歐玉民，許 萍

（北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水環(huán)境國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，北京100044）

0 引 言

城市綠化不僅具有調(diào)節(jié)城市濕熱環(huán)境和改善城市水環(huán)境等生態(tài)功能，還具有提高居民生活質(zhì)量和改善市容市貌等社會(huì)功能[1]。根據(jù)《2018年中國(guó)國(guó)土綠化狀況公報(bào)》顯示，2018年全國(guó)城市建成區(qū)綠化率達(dá)37.9%，人均公園綠地面積為14.1 m2[2]。對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)家，早在2000年，德國(guó)柏林、英國(guó)倫敦、俄羅斯莫斯科及美國(guó)洛杉磯等城市的人均公園綠地面積已分別達(dá)到26.1、25.4、21.0 及18.06 m2[3]?？梢钥闯?，我國(guó)城市綠化現(xiàn)狀與國(guó)際先進(jìn)水平還存在著較大的差距。隨著未來(lái)我國(guó)城市化進(jìn)程不斷發(fā)展，城市綠地面積逐漸增大，其用水量與水資源短缺之間的矛盾漸顯。

除業(yè)內(nèi)熟知的噴灌、微噴灌及滴灌技術(shù)之外，近年來(lái)還出現(xiàn)了微潤(rùn)灌及痕量灌溉等新興灌溉技術(shù)，不同的灌溉技術(shù)有著不同的特點(diǎn)及適用場(chǎng)景?；诖耍疚脑趯?duì)比噴灌、微噴灌、滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉等不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，基于情景假設(shè)，開(kāi)展了五類節(jié)水灌溉系統(tǒng)用水量及總投資的對(duì)比分析，并以此為基礎(chǔ)，探討了五類灌溉系統(tǒng)對(duì)再生水的適用性問(wèn)題，最后提出了適用于不同城市綠地形式的灌溉系統(tǒng)，旨在為節(jié)水灌溉技術(shù)在城市中的推廣與應(yīng)用提供參考。

1 不同灌溉系統(tǒng)技術(shù)特征及其比較

噴灌、微噴灌、滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉等不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)特征比較見(jiàn)表1。

表1 不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)特征比較Tab.1 Comparison of technical characteristics of different water-saving irrigation systems

由表1可以看出，從出水方式上對(duì)比，噴灌、微噴灌及滴灌均屬于點(diǎn)狀出水，區(qū)別在于灌水器的不同；微潤(rùn)灌溉屬于線狀出水，微潤(rùn)管既是輸水管也是灌水管，水分從管壁逐漸滲出灌溉；痕量灌溉類似于密集的點(diǎn)狀出水，土壤毛細(xì)管力使得水分從痕量灌溉管中流出進(jìn)行灌溉。

從灌水范圍上對(duì)比，噴灌系統(tǒng)工作壓力較微噴灌系統(tǒng)大，噴頭射程范圍也較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)50 m 左右；滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉均屬于局部灌溉，在水分運(yùn)移距離上差別不大。滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉水平方向水分運(yùn)移范圍分別為20～50、40～60 及50～60 cm，垂直方向水分運(yùn)移范圍分別為40～80、50～80及20～80 cm。

從系統(tǒng)抗堵塞性能上對(duì)比，噴灌和微噴灌系統(tǒng)因系統(tǒng)工作壓力大，管道內(nèi)水流速較快，水質(zhì)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的出流量造成較大的影響[14，15]；微潤(rùn)管以管壁滲流的方式出水，管壁遍布出水孔，雖然半透膜孔徑極小，但只要半透膜上微孔沒(méi)被完全堵塞，均能夠持續(xù)出水，系統(tǒng)在以自來(lái)水[16]、井水[17]為水源時(shí)，分別能夠良好運(yùn)行70 d、48 d不發(fā)生堵塞；痕量灌溉管由于其獨(dú)特的過(guò)濾膜結(jié)構(gòu)，抗堵塞性能較優(yōu)[11]，在再生水水源條件下，在17 d 內(nèi)系統(tǒng)出流量變化率小于10%[18]。而滴灌系統(tǒng)，由于灌水器流道尺寸較小，內(nèi)部水流流速較慢，對(duì)水質(zhì)極為敏感[19]，即使在以自來(lái)水為水源的條件下，系統(tǒng)在運(yùn)行38 d左右時(shí)，滴頭出流量下降率達(dá)到了50%[20]。因此從不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)抗堵塞性能上對(duì)比，噴灌系統(tǒng)抗堵塞性能最優(yōu)，微噴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉其次，滴灌系統(tǒng)抗堵塞性能最差。

2 不同灌溉系統(tǒng)用水量及總投資比較

為了更直觀地比較不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)的用水量及總投資，本文以一塊100 m×100 m 的新建草坪作為情景，地點(diǎn)為北京市，以自來(lái)水作為水源，分別以噴灌、微噴灌、滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉等作為灌溉系統(tǒng)，對(duì)用水量及總投資進(jìn)行對(duì)比分析。

根據(jù)2019年《北京市水資源公報(bào)》，北京市多年平均降雨量為488 mm，降雨集中在6?9月，四季多年平均蒸散量依次為4.0、4.7、2.3、1.2 mm/d[21]。蒸散量及降雨量的變化會(huì)對(duì)灌溉制度造成影響，因此本文噴灌、微噴灌、滴灌系統(tǒng)的灌溉制度參考已建成的北京市奧林匹克公園中心區(qū)綠化灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[22]：一年灌溉時(shí)間為200 d，集中在3月中旬至11月下旬，灌溉周期為1 d，噴灌系統(tǒng)一次灌水延續(xù)時(shí)間為0.6 h；微噴灌和滴灌系統(tǒng)一次灌水延續(xù)時(shí)間為1.25 h。由于缺少微潤(rùn)灌和痕量灌溉技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于城市綠地的參考資料，因此在本文設(shè)置情景中，微潤(rùn)管流量參考張國(guó)祥[23]等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)工作壓力為0.02 MPa時(shí)，微潤(rùn)管在地埋條件下流量為63 mL/（m·h）；痕量灌溉管流量參考新疆哈密棗園試點(diǎn)數(shù)據(jù)[13]：當(dāng)工作壓力為0.05 MPa時(shí)，痕量灌溉管在地埋條件下流量為60 mL/（m·h），微潤(rùn)灌和痕量灌溉系統(tǒng)均為24 h持續(xù)出水。

本文考慮灌溉系統(tǒng)總投資包括動(dòng)力設(shè)備成本、預(yù)處理設(shè)備成本、管材及附件成本和運(yùn)行成本四部分，其中動(dòng)力設(shè)備成本為系統(tǒng)泵的費(fèi)用；預(yù)處理設(shè)備成本為系統(tǒng)水源端過(guò)濾裝置費(fèi)用，結(jié)合第1節(jié)中系統(tǒng)抗堵塞性能的對(duì)比結(jié)果，設(shè)定當(dāng)以自來(lái)水為水源時(shí)，僅抗堵塞性能最差的滴灌系統(tǒng)需要在水源端安裝離心過(guò)濾器、網(wǎng)式過(guò)濾器及砂石過(guò)濾器等預(yù)處理裝置；管材及附件單價(jià)參考互聯(lián)網(wǎng)上某同一廠家；運(yùn)行成本包括水費(fèi)和電費(fèi)，單價(jià)均參照北京市標(biāo)準(zhǔn)：自來(lái)水水價(jià)為5 元/m3，電費(fèi)為0.49 元/kWh。水源距離綠地的距離為10 m。為簡(jiǎn)便計(jì)算，忽略系統(tǒng)中沿程和局部損失的影響。

管道管徑計(jì)算方法：對(duì)于單獨(dú)的壓力輸水管道，管徑計(jì)算采用公式（1）；用水量計(jì)算方法如公式（2）所示；系統(tǒng)用電主要為泵電耗，用電量計(jì)算方法如公式（3）所示。

式中：D為管道直徑，m；v為管道流速，m/s，通常為1～3 m/s[24]，此處取1.5 m/s；Q為管道流量，m3/s。

式中：V為用水量，m3；q為系統(tǒng)流量，m3/h；t為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，h。

式中：W為用電量，kWh；P為泵功率，kW；t為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，h。

2.1 噴灌系統(tǒng)

噴灌系統(tǒng)選擇PY1?40 型噴頭，其射程為29.5 m，故系統(tǒng)布置兩根支管，如圖1所示，兩根支管距A、C 兩端距離為25 m，支管間距為50 m，每根支管上布置兩個(gè)噴頭，噴頭距B、D 兩端距離為25 m，噴頭間距為50 m。根據(jù)所選PY1—40 型噴頭流量，代入式（1）和式（2），計(jì)算管道管徑及用水量。根據(jù)噴頭的工作壓力，選擇CDL60?30?1 型多級(jí)泵為動(dòng)力設(shè)備，根據(jù)泵功率代入式（3）計(jì)算用電量。系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)見(jiàn)表2，系統(tǒng)總投資概算見(jiàn)表3。

圖1 噴灌系統(tǒng)布置圖（單位：m）Fig.1 Layout of sprinkler irrigation system

經(jīng)計(jì)算，噴灌系統(tǒng)用水量為51.6 m3/h×0.6 h×200 d=6 192 m3，水費(fèi)為6 192 m3×5元/m3=30 960 萬(wàn)元。用電量為15 kW×0.6 h×200 d=1 800 kWh，電費(fèi)為1 800 kWh×0.49元/kWh=882元。

表2 噴灌系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)Tab.2 Pipe flow，pipe diameter and equipment performance parameters of sprinkler irrigation system

表3 噴灌系統(tǒng)總投資概算Tab.3 Total investment estimate of sprinkler irrigation system

2.2 微噴灌系統(tǒng)

微噴灌系統(tǒng)選擇WPX90?250 單向射流旋轉(zhuǎn)式微噴頭，其射程為2.7 m，故系統(tǒng)布置支管19 根，如圖2所示，支管間距為5 m，其中兩端的支管距A、C 兩端距離為2.5 m，每根支管上布置微噴頭數(shù)量為19個(gè)，微噴頭間距為5 m，兩端微噴頭距B、D 兩端2.5 m。根據(jù)所選微噴頭流量，代入式（1）和式（2），計(jì)算管道管徑及用水量。根據(jù)微噴頭的工作壓力，選擇CDL20?3 型多級(jí)泵為動(dòng)力設(shè)備，根據(jù)泵功率代入式（3）計(jì)算用電量。管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)見(jiàn)表4，系統(tǒng)總投資概算見(jiàn)表5。

圖2 微噴灌系統(tǒng)布置圖（單位：m）Fig.2 Layout of micro sprinkler irrigation system

經(jīng)計(jì)算，微噴灌系統(tǒng)用水量為14.44 m3/h×1.25 h×200 d=3 610 m3，水費(fèi)為3 610 m3×5元/m3=18 050元。用電量為4 kW×1.25 h×200 d=1 000 kWh，電 費(fèi)為1 000 kWh×0.49 元/kWh=490元。

2.3 滴灌系統(tǒng)

滴灌系統(tǒng)選擇WDF16/2.1?100 單翼迷宮式滴頭，假設(shè)滴頭單側(cè)濕潤(rùn)土壤距離為0.5 m，故系統(tǒng)共設(shè)置100根長(zhǎng)為100 m的支管，如圖3所示，支管間距為1 m，其中兩端的支管距A、C 兩端0.5 m，每根支管上布置100個(gè)滴頭，滴頭間距為1 m，兩端的滴頭距離B、D 兩端0.5 m。根據(jù)所選滴頭流量，代入式（1）和式（2），計(jì)算管道管徑及用水量。根據(jù)滴頭工作壓力，選擇CDL20?1 型多級(jí)泵為動(dòng)力設(shè)備，根據(jù)泵功率代入式（3）計(jì)算用電量。系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)見(jiàn)表6，系統(tǒng)總投資概算見(jiàn)表7。

表4 微噴灌系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)Tab.4 Pipe flow，pipe diameter and equipment performance parameters of micro sprinkler irrigation system

表5 微噴灌系統(tǒng)總投資概算Tab.5 Total investment estimate of micro sprinkler irrigation system

圖3 滴灌系統(tǒng)布置圖（單位：m）Fig.3 Layout of drip irrigation system

經(jīng)計(jì)算，滴灌系統(tǒng)用水量為20 m3/h×1.25 h×200 d=5 000 m3，水費(fèi)為5 000 m3×5 元/m3=25 000 元。用電量為1.1 kW×1.25 h×200 d=275 kWh，電 費(fèi)為275 kWh×0.49 元/kWh=134.75元。

2.4 微潤(rùn)灌系統(tǒng)

微潤(rùn)灌系統(tǒng)中，微潤(rùn)管流量為63 mL/（m·h），即1.512 L/（m·d）。假設(shè)微潤(rùn)管單側(cè)濕潤(rùn)土壤距離為0.5 m，故共設(shè)置100根長(zhǎng)為100 m 的微潤(rùn)管，如圖4所示，管間距為1 m，其中兩端的微潤(rùn)管距A、C 兩端0.5 m。根據(jù)流量代入式（1）和式（2），計(jì)算管道管徑及用水量。系統(tǒng)工作壓力為0.02 MPa，故選擇CDL2?2 型多級(jí)泵為動(dòng)力設(shè)備，根據(jù)泵功率代入式（3）計(jì)算用電量。系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)見(jiàn)表8，系統(tǒng)總投資概算見(jiàn)表9。

表6 滴灌系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)Tab.6 Pipe flow，pipe diameter and equipment performance parameters of drip irrigation system

表7 滴灌系統(tǒng)總投資概算Tab.7 Total investment estimate of drip irrigation system

圖4 微潤(rùn)灌系統(tǒng)布置圖（單位：m）Fig.4 Layout of moistube irrigation system

表8 微潤(rùn)灌系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)Tab.8 Pipeline flow，pipe diameter and equipment performance parameters of moistube irrigation system

經(jīng)計(jì)算，微潤(rùn)灌系統(tǒng)用水量為0.63 m3/h×24 h×200 d=3 024 m3，水費(fèi)為3 024 m3×5 元/m3=15 120 元。用電量為0.37 kW×24 h×200 d=1 776 kWh，電費(fèi)為1 776 kWh×0.49 元/kWh=870.24元。

表9 微潤(rùn)灌系統(tǒng)總投資概算Tab.9 Total investment estimate of moistube irrigation system

2.5 痕量灌溉系統(tǒng)

痕量灌溉系統(tǒng)中，痕量灌溉管流量為60 mL/（m·h），即1.440 L/（m·d）。假設(shè)痕量灌溉管單側(cè)濕潤(rùn)土壤距離為0.5 m，故共設(shè)置100 根長(zhǎng)為100 m 的痕量灌溉管，如圖5所示，管間距為1 m，其中兩端的痕量灌溉管距A、C 兩端0.5 m。根據(jù)流量代入式（1）和式（2）計(jì)算管徑及用水量，系統(tǒng)工作壓力為0.05 MPa，故選擇CDL2?2 型多級(jí)泵為動(dòng)力設(shè)備，根據(jù)泵功率代入式（3）計(jì)算用電量。系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)見(jiàn)表10，系統(tǒng)總投資概算見(jiàn)表11。

圖5 痕量灌溉系統(tǒng)布置圖（單位：m）Fig.5 Layout of trace irrigation system

表10 痕量灌溉系統(tǒng)管道流量、管徑及設(shè)備性能參數(shù)Tab.10 Pipe flow，pipe diameter and equipment performance parameters of trace irrigation system

經(jīng)計(jì)算，痕量灌溉系統(tǒng)用水量為0.60 m3/h×24 h×200 d=2 880 m3，水費(fèi)為2 880 m3×5 元/m3=14 400 元。用電量為0.37 kW×24 h×200 d=1 776 kWh，電費(fèi)為1 776 kWh×0.49 元/kWh=870.24元。

噴灌、微噴灌、滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉等幾種不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)單位面積年用水量見(jiàn)圖6。

由圖6可知，微潤(rùn)灌和痕量灌溉系統(tǒng)單位面積年用水量較滴灌系統(tǒng)分別減少了39.60%、42.40%，這與王新生[25]、劉學(xué)軍[12]等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，主要原因是微潤(rùn)管及痕量灌溉管出水后浸潤(rùn)土壤，而土壤不能將水分及時(shí)地?cái)U(kuò)散出去，減少了灌水器內(nèi)外的水勢(shì)梯度，從而抑制了水分的出流[11,23]。噴灌系統(tǒng)單位面積年用水量在五類灌溉系統(tǒng)中最大，為0.619 m3/（m2·a）。

表11 痕量灌溉系統(tǒng)總投資概算Tab.11 Total investment estimate of trace irrigation system

圖6 不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)單位面積年用水量Fig.6 Annual water consumption per unit area of different water saving irrigation systems

噴灌、微噴灌、滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉等幾種不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)單位面積投資見(jiàn)圖7。

圖7 不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)單位面積投資Fig.7 Unit area investment of different water saving irrigation systems

由圖7可知，微潤(rùn)灌和痕量灌溉系統(tǒng)單位面積投資最高，分別為8.09、8.02 元/m2，其中運(yùn)行成本占比分別為19.76%、19.04%，管材附件成本占比分別達(dá)到了78.69%、79.40%；噴灌系統(tǒng)在五類灌溉系統(tǒng)中單位面積投資最少，為3.84 元/m2，其中運(yùn)行成本占比達(dá)到了82.88%；滴灌系統(tǒng)單位面積投資為4.47 元/m2，其中管材及附件成本占比20.23%，預(yù)處理設(shè)備成本占比17.88%，運(yùn)行成本占比56.19%。

3 不同灌溉系統(tǒng)對(duì)再生水的適用性比較

我國(guó)人均水資源量?jī)H為世界平均水平的1/4，水資源短缺問(wèn)題在我國(guó)十分嚴(yán)重[26]。而再生水作為非傳統(tǒng)水資源，具有量大、穩(wěn)定和集中等特點(diǎn)，因此再生水回用是緩解水資源緊張的重要手段，其中，灌溉綠地是再生水回用的主要途徑之一。雖然再生水灌溉會(huì)對(duì)土壤環(huán)境及植物產(chǎn)生一定影響，但從目前研究結(jié)果來(lái)看，再生水作為綠地灌溉水源是可行的[27]。而再生水復(fù)雜的水質(zhì)極有可能會(huì)引起灌溉系統(tǒng)如滴灌等堵塞進(jìn)而影響出水[28]。隨著再生水回用城市綠地灌溉系統(tǒng)不斷地推廣與應(yīng)用，各類灌溉系統(tǒng)對(duì)再生水的適用性問(wèn)題隨之而來(lái)。

結(jié)合第1節(jié)中關(guān)于系統(tǒng)抗堵塞性能的比較得知，噴灌和微噴灌系統(tǒng)抗堵塞性能較強(qiáng)，因此，本文比較了滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉等三類灌溉系統(tǒng)對(duì)于水源水質(zhì)指標(biāo)的控制閾值，見(jiàn)表12。

表12 滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉系統(tǒng)對(duì)于水源水質(zhì)指標(biāo)的控制閾值Tab.12 Control threshold of water quality index for drip irrigation，moistube irrigation and trace irrigation systems

由表12可知，滴灌系統(tǒng)的再生水堵塞問(wèn)題一直是學(xué)者們研究的重點(diǎn)，近年來(lái)取得了不少研究成果[29，30，33]。而目前針對(duì)微潤(rùn)灌及痕量灌溉系統(tǒng)堵塞問(wèn)題的研究集中在水中的不溶性顆粒物，而再生水中的溶解性物質(zhì)對(duì)微潤(rùn)灌及痕量灌溉系統(tǒng)的堵塞特性及機(jī)理鮮有研究結(jié)果支撐，因此未來(lái)可在這些方面進(jìn)行更加深入的探討。

此外，灌溉系統(tǒng)對(duì)再生水的適用性不僅僅是系統(tǒng)抗堵塞性能的問(wèn)題，還涉及到經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。如北京市為大力推廣居民使用再生水，定價(jià)比自來(lái)水低（再生水為3.5元/m3，自來(lái)水為5 元/m3），長(zhǎng)期使用再生水能節(jié)省大量水費(fèi)（以本文計(jì)算的噴灌系統(tǒng)為例，每年可節(jié)省水費(fèi)6 192 m3×（5?3.5）元/m3=9 288 元），然 而 以 再 生 水為 灌 溉 水源，需在水源端安裝過(guò)濾裝置甚至混凝沉淀、膜處理等深度處理工藝[34]，導(dǎo)致系統(tǒng)初期投資及運(yùn)行能耗增加（過(guò)濾裝置投資為灌溉系統(tǒng)總投資的5%～15%，能耗為總能耗的10%～30%[35]），再加上系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，過(guò)濾器的過(guò)濾效率降低，其反沖洗水費(fèi)及相應(yīng)泵電費(fèi)，系統(tǒng)內(nèi)部堵塞后的處理費(fèi)如加氯、加酸處理費(fèi)及人工費(fèi)等都不可忽視，使得再生水回用綠地灌溉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題變得復(fù)雜。

因此未來(lái)可通過(guò)優(yōu)化過(guò)濾器及灌水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高過(guò)濾及抗堵塞性能。針對(duì)再生水回用綠地灌溉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，可通過(guò)建立經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，以節(jié)水為目標(biāo)，投資最少為原則，探索過(guò)濾裝置+灌溉系統(tǒng)的最優(yōu)組合模式，為再生水回用綠地灌溉提供參考。

4 適用于不同城市綠地形式的灌溉系統(tǒng)分析

與大面積的農(nóng)作物種植不同的是，城市綠地形式多樣復(fù)雜且分散化，分散化的形式給灌溉系統(tǒng)的布置、灌溉水源的選擇及灌溉能源的供給帶來(lái)了許多困難，這也是節(jié)水灌溉技術(shù)在城市中推廣受限的原因之一。從綠地形式上看，公園、社區(qū)公園及單位附屬綠地面積較大，對(duì)綠地外觀質(zhì)量有較高要求；街旁和道路綠地均以狹長(zhǎng)的形式為主；居住綠地面積小、地塊多且分散，近些年還出現(xiàn)屋頂綠化和垂直綠化等城市綠化新形式。綜合考慮技術(shù)特征、用水量、總投資及對(duì)再生水的適用性等因素，本文提出適用于不同城市綠地形式的灌溉系統(tǒng)，見(jiàn)表13。

表13 適用于不同城市綠地形式的灌溉系統(tǒng)Tab.13 Suitable irrigation system for different urban green space forms

在不同城市綠地形式中，公園、社區(qū)公園和單位附屬綠地等的綠地面積較大，可采用射程范圍大的噴灌系統(tǒng)，若對(duì)綠地外觀質(zhì)量有較高要求，也可采用微噴灌系統(tǒng)；微潤(rùn)灌系統(tǒng)額定工作壓力僅為0.02 MPa，若水力勢(shì)能可滿足要求，也可不設(shè)水泵，便于安裝，且其灌水器形態(tài)類似手持軟管，對(duì)地形的適應(yīng)性較好，但其管材單價(jià)較高（6 元/m），因此適用于居住綠地、街旁及道路綠地等小面積綠地；屋頂綠化由于地勢(shì)高、風(fēng)速大等原因，對(duì)噴灌及微噴灌出水會(huì)造成影響，且采用噴灌系統(tǒng)容易導(dǎo)致屋頂漏水[36]，因此可采用微潤(rùn)灌和痕量灌溉等地下灌溉系統(tǒng)，避免刮風(fēng)對(duì)系統(tǒng)出水效果的影響；垂直綠化需水量較大，可達(dá)1～20 L/（m2·d）[37]，因此滴灌、微潤(rùn)灌及痕量灌溉等出水量較小的系統(tǒng)（見(jiàn)表1）均不適用，可采用噴灌系統(tǒng)，制定合理的灌溉制度，穩(wěn)定供水。

綜合考慮不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)的技術(shù)特征、用水量、總投資及對(duì)再生水的適用性等因素，建議主要推廣微噴灌及微潤(rùn)灌系統(tǒng)在城市綠地中的應(yīng)用，其中，微噴灌系統(tǒng)適用于公園、社區(qū)公園和單位附屬綠地等大面積綠地；居住綠地、街旁及道路綠地等小面積綠地則以采用靈活性較高的微潤(rùn)灌系統(tǒng)為主；屋頂綠化和垂直綠化則可根據(jù)其特點(diǎn)，選擇微潤(rùn)灌和噴灌系統(tǒng)。

5 結(jié)論與展望

（1）本文基于情景假設(shè)，對(duì)比了微潤(rùn)灌、痕量灌溉等新興節(jié)水灌溉系統(tǒng)與噴灌、微噴灌及滴灌等傳統(tǒng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的用水量及總投資。結(jié)果顯示，微潤(rùn)灌及痕量灌溉系統(tǒng)的單位面積年用水量分別較滴灌系統(tǒng)減少了39.60%、42.40%；痕量灌溉及微潤(rùn)灌系統(tǒng)單位面積投資分別是噴灌系統(tǒng)的2.11、2.09倍，主要原因在于管材及附件的成本較高。

根據(jù)《中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，2018年全國(guó)建成區(qū)綠化覆蓋面積為242萬(wàn)hm2，假設(shè)全部由噴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌水，灌水定額為1.50 L/（m2·d），則全國(guó)綠化用水量為132.49 億m3。若全部替換成由痕量灌溉系統(tǒng)進(jìn)行供水，能節(jié)水53.47%（見(jiàn)圖6），則全國(guó)綠化用水量能減少70.85 億m3/a，減少的水量相當(dāng)于2018年全國(guó)公共服務(wù)用水量的80.94%。

（2）在比較五類節(jié)水灌溉系統(tǒng)技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)不同灌溉系統(tǒng)對(duì)再生水的適用性進(jìn)行了探討。認(rèn)為再生水中的溶解性物質(zhì)對(duì)微潤(rùn)灌及痕量灌溉系統(tǒng)的堵塞特性及機(jī)理研究是未來(lái)關(guān)注的熱點(diǎn)之一。此外，張國(guó)祥[13]、張志新[38]等對(duì)痕量灌溉系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、抗堵塞性能存疑。因此未來(lái)可在這些問(wèn)題上進(jìn)行更加深入的探討。

（3）綜合考慮不同節(jié)水灌溉系統(tǒng)的技術(shù)特征、用水量、總投資及對(duì)再生水的適用性等因素，在維持城市綠地良好面貌前提下，建議主要推廣微噴灌及微潤(rùn)灌系統(tǒng)在城市綠地中的應(yīng)用。