傳感器的感應頭干濕程度總是控制不好，通過多次試驗，才明確加熱到什么程度才能讓濕度控制器工作，噴多少水才能讓控制器關閉。

通過大量的試驗，終于試驗成功。

3 研究結論

“道路自動噴灑及綠化帶按需滴灌裝置”四種工作模式均能實現以下幾點。

3.1 自動濕度控制噴灑

可以實現根據道路或土壤的濕度情況自動開啟、停止噴灑，通過路面或土壤的濕度來決定灑水的量，節能、環保、低碳、高效。

3.2 自動定時控制噴灑

可以根據需要每隔3 小時或5 小時開啟噴灑一次，噴水時長可根據氣溫及濕度情況設定。

3.3 人工手動控制噴灑

根據實際情況，由人工根據需要隨時進行開啟或關閉噴灑，節約了人力物力，省時省水。

3.4 滿足濕度和時間任意一項條件均可噴灑

同時按下A 和B 兩個鍵，當道路或土壤濕度低于設定值或到了設定的時間，系統會自動開啟噴水；當道路或土壤濕度高于設定值或噴水到設定的時長，系統自動停止噴水。

通過“道路自動噴灑及綠化帶按需滴灌系統”的試驗，筆者認為在現實生活中完全可以實現道路自動噴灑和綠化帶自動滴灌。在2022 年第37 屆安徽省青少年科技創新大賽活動中，該試驗項目獲安徽省二等獎，因此期待能把這個創造性試驗應用到現實生活中去。

4 應用拓展

在道路的開發建設中，可以在路面周圍開挖、建設地下蓄水池，收集雨水或者地表水，進行沉淀、消毒后，給道路噴灑及綠化帶滴灌系統提供水源；在我國水資源缺乏的現狀下，利用路面雨水的理論與技術日益顯現其價值，順應了綠色城市規劃建設理念的同時也對雨洪利用理論有一定的創新和發展，對改善城市人居環境，促進城鎮化健康發展，具有十分重要的意義和作用[3]。

道路自動噴灑系統裝置的電力來源可以使用太陽能蓄電池，從而實現無人值守道路自動噴灑、綠化帶自動滴灌。

在防疫期間，還可以在道路自動噴灑系統的水里加上消毒液，在噴灑道路的同時，對道路進行消毒。

綠化帶自動滴灌系統可以在滴灌用水里加上肥料或防治病蟲害的藥液，讓綠植更好地生長。推廣使用滴灌技術，可以實現對綠化帶的局部灌溉，避免資源浪費，提高水資源利用率，且具有良好的生態效益[4]。