1、第一节 园林给水工程,树枝状管网计算,第二章 园林给排水工程,上节课内容回顾,1、给水管网的布置形式及各自特点？ 2、用水定额、日变化系数、时变化系数？ 3、经济流速 4、水头损失概念及其分类？,5、水压力和水头损失,水压力P在给水管上任意点安装压力表，所测得的读数，即为该点的水压力值，（kg/cm2或N、KN、mH2O）。为了便于计算，也把水压称为“水柱高”，力学上又称“水头”，其单位换算关系为1kg/cm2=10m水头=100Kpa。,水头损失水在管中流动时，为克服水与管壁间摩擦力而消耗的势能。其值可用压力表测得的两点压力差来确定。,沿程水头损失当固体边界的形状和尺寸沿程不变时发生的水头损
2、失。,式中：a阻力系数（s2/m6)，由试验求得，与管道材料、管壁的粗糙程度、管径、管内流动物质以及温度等因素有关。,l管段长度（m）,局部水头损失水流因边界的改变而引起断面流速分布发生急骤的变化而产生的阻力为局部阻力，为克服阻力而引起的水头损失称为局部水头损失，通常用hj表示。,(四）树枝状给水管网的设计计算,1、给水管网计算指标,用水量（Q)：以秒流量表示 管径（DN）：以mm为单位； 水头（H）：水压(以kg/cm为单位）；米水柱高度（100KPa=1kg/cm2=10米水柱）,对于引用式给水方式：确定城市给水管网的水压是否能满足公园用水的要求；对于自给式给水方式：主要确定水泵所需扬程及
3、水塔（或高位水池）所需高度，以保证各用水点有足够的水量和水压。,2、管网计算目的,根据最高时用水量作为设计用水量求出各段管线的直径和水头损失。,有关图纸、资料的搜集与研讨从公园设计图纸、说明书等，了解原有或拟建 的建筑物、设施等的用途及用水要求、各用水点的高 程等。再根据公园所在地附近城市给水管网的布置情 况，掌握其位置、管径、水压及引用的可能性。,4、管网计算步骤,在公园设计平面图上，定出给水干管的位置、走向、并对节点进行编号，量出节点间的长度。（遵循前述管网的布置要点）。,布置管网,求公园中各用水点的用水量及水压要求,（l/d或m3/d),式中:q用水量标准（最大日）；N游人数（服务对象数
4、目）或用水设施的数目。,（1）求某一用水点的最高日用水量Qd,（2）求该用水点的最高时用水量Qh,式中:Kh时变化系数（可取46）。,（l/d或m3/d),（3）求设计秒流量q0,（l/s或m3/s),根据各用水点所求得的设计秒流量q0及要求的水压，可查表确定连接园内给水干管和用水点之间的管段的管径，还可查得与该管径相应的流速和单位长度的水头损失值。,各管段管径的确定,水头计算,水头损失值,用水点与引水点的高程差,用水点建筑的高低及用水点的水压要求,必须考虑,公园给水管段所需水压计算式：,式中： H引水管处所需的总压力（mH2O) H1引水点和用水点之间的地面高程差（m)； H2用水点与建筑进
5、水管的高差（m)； H3用水点所需的工作水头（mH2O)；,H2+H3值可依建筑不同层数按有关规定采用。,平房： 10mH2O 二层： 12mH2O三层 ： 16mH2O 以后每增加一层增加4mH2O,H4沿程水头损失和局部水头损失之和（mH2O),有条件时可适当考虑一定的富裕水头(如消防水头）,干管的水力计算,完成各用水点用水量计算和确定各点引水管的管径之后，应进一步计算干管各节点的总流量，据此确定干管各管段的管径，并对整个管网的总水头要求进行复查。复查方法：最不利点（地势高、距离引水点远、用水量大或要求工作水头特别高的用水点）水压满足法。,例题,某段管网布置如下图：,已知各节点地面高程如下
6、表所示，0点的地面高程为42.08m，管网中最不利点为4点（用水处为三楼），其自由水头是16m，试计算最高日最高时引入点的水压大小，并绘图表示。,某点水压标高=该点地面高程+该点自由水头 下一点的水压标高=上一点水压标高-两者间水头损失,390,650,720,320,600,580,管长（m),5.5,3.2,5.8,12.0,33.7,49,流量（l/s),100,75,100,150,200,250,管径（mm),0.72,4.68,12.0,2-6,0.74,12.22,18.8,1-5,0.75,9.5,13.2,3-4,0.69,2.10,6.55,2-3,1.09,6.36,10
7、.60,1-2,1.01,3.89,6.78,0-1,流速 (m/s),水头损失(m),水力坡度（1000i),管段编号,按控制点4为例，3-4段内管径为100mm，流量为5.8L/s，故可查表得水头损失1000i=13.2（v=0.75m/s)，而3-4段长度为720m，故可计算其段内水头损失为9.5m。（依次计算出其它各段值，填入表中）,树枝管网各管段的水力坡度和水头损失汇总表（未计算局部水头损失）,44.67,6,44.24,5,16,60.69,44.69,4,26.31,70.19,43.88,3,28.48,72.29,43.81,2,35.70,78.65,42.95,1,自由水
8、头(m),水压高程(m),地面高程(m),节点编号,同时4点满足自由水头H=16m，则节点4的水压高程为44.69+16=60.69m，而3点水压高程=4点水压高程+3-4间水头损失=60.69+9.5=70.19，3点已知地面高程为43.88，可计算出3点自由水头为70.19-43.88=26.31m。（依次计算出其它值，填入表中）,树枝管网各节点地面高程和自由水头汇总表,计算最高日最高时引入点的水压或水塔高度：Hp=H1+ H2+ H3+ H4 = (44.69-42.08)+16+(3.89+6.36+2.10+9.50) = 40.46(m),支干管段“1-5”、“2-6”的管径，应是
9、在满足支干管各用户不低于要求的自由水头的前提下（如He=16m），尽量利用可用的水头值来选择较小管径，降低管网造价。,22.94,67.61,44.67,6,22.19,66.43,44.24,5,16,60.69,44.69,4,26.31,70.19,43.88,3,28.48,72.29,43.81,2,35.70,78.65,42.95,1,自由水头(m),水压高程(m),地面高程(m),节点编号,以管段1-5为例。节点5的水压高程不低于44.24+16=60.24m，而1点的水压高程为78.65m，管段“1-5”之间的可资用水头为78.65-60.24=18.41m，管段“1-5”的
10、管长为650m，则可选用1000i尽量接近但不超过18.410.65=28.32的较小管径，但考虑为支干管，管径不宜太小，故管段“1-5”选用d=75mm，1000i=18.8，（即650i=12.22）小于28.32 ，符合要求，同样选“2-6”管径d=100mm，列入前两表中。最后的结果绘成下图。,课后作业,要求对上题树枝状管网计算中考虑占沿程水头损失10%的局部水头损失后重新计算，并绘制相关表格及图形。,第一节 园林给水工程,喷灌系统设计,五、喷灌系统的设计,喷灌是喷洒灌溉的简称，是借助一套专门的设备将具有压力的水喷洒到空中，散成水滴降落到地面，供给植物水分的一种灌溉方法。,(一) 喷灌
11、系统简介,喷灌的优点,近似于天然降水，对植物全面进行浇灌，可以洗去树叶上的尘土，增加空气的湿度。 节约用水。 节省空间。,投资较高。 受风和空气温度影响大。 技术要求高。 高、中压灌耗能较大。,喷灌的缺点,喷灌系统的特点,喷灌系统的分类,依喷灌方式，喷灌系统可分为,1、移动式喷灌系统,3、固定式喷灌系统,2、半固定式喷灌系统,水源,管道,喷头,压力水,干、支、立,固定式喷头 旋转式喷头,泵,高位水池,喷灌系统的组成,外露式喷头 地埋式喷头,或,喷头 1按非工作状态分类 (1)外露式喷头：指非工作状态下暴露在地面以上的喷头。这类喷头构造简单、价格便宜使用方便，对供水压力要求不高，但其射程、射角及
12、覆盖角度不便调节，且有碍园林景观。因此般用在资金不足或喷灌技术要求不高的场合。,(2)地理式喷头：是指非工作状态下埋藏在地面以下的喷头。工作时，这类喷头的喷芯部分 在水压的作用下伸出地面，然后按照一定的方式喷洒；当关闭水源，水压消失，喷芯在弹簧的作用 下又缩回地面。地埋式喷头构造复杂、工作压力较高，其最大优点是不影响园林景观效果、不妨碍活动，射程、射角及覆盖角度等喷洒性能易于调节，雾化效果好，适合于不规则区域的喷灌，能够更好地满足园林绿地和运动场草坪的专业化喷灌要求。,管材和管件 管材和管件在绿地喷灌系统中起着纽带的作用。它将喷头、闸阀、水泵等设备按照特定的方式连接在一起，构成喷灌管网系统，以
13、保证喷灌的水量供给。在喷灌行业里，常用的管材有聚氯乙烯(PVC)聚乙烯(PE) 聚丙烯(PP),PVC等塑料管正在逐渐取代其他材质的管道，成为喷灌系统主要的管材。种类有管材、接头、弯头、异径、堵头、法兰等。,(二 ) 固定式喷灌系统设计,1）地形图：比例尺为1/10001/500的地形图，了解设计区域的形状、 面积、位置、 地势等2）气象资料：包括气温、雨量、湿度、风向风速等，其中风对喷灌影响最大。3）土壤资料：主要是土壤的物理性能，包括土壤的质地、持水能力、土层厚度、吸水能力等 ，主要用以确定喷灌强度和灌水定额的依据。4）植被情况：植被的种类、种植面积、根系情况等。5）水源条件：城市自来水或
14、天然水源。6）动力来源：重力还是外力,1、设计基础资料的收集,喷灌的缺点之一就是受风影响大,所以做喷灌工程设计应特别注意此问题。风速风向是确定喷头布置形式和管道布置方式的重要依据。 风向:一般可分为8个方位， 即东、南、西、北、东北、西北、东南、西北八个方向。设计风向是指灌区主要农作物灌水时期内灌水日的主风向。 如此季节没有时显的主风向，应按多风向设计。 风速：指喷灌工作日的平均风速。,2、灌溉制度的设计 （1）设计灌水定额 （2）设计灌溉周期 （3）喷洒方式和喷头组合形式 （4）喷灌强度与喷灌时间,（1）设计灌水定额,灌水定额一次灌水的水层深度（mm)或一次灌水单位面积的用水量（m3/亩)。
15、 设计灌水定额作为设计依据的最大灌水定额。注：若以m0表示m3/亩的灌水定额，以m表示mm的灌水定额，则两者之间的关系为 m0=2/3m即10mm水深相当于6.67m3/亩的灌水量。,其求解方法：利用土壤田间持水量资料计算利用土壤有效持水量资料计算设计灌水定额,利用土壤田间持水量资料计算,式中：m设计灌水定额（mm)r土壤容重（g/cm3); h计算土层深度，即植物主要根系活动层深度（cm)，草坪、花卉可取h=20-30cm；P1适宜的土壤含水率上限（重量%），可取田间持水量的80%-100%；P2适宜的土壤含水率下限（重量%），可取田间持水量的60%-70%,田间持水量是指排水良好的土壤中，
16、排水后不受重力影响而保持在土壤中的水分含量，通常以占干土重量的百分比表示，是确定灌水时间和灌水水量的一个重要指标。公式中的P1、P2（重量%），也可改用P1、P2（体积%）进行计算；因为P=rP，故公式可改写为：几种常见土壤的容重和P、P可参照教材表2- 1-8。,利用土壤有效持水量（指可能被植物吸 收的土壤水分）资料计算设计灌水定额,式中：允许消耗的水分占土壤有效持水量的%；P土壤有效持水量（体积%）; h计算土层深度，即植物主要根系活动层深度（cm)，草坪、花卉可取h=20-30cm；喷灌水的利用系数，考虑喷洒不均匀，水滴被风吹走和蒸发的损失，一般取=0.70.9。,（2 ）设计灌溉周期,
17、灌水周期也叫轮灌期，即植物耗水最旺时期的允许最大灌水间隔时间。,式中：T灌水周期（d)；m灌水定额（mm)；W作物日平均耗水量或土壤水分消耗速率（mm/d)；喷灌水利用系数，取0.70.9。,一般大田作物设计喷灌周期常取5-10日，蔬菜1-3日，绿地灌溉周期可参考以上数据。,喷嘴喷洒的形状有圆形和扇形，一般扇形只用在场地的边角上，其他用圆形。,a. 喷洒方式：,（3）喷洒方式和喷头组合形式,也叫喷头的组合形式，指各喷头的相对位置的安排。在喷头射程相同的情况下，不同的布置形式，其支管和喷头的间距也不相同。教材1表2-1-11是常用的几种喷头布置形式和有效控制面积及使用范围。（常用三角形布局）,b
18、. 喷头布置形式：,在确定喷头的布置形式后，选择合适的喷嘴，每个正规厂家的产品都标明了喷嘴的型号、射程、喷嘴流量、直径、工作压力等，然后根据风速和喷嘴的射程R确定喷头的间距和支管间距。,c. 喷头及支管间距：,表2 喷头组合间距,（4）喷灌强度与喷灌时间,喷灌强度单位时间喷洒于田间的水层深度，（mm/h)。,式中：喷灌强度（mm/h)；QP喷头喷水量（m3/h)；S喷头控制面积（m2)，其单喷头控制面积为S=R2,相邻多行支管上的多个喷头使用时作全圆形喷洒，其单喷头实际控制面积为S=ab，故其喷灌强度可直接按公式计算而不必采用换算系数。,式中：a喷头布置间距（m)；b相邻支管的间距（m)。,多
19、行多喷头喷洒,表1 各类土壤的允许喷灌强度,喷灌时间为了达到既定的灌水定额，喷头在每个位置上所需的喷洒时间。,式中： t喷灌时间（h)；m设计灌水定额（mm)；S喷头有效控制面积（m2); QP喷头喷水量（m3/h)。,3、喷灌系统管道的水力计算,水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。沿程水头损失计算公式：,式中：hf沿程水头损失（m)； L管道长度（m)；v管中水流平均流速（m/s)；R水力半径（m)C谢才系数（m1/2/s),常用曼宁公式计算,曼宁公式：,式中：n粗糙系数，可查表2-1-14。R水力半径（m),对于圆管R=d/4，d为管半径（m),将有关数值代入公式并化简，则：,令 ，S
20、of称为单位（或每米）管长沿程阻力参数，则,式中：Q管中流量（注意单位是m3/s)。,局部水头损失，可按沿程水头损失值的10%计算。,求多孔口管道的水头损失时，可引入“多口系数”，即假定孔口流量相同，依孔口数目求得的一个折算系数。可据孔口数查教材表2-1-16。其中X按第一个喷头至支管进口的距离与喷头间距是否相等分别取1或1/2。,多口系数的引入,4、计算管径,喷嘴选定后，据其布置形式、支管上喷嘴的数量和喷嘴流量（Qp），得出支管的水流量（Q）Q=Qp流量（Q）计算出来后，同给水管道系统一样，查水力计算表，即可得到支管的流速（v）和管径（DN）。主管管径（DN）的确定与主管上连接支管的数量以及
21、设计同时工作的支管的数量有关，主管的流量（Q）随同时工作的支管数量变化而变化。,【例2】一根喷灌主管上接有8根支管，每根支管上有四个喷嘴，已选喷嘴的流量Qp=0.9m/h，喷嘴的连接管DN=20mm，设计要求至少2根支管能同时工作，求出立管、支管和主管管径。,解： 已知Qp=0.9m/h， 每根支管的流量 Q=4Qp=40.9=3.6m/h 主管的设计流量 Qz2Q=7.2m/ h喷灌系统为便于安装和运输，一般多用钢 管和pvc塑料管，现采用镀锌钢管，查钢管水力 计算表得：立管DN=20mm 支管DN=40mm 主管DN=50mm,【例3】设有一根长56mm的喷灌支管，管径为50mm的PVC管
22、，管上装有4个喷头，第一喷头距干管8m，喷头间距为16m，每个喷头喷水量为4.5m3/h，求支管的沿程水头损失 。,解： 进入该支管的流量Q=4.54=18m3/h 用谢才公式求hf，从表中查得Sof=5600s2/m6hf=560056(0.005m3/s)2 =7.84m 喷头数为4，X=8/16=1/2 查表多口系数F=0.393，故支管沿程水头损失为hf=7.84m0.393=3.08m,5、单水源管网喷灌管网布置方式,“一”字型,“L”字形,“T”字形,“H”形,长“一”字形,鱼骨形,梳齿形,扩大的梳齿形,扩大的鱼骨形,管道布置注意事项：,1、坡地上，干管应尽量沿主坡向布置，使支管沿
23、平行于等高线方向布置，这样干管两侧的水头损失较均匀。2、支管适当向干管倾斜，在干管低端应设泄水阀，便于检修及冬季排空管内存水。3、地面立管高，对于草坪、花卉和灌木一般取1.5m-2.0m。,6、喷灌的工作制度,喷灌工作制度是指喷灌工程运行中,喷头在固定位置的喷灌时间, 同时工作的喷头数以及喷头轮灌组的划分等内容。 喷灌的工作制度分轮灌和续灌两种。,确定轮灌方案时，应考虑以下要点：,（1）各轮灌组的工作喷头总数应尽量接近，使系统的流量保持在较小的变动范围。（2）编组应考虑流量分散原则，避免流量集中于某一段干管。（3）编组时应使地势较远或路程较远的喷头数略少；反之略多，从而使水泵始终处于工作高效区
24、。,7、水泵与动力选型,1)设计扬程,式中：H喷头的自由水头典型喷头高程与水源水位高差(m),2)设计流量,根据Hp和Qp，可直接由水泵样本中选定水泵，一般样本中同时给出了配套电机的参数。,式中：Nt为同时工作喷头数。,喷灌系统水的喷洒应该顺主风向，对不同的植物，喷灌的雾化度也要求不同。雾化度取决于喷灌水滴细小程度。水滴小则雾化度高 。水滴小，对作物打击伤害小，但蒸发损失大；水滴大，对作物打击大，但蒸发损失小。因此雾化度不宜过高，也不宜过低。,8、注意问题,工作压力越大、喷嘴直径越小，则雾化度越大，因此以H/d来反映雾化程度。 若喷头工作压力为hp(kpa),喷嘴直径为d(mm),则雾化指标表
25、示为,pd越大则雾化程度越高。,【例4】已知喷头性能参数如下:喷嘴直径d = 9mm,工作压力hp=400kPa, 喷头流量q=6.09m3/h, 射程R=23.4m 。喷灌苗圃地形平坦，土壤为粉壤土，其允许喷灌强度为12mm/h，。支管间距为24m，喷头间距为18m，多支管多喷头同时喷灌。 1）计算该喷头雾化指标； 2）计算喷灌强度。 3）判断雾化指标和喷灌强度是否满足要求,解:（1）计算雾化指标,（2）计算喷灌强度 喷灌水利用系数h取0.9,（3）雾化程度偏高，喷灌强度也超过了粉壤土的允许喷灌强度，不符合规范要求,mm/h,S,解决办法1）减小雾化程度：减小喷头工作压 力；或加大喷嘴直径。 2）减小喷灌强度：减小喷嘴流量；或加大组合间距。,
