刘彩虹 王金磊
焦作市黄河华龙工程有限公司
近年来，习近平总书记高度重视生态保护，在2019年9月18日黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上，再次提出要坚持绿水青山就是金山银山的理念，坚持生态优先、绿色发展，共同抓好国家生态保护治理。通过研制“智能控制绿化养护及取水装置的研制与应用”项目，解决了人工在南水北调养护时下渠安放水泵存在安全隐患、苗木喷灌频次和水量难以把控、环境温湿度无律可循、人工浇水费时费力等问题，解放了劳动力、节约了用水和人工成本，提高了树木的成活率，优化了生态环境，具有显著的经济效益和社会效益，推广应用前景广阔。
一、本项研究主要指导思想、依据和原则
以建设“绿色生态”“美化生态”为重要指导思想，坚持绿色发展与技术创新相结合，分类栽培、湿温调节、定时浇灌，解决以往树木浇灌费时、浇灌不均、枯枝干叶等问题，确保树木在精心培育、呵护下，以更加生机、更加盎然的精神茁壮成长，为生态美化、保护生态增添生机与亮点。
二、本项研究所解决的具体问题
智能控制绿化养护及取水装置主要解决了绿化喷灌过程中喷灌频次和水量难以把控的问题；解决了绿化喷灌过程中环境温湿度无律可循的问题；解决了绿化喷灌过程中人工浇水费时费力的问题；解决了人工下渠安放水泵存在安全隐患的问题。
三、本项研究所参考的理论计算依据：
（1）喷灌系统水力计算
喷灌水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失计算
沿程水头损失计算：
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），常用曼宁公式计算。
曼宁公式
n-粗糙系数，可查表得知，
R-水力半径（m），对于圆管R=d/4，d为管半径（m）。
局部水头损失按照沿程水头损失的10%计算。
由于埋设管道为塑料管道（pvc），所以取粗糙系数为0.008，圆管半径为d/4，带入曼宁公式，得出谢才系数，将谢才系数带入沿程水头损失公式计算得知沿程水头损失，水泵实际扬程不得低于沿程水头损失和局部水头损失以及实际高程之和。
（2）喷灌时间计算
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
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）
设计灌水定额计算：
m=0.1γzp（θmax－θmin）/η
γ-土壤容重，g/cm3
z-计划湿润层深度，cm（一般乔灌木选80-100cm，草皮地被选20-40cm,实际结合栽植苗木根系大小确定）
p-设计土壤湿润比，%（一般乔灌木选40%-70%，草皮地被植物选70%-100%）
θmax-适宜的土壤含水率上限（重量%），可取田间持水量的80-100%。田间持水量一般取24%。
θmin-适宜土壤含水量上下限（重量%），可取田间持水量的60-70%。田间持水量一般取24%。
η-灌溉水利用系数，η=0.9
s-喷头说明书既有参数，
QP-喷头说明书既有参数。
由此根据m-设计灌水定额、s-喷头有效控制面积、QP喷头喷水量带入喷灌时间公式即可得知。
四、本项研究的目的和意义
通过发电机作为动力连接水泵将南水北调渠道内的水运往闸区段内喷灌绿植，工作时通过计算水泵杨程，确保水泵杨程满足绿植的高度，达到喷灌要求。将时控开关与温湿度调节仪串联，在喷灌过程中，当同时满足时间、温湿度条件时智能控制绿化及取水装置及时开始工作，满足绿植喷灌。将远程遥控器与时空开关、温湿度调节仪串联，在喷灌过程中，满足时间和温湿度条件但存在下雨的情况下，可立即操作远程遥控器关闭该装置，避免重复喷灌带来的不必要水资源浪费。加装漏电保护器，主要是用来在发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电保护，具有过载和短路保护功能，可用来保护线路或发动机的过载和短路。
五、本项研究所带来的效益分析
在南水北调焦作管理处绿化养护项目中，以夏季高温天气的一个闸区段为例。运用智能控制绿化养护及取水装置前：取水分为渠道深水取水和自来水取水，人工费分别为3500元/月和2500元/月，传统浇灌需至少4名工人，机械费10000元/月，用水量600m3/月，水费4.8元/ m3。投入资金：24880×7=174160元/月运用智能控制绿化养护及取水装置后：工人由原来的4名减少为2名，机械费6000元/月，耗电量约300度/月，每度电平均0.8元；用水量300 m3/月，水费4.8元/ m3，成本投入低，产生效益高。投入资金：13680×7=95760元/月
六、 推广应用前景
该项目通过在多个单位的应用，解决了树木干枯，浇灌费时费力及危险作业问题，提高了树木成活率，产生的经济效益和生态效益显著，最适宜在风景旅游区应用，具有很好的推广前景。