论文部分内容阅读
【摘要】在铁路、公路边绿化带植被养护中，针对人工养护浪费水、用工多、效果差、植物成活率低等问题，开展了道路绿化带养护自动测控喷灌技术的研究，采用湿度检测器检测空气和土壤的湿度、数据处理系统判断计算植被需水量、控制系统自动控制喷灌时间和用水量的技术，实现了道路绿化带自动测控喷灌，效果良好，社会经济效益明显，具有较好的推广应用价值。
【关键词】路基; 边坡; 绿化; 植被; 养护; 数据处理; 自动检测控制; 自动喷灌
【中国分类号】U418.9【文献标志码】B
高速铁路、公路施工完成后，为提升线路的品质、修复环境、防沙固土、保护路基，需要对路边进行绿化，但在寒温带半干旱地区，存在新移植苗木生长较弱，绿化养护用水量大、用工多、养护效果差、绿化植物成活率低等问题，针对问题，通过现场试验与实际结合，采用湿度检测器检测空气和土壤的湿度、数据处理系统判断计算植被需水量、控制系统自动控制喷灌时间和用水量的技术，实现了道路绿化带自动测控喷灌养护，有效解决了绿植养护中存在的问题，效果良好。
1 自动测控喷灌工艺原理
自动测控系统由检测系统、数据传输系统、数据处理系统、喷淋系统四部分组成。检测系统随时对土壤和空气的湿度以及水分进行检测，并通过数据传输器将检测的数据发送至数据处理系统进行数据处理，确定是否需要进行喷淋灌溉，同时通过触摸显示屏将控制过程和结果显示于屏幕上，方便人工检测，若湿度达到启动喷淋条件自动启动喷淋系统。具体工艺原理如图1所示。
2 施工工艺流程及操作要点
工艺流程如图2所示。
操作要点如下。
2.1 施工准备
（1）现场准备好蓄水桶、过滤器、水泵、输水管、电磁阀门、喷淋头、土壤湿度感应器等。
（2）对施工人员进行交底及培训，培训合格后上岗。
（3）在苗木种植前应将遮阳棚搭设完成。
2.2 用水量计算
根据绿化的长度、面积及使用的喷头的参数，计算喷头数控，保证灌溉全覆盖。
（1）喷头数量=边坡长度÷喷头间距×边坡平均斜长÷喷头间距=路基长度×2/喷头间距×边坡面积÷边坡长度÷喷头间距
（2）每次最大灌溉量=喷头数量×最大出水流量×每次灌溉时间
2.3 蓄水桶布置
若受场地条件限制，可选用水桶存水，根据上述计算结果的每次最大灌溉量，配置相应的蓄水桶。路基正线需车辆通行，管线不能穿越，因此将水桶放置在边坡正线两侧不易碰撞且交通便利的路基两侧侧沟平台上，左、右两侧平均分布，形成2套独立的灌溉系统，分别负责各自边坡的供水。
2.4 水泵选择与安装
通过计算得知的每次最大灌溉量，分别在两侧配置相应的水泵，需同时满足灌水量和灌溉压力的需要。安装时，将水泵一端与水桶采用螺纹接头连接牢固，另外一端与主管网系统连接牢固。
2.5 过滤系统安装
本灌溉系统采用旋转微喷头灌水设备，对水质要求较高，因而在首部设计采用了叠片式过滤器。优质的过滤设备才能够保证系统的长久稳定运行，因而过滤器设备的重要性在这里就显得十分重要。叠片式过滤器，采用叠片式过滤器，过滤器内部由一個个过滤盘片组成过滤滤芯，过滤级别可达120目，有效去除水中含有的沙子等无机物，过滤精度高达120 μm，而灌水设备的出水口径在0.5 mm左右，基本上可以杜绝堵塞情况的发生，保证灌水终端设备的连续与正常使用。
2.6 管网系统安装
主管网系统采用符合中国标准通用型与厚壁的U-PVC管，直径80 mm，壁厚3 mm，耐压级别不低于1.0 MPa。从水泵出来到各个阀的为主干管，主干管沿线路路基坡脚侧沟平台布设，尽量减少穿越路基面，如果必须穿越路基面时，穿越路面部分外面采用大2#的镀锌管作为套管进行保护。
2.7 喷头安装
根据植株苗木的高度，将喷头安装到苗木上方20 cm左右，确保喷头在充分给绿化植株充分供水，保证浇灌的效果。微喷头需要安装在专用的PE软管上，用专用打孔器，在PE管上打孔后，将连接微喷的毛管通过倒钩接头压入PE管，PE管同U-PVC支管网间采用专用的螺纹接头连接。微喷使用25 mmPE管作为微喷支管。PE支管铺设在种植层表面，毛管自PE上引出沿苗木安装地插微喷头，喷头沿直线安装，可以充分保证安装微喷头的稳定并使之成一直线，在保证灌水的同时，不影响园中的参观的景观效果。
2.8 电磁阀门安装
喷头安装的同时，在每个喷头上安装电磁阀门，用于控制喷淋头。喷淋头上还应安装压力传感器，压力传感器与定位报警系统直接连接通过喷淋头水压的变化来判断是否有故障，并且通过故障定位报警器将位置参数和故障压力发回处理器，方便进行精确定位维修。
2.9 湿度检测器
在每个喷头处埋设1个土壤湿度检测器，埋入深度为15 cm，在正上方装置一个空气湿度检测器，用于检测土壤湿度和空气湿度;路基喷淋养护区域内全覆盖WLAN局域网，用于接收与传输数据。
2.10 数据处理系统
在适宜的位置安放集装箱，集装箱内安装数据处理系统，数据处理系统由智能处理中心和人机交换系统组成，智能处理中心和人机交换系统之间采用触摸显示屏连接，人机交换系统将数据传入到触摸显示屏内，在数据显示屏内输入适合于灌木生长的湿度参数，智能控制中心进行数据分析、识别、处理后，发出信号，控制电磁阀门，同时起到控制喷头的作用。
2.11 喷淋灌溉
一般情况下喷灌系统会根据湿度检测情况自动喷灌，但应注意植物种后当日第一次浇水要浇透，并根据当地情况及时补水;夏日中午，即使自动测控需要喷水，也要避免高温喷灌，因土壤温度骤降，造成根部吸水困难，引起生理干旱，甚至会出现萎蔫坏死。 当土壤含水量不能满足苗木根系的吸收量时，在土壤里部分的水量消耗过大的情况下，应及时对苗木进行浇灌补水。灌溉时必须根据苗木生长的需要，因苗、因地、因时通过数据处理中心进行控制，达到最佳灌溉效果。
3 设备与材料
（1）主要设备（边坡面积7 000 m2）如表1所示。
4 质量控制
4.1 质量要求及检验方法
4.1.1 管网系统
（1）管网系统安装完成后，检查管网的密封性，不允许出现漏水现象。
（2）连接好试压装置后向管内灌水缓慢升压，观察各接口是否渗漏。
4.1.2 湿度检测器
（1）湿度检测器的准确程度、灵敏度满足要求。
（2）通过触摸显示屏输入适合于本苗、本地、当时生长的湿度参数，现场观察喷头是否喷淋，通过喷头喷淋情况与现场实测的土壤湿度作对比，进行数据分析，从而检查湿度检测器的准确程度，如果偏差较大应返厂校正或更换。
4.1.3 数据处理系统
（1）局域网覆盖程度应全面覆盖，数据传送器、数据接收器、控制电脑等硬件连接应良好。
（2）通过终端检测软件检查灌溉范围内局域网覆盖情况，如果不能全面覆盖，应及时处理，保证信号传输顺畅。现场观察每个喷头喷淋情况，如果有喷头不能正常喷淋，加大湿
度参数，再次检查喷淋情况，以此类推，重复试验后，仍不能正常喷淋，检查电磁阀门的连接或质量情况。
4.2 质量控制
水源中禁止出现粒径过大的砂子、水草等杂物防止损坏水泵、滤水器;管网系统材料质量需符合GB/T13663-2000《给水用聚乙烯（PE）管道系统》国家标准要求和GB/T17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》卫生要求;喷灌养护的同时需根据季节性搭设遮阳棚和防寒棚配合养护苗木;喷灌养护时间以边坡绿化植物成活率达到TB 10751-2018《高速铁路路基工程施工质量验收标准》要求后方可拆除整套系统。
5 结束语
通过提前将喷灌区域的土壤含水量和空气含水量的临界值输入自动测控喷灌控制系统，处理系统根据检测系统采集回来的数据进行判断是否启动喷淋灌溉，自动检测土壤含水率和环境空气湿度，根据土壤含水率和湿度判断植被的需水量，控制系统自动控制喷淋灌溉时间和用水量。自动测控喷灌控制系统安装维修简单，操作简便，养护质量好，植被成活率高，节约劳动力和用水用电量。该技术适用于铁路、公路绿化带灌溉养护，而且还可以作为混凝土的养护技术，并在铁路、公路中成功应用，效果良好，社會经济效益明显，具有较好的推广应用价值。
参考文献
[1] 阳厚森，刘文敏，张天顺.温棚土壤湿度自动控制节水喷灌技术[J].农机化研究，2005（2）：101-103.
【关键词】路基; 边坡; 绿化; 植被; 养护; 数据处理; 自动检测控制; 自动喷灌
【中国分类号】U418.9【文献标志码】B
高速铁路、公路施工完成后，为提升线路的品质、修复环境、防沙固土、保护路基，需要对路边进行绿化，但在寒温带半干旱地区，存在新移植苗木生长较弱，绿化养护用水量大、用工多、养护效果差、绿化植物成活率低等问题，针对问题，通过现场试验与实际结合，采用湿度检测器检测空气和土壤的湿度、数据处理系统判断计算植被需水量、控制系统自动控制喷灌时间和用水量的技术，实现了道路绿化带自动测控喷灌养护，有效解决了绿植养护中存在的问题，效果良好。
1 自动测控喷灌工艺原理
自动测控系统由检测系统、数据传输系统、数据处理系统、喷淋系统四部分组成。检测系统随时对土壤和空气的湿度以及水分进行检测，并通过数据传输器将检测的数据发送至数据处理系统进行数据处理，确定是否需要进行喷淋灌溉，同时通过触摸显示屏将控制过程和结果显示于屏幕上，方便人工检测，若湿度达到启动喷淋条件自动启动喷淋系统。具体工艺原理如图1所示。
2 施工工艺流程及操作要点
工艺流程如图2所示。
操作要点如下。
2.1 施工准备
（1）现场准备好蓄水桶、过滤器、水泵、输水管、电磁阀门、喷淋头、土壤湿度感应器等。
（2）对施工人员进行交底及培训，培训合格后上岗。
（3）在苗木种植前应将遮阳棚搭设完成。
2.2 用水量计算
根据绿化的长度、面积及使用的喷头的参数，计算喷头数控，保证灌溉全覆盖。
（1）喷头数量=边坡长度÷喷头间距×边坡平均斜长÷喷头间距=路基长度×2/喷头间距×边坡面积÷边坡长度÷喷头间距
（2）每次最大灌溉量=喷头数量×最大出水流量×每次灌溉时间
2.3 蓄水桶布置
若受场地条件限制，可选用水桶存水，根据上述计算结果的每次最大灌溉量，配置相应的蓄水桶。路基正线需车辆通行，管线不能穿越，因此将水桶放置在边坡正线两侧不易碰撞且交通便利的路基两侧侧沟平台上，左、右两侧平均分布，形成2套独立的灌溉系统，分别负责各自边坡的供水。
2.4 水泵选择与安装
通过计算得知的每次最大灌溉量，分别在两侧配置相应的水泵，需同时满足灌水量和灌溉压力的需要。安装时，将水泵一端与水桶采用螺纹接头连接牢固，另外一端与主管网系统连接牢固。
2.5 过滤系统安装
本灌溉系统采用旋转微喷头灌水设备，对水质要求较高，因而在首部设计采用了叠片式过滤器。优质的过滤设备才能够保证系统的长久稳定运行，因而过滤器设备的重要性在这里就显得十分重要。叠片式过滤器，采用叠片式过滤器，过滤器内部由一個个过滤盘片组成过滤滤芯，过滤级别可达120目，有效去除水中含有的沙子等无机物，过滤精度高达120 μm，而灌水设备的出水口径在0.5 mm左右，基本上可以杜绝堵塞情况的发生，保证灌水终端设备的连续与正常使用。
2.6 管网系统安装
主管网系统采用符合中国标准通用型与厚壁的U-PVC管，直径80 mm，壁厚3 mm，耐压级别不低于1.0 MPa。从水泵出来到各个阀的为主干管，主干管沿线路路基坡脚侧沟平台布设，尽量减少穿越路基面，如果必须穿越路基面时，穿越路面部分外面采用大2#的镀锌管作为套管进行保护。
2.7 喷头安装
根据植株苗木的高度，将喷头安装到苗木上方20 cm左右，确保喷头在充分给绿化植株充分供水，保证浇灌的效果。微喷头需要安装在专用的PE软管上，用专用打孔器，在PE管上打孔后，将连接微喷的毛管通过倒钩接头压入PE管，PE管同U-PVC支管网间采用专用的螺纹接头连接。微喷使用25 mmPE管作为微喷支管。PE支管铺设在种植层表面，毛管自PE上引出沿苗木安装地插微喷头，喷头沿直线安装，可以充分保证安装微喷头的稳定并使之成一直线，在保证灌水的同时，不影响园中的参观的景观效果。
2.8 电磁阀门安装
喷头安装的同时，在每个喷头上安装电磁阀门，用于控制喷淋头。喷淋头上还应安装压力传感器，压力传感器与定位报警系统直接连接通过喷淋头水压的变化来判断是否有故障，并且通过故障定位报警器将位置参数和故障压力发回处理器，方便进行精确定位维修。
2.9 湿度检测器
在每个喷头处埋设1个土壤湿度检测器，埋入深度为15 cm，在正上方装置一个空气湿度检测器，用于检测土壤湿度和空气湿度;路基喷淋养护区域内全覆盖WLAN局域网，用于接收与传输数据。
2.10 数据处理系统
在适宜的位置安放集装箱，集装箱内安装数据处理系统，数据处理系统由智能处理中心和人机交换系统组成，智能处理中心和人机交换系统之间采用触摸显示屏连接，人机交换系统将数据传入到触摸显示屏内，在数据显示屏内输入适合于灌木生长的湿度参数，智能控制中心进行数据分析、识别、处理后，发出信号，控制电磁阀门，同时起到控制喷头的作用。
2.11 喷淋灌溉
一般情况下喷灌系统会根据湿度检测情况自动喷灌，但应注意植物种后当日第一次浇水要浇透，并根据当地情况及时补水;夏日中午，即使自动测控需要喷水，也要避免高温喷灌，因土壤温度骤降，造成根部吸水困难，引起生理干旱，甚至会出现萎蔫坏死。 当土壤含水量不能满足苗木根系的吸收量时，在土壤里部分的水量消耗过大的情况下，应及时对苗木进行浇灌补水。灌溉时必须根据苗木生长的需要，因苗、因地、因时通过数据处理中心进行控制，达到最佳灌溉效果。
3 设备与材料
（1）主要设备（边坡面积7 000 m2）如表1所示。
4 质量控制
4.1 质量要求及检验方法
4.1.1 管网系统
（1）管网系统安装完成后，检查管网的密封性，不允许出现漏水现象。
（2）连接好试压装置后向管内灌水缓慢升压，观察各接口是否渗漏。
4.1.2 湿度检测器
（1）湿度检测器的准确程度、灵敏度满足要求。
（2）通过触摸显示屏输入适合于本苗、本地、当时生长的湿度参数，现场观察喷头是否喷淋，通过喷头喷淋情况与现场实测的土壤湿度作对比，进行数据分析，从而检查湿度检测器的准确程度，如果偏差较大应返厂校正或更换。
4.1.3 数据处理系统
（1）局域网覆盖程度应全面覆盖，数据传送器、数据接收器、控制电脑等硬件连接应良好。
（2）通过终端检测软件检查灌溉范围内局域网覆盖情况，如果不能全面覆盖，应及时处理，保证信号传输顺畅。现场观察每个喷头喷淋情况，如果有喷头不能正常喷淋，加大湿
度参数，再次检查喷淋情况，以此类推，重复试验后，仍不能正常喷淋，检查电磁阀门的连接或质量情况。
4.2 质量控制
水源中禁止出现粒径过大的砂子、水草等杂物防止损坏水泵、滤水器;管网系统材料质量需符合GB/T13663-2000《给水用聚乙烯（PE）管道系统》国家标准要求和GB/T17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》卫生要求;喷灌养护的同时需根据季节性搭设遮阳棚和防寒棚配合养护苗木;喷灌养护时间以边坡绿化植物成活率达到TB 10751-2018《高速铁路路基工程施工质量验收标准》要求后方可拆除整套系统。
5 结束语
通过提前将喷灌区域的土壤含水量和空气含水量的临界值输入自动测控喷灌控制系统，处理系统根据检测系统采集回来的数据进行判断是否启动喷淋灌溉，自动检测土壤含水率和环境空气湿度，根据土壤含水率和湿度判断植被的需水量，控制系统自动控制喷淋灌溉时间和用水量。自动测控喷灌控制系统安装维修简单，操作简便，养护质量好，植被成活率高，节约劳动力和用水用电量。该技术适用于铁路、公路绿化带灌溉养护，而且还可以作为混凝土的养护技术，并在铁路、公路中成功应用，效果良好，社會经济效益明显，具有较好的推广应用价值。
参考文献
[1] 阳厚森，刘文敏，张天顺.温棚土壤湿度自动控制节水喷灌技术[J].农机化研究，2005（2）：101-103.