运动场自然草坪养护及监控系统的制作方法

本实用新型涉及一种以减少水资源浪费、科学养护和自动监控的运动场自然草坪养护及监控系统。

背景技术：

中国足球的发展与足球场地的建设紧密相连，全国足球场地的数量决定着全国足球人口的数量，而场地的质量直接影响着足球运动员的素质水平。建设更多优质的足球场，令更多的人有更多的机会踢足球，无疑是促进足球发展的核心因素。

运动场草坪质量的优劣是衡量一片场地好坏的关键所在，它决定比赛的质量、球场的使用寿命及运动员的临场发挥。平整松软的草坪为运动员展开高难动作奠定了基础，可让运动员更自由、专注地发挥技术实力，同时对减少运动伤害、增加比赛的竞争激烈程度和提高观赏性都具有很大帮助。然而，天然草运动场高昂的后期养护费用已成为阻碍场地建设的根本原因，巨大的水资源消耗与浪费使其养护成本高居不下，最终令很多建设方望而生畏。

目前全世界运动场草坪大多利用大功率水泵对草坪进行喷灌养护，为增加场地透水率，满足草坪快速排水的要求，“砂基础”(含砂率达到90％的场地基础设计)已成为运动场草坪场地基础设计标准。如前所述，由于“砂基础”空隙率过大，导致水、肥流失严重。另外，由于草坪需经常修剪维护，草坪修剪过的伤口被水淋湿后，极易产生病虫害，因此需要施用大量农药给予治理。水、电、肥、药的大量使用成为草坪运动场消耗水、电资源、污染环境及养护成本过高的原因。

运动场草坪生态养护首先亟待解决的是水资源的利用问题，在目前全世界范围内水资源供需矛盾的情况下，这种大量的使用有限水资源现象使得在我国发展草坪业变得异常艰难。这也就使得草坪上的节水灌溉，变的颇为重要。随着节水灌溉理念的深入，近些年提出的很多微灌溉形式又使得草坪节水理念明朗可行。其中，由于地下渗灌其自身众多的优点而备受研究人员的亲睐。地下渗灌在草坪业上的提出，不仅可以在很大程度上解决大量用水的问题，同时也为草坪业在我国的可持续发展奠定了一定的基础。

地下渗灌是微灌溉技术的应用之一，它是利用埋于地下一定深度的渗水管道将灌溉水源输入田间，借助土壤毛细管作用湿润土壤的给水方法。地下渗灌可使水分直接送达草坪根系，减少地表水分的蒸发与径流，从而改善草坪根区的微环境和植物的生长状况。

与其他灌溉系统相比，地下渗灌有以下很多优点：

1)节水节肥效果明显。由于水分是从地下管道输送到根区，因而减少了地表径流和地表蒸发所产生的水分的损失。同时，如果在灌溉时加入肥料，也会使得肥料得到更好的利用。不像地表施肥，会导致肥料的浪费。

2)促使植物得到良好生长。由于水分和肥料是从地下根区直接适时适量供应，从而形成了良好的微环境，这样有利于植物吸收养分，进而使草坪更好的生长。

3)便于管理。渗灌管道埋设在地下，因此渗灌时并不影响草坪的正常使用。此技术避免了直接为草坪地表给水，从而减少了地表杂草种子的萌发和生长，降低了处理杂草的高额管理费用。这点对于草坪未来的管理起着至关重要的作用。

4)减少草坪污染。由于肥料是跟随水分通过地下渗灌管路一起供给与草坪，因此减少了草坪施肥对地表带来的污染。使得运动场草坪环境更加健康。

5)降低生产成本。以往在草坪上使用的地表喷灌设备均需花费大量资金采购，同时需要大量的人力进行管护。相比之下，新技术渗灌系统的应用节省了人力和其它方面的成本。例如，杂草防除所需的人力就大大减少。

6)减小对土壤结构的破坏。减少了地表的冲刷，降低了土壤的紧实度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提供一种以自然草坪土壤结构为基础，配备地下渗灌管路系统并对草坪土壤水分实时监控的运动场自然草坪养护及监控系统。

本实用新型的目的是这样实现的：运动场自然草坪养护及监控系统，其特征在于：由自然草坪土壤结构、地下渗灌管路系统和草坪土壤水分实时监控系统三部分组成，其中：

自然草坪土壤结构：地表以下铺设50厘米厚的细砂，50-550厘米部分为改良土壤，再向下部分为素土夯实；

地下渗灌管路系统：由蓄排水池、首部枢纽和地下管网三部分组成；首部枢纽包括潜水泵、真空泵、气水分离器、气泵、排水阀、给水阀、通气阀、水表、过滤器和控制箱；地下管网由主管道、支管道和毛管组成；水泵安装在蓄排水池上方，通过管道连接给水阀后与草坪地下管网的主管道一端连通；气泵在连接通气阀及温控阀后也由管道与草坪地下管网的主管道一端连通；主管道连通微孔管，真空泵及气水分离器连接排水阀后与草坪地下管网的主管道另一端连通，真空泵及气水分离器的出水口通向蓄排水池内；在地下管网连接气水分离器、排水阀前设置一自来水补水管通向蓄排水池，并在其上装有补水阀；

草坪土壤水分实时监控系统：将多枚土壤水分传感器平均分布埋入运动场自然草坪下方土壤内，经电缆将传感器信号收集传给计算机终端，并上传至互联网服务器，通过互联网服务器进行远程控制。

本实用新型的目的还可以这样实现：微孔管直径为50-75㎜，微孔直径为5mm，均匀开5排小孔，管上缠绕有无纺布，防止管孔的堵塞；微孔管网设置在草坪土壤下20-30㎝处。

微孔管网各个微孔管之间间距为1-1.2m。

土壤水分传感器埋入运动场自然草坪下方土壤内的深度为400mm。

本实用新型具有如下有益效果：改变运动场草坪“砂基础”的传统做法，不再考虑排水影响，而是根据所选草种对土壤质地、肥、水、酸碱度等不同的需求，对土壤进行针对性改良，使用更加保水保肥的沃土。由改良土壤的沃土组建的运动场主体与合理密植的草坪联为一体，使该系统的应用达到最佳效果。运动场天然草坪养护及监控系统为循环利用水和修剪产生的草渣等资源提供了保障。草坪养护人员可根据监控数据实时掌握草坪土壤的水含量，进而合理的对草坪进行补水与排水，避免了疏于管理对水资源的浪费。同时对不同地区不同气候监理富有针对性的养护制度、方法和方案，以确保该系统发挥最大功效。

附图说明

图1本实用新型整体结构框图

图2本实用新型草坪土壤结构示意图

图3本实用新型地下渗灌管路系统示意图

图4本实用新型草坪土壤水分实时监控系统结构示意图

具体实施方式

本实用新型利用低压动力设备，通过埋设在运动场草坪坪床中的地下管道和微孔管网，从草坪根部进行水和气的补给、排放或者循环，进一步通过在水中混合肥料、调节气体的温度等，实现给水、排水、通气、温控和施肥、远程监控等多种功能，从而达到对土壤进行生态调控、进而达到对草坪进行生态养护的目的。

如果以人体进行比喻，低压动力设备相当于人体的心脏，地下管道相当于人体的动脉和静脉，微孔管网和土壤本身相当于人体的毛细血管，而草坪土壤水分实时远程监控系统则相当于身体的中枢神经控制着整个系统的运转。在这套系统的默契配合下，草坪所需的营养物质输送到草坪的根部，由监控系统实时监测土壤含水量，保障草的健康生长的同事而不造成资源浪费。

参见附图1-4，运动场自然草坪养护及监控系统，由自然草坪土壤结构、地下渗灌管路系统和草坪土壤水分实时监控系统三部分组成，其中：

自然草坪土壤结构：地表以下铺设50厘米厚的细砂，50-550厘米部分为改良土壤，再向下部分为素土夯实；

地下渗灌管路系统：由蓄排水池、首部枢纽和地下管网三部分组成；首部枢纽包括潜水泵5、真空泵1、气水分离器2、气泵3、排水阀4-1、给水阀4-2、通气阀4-3、水表、过滤器和控制箱；地下管网由主管道、支管道和毛管组成；水泵5安装在蓄排水池上方，通过管道7连接给水阀4-2后与草坪地下管网的主管道6-1一端连通；气泵3在连接通气阀4-3及温控阀后也由管道与草坪地下管网的主管道6-1一端连通；主管道6-1连通微孔管6-2，真空泵及气水分离器连接排水阀4-1后与草坪地下管网的主管道6-1另一端连通，真空泵及气水分离器的出水口通向蓄排水池内；在地下管网连接气水分离器、排水阀前设置一自来水补水管通向蓄排水池，并在其上装有补水阀；

草坪土壤水分实时监控系统：将多枚土壤水分传感器平均分布埋入运动场自然草坪下方土壤内，经电缆将传感器信号收集传给计算机终端，并上传至互联网服务器，通过互联网服务器进行远程控制。

具体讲，运动场天然草坪养护及监控系统由水源(蓄水池)、首部枢纽和地下管网三部分组成。其中，首部枢纽集中安装加压、调节、控制、净化、施肥(药)、保护及量测等设备，主要包括水泵、气(热)泵、真空泵、阀门、水表、过滤器、控制箱等几部分；地下管网主要包括无孔的干、支管和微孔毛管。水泵安装在蓄排水池上方，通过管道连接给水阀后与草坪地下管网的主管道一端连通；气泵及气热泵在连接通气阀及温控阀后也由管道与草坪地下管网的主管道一端连通；真空泵(含气水分离器)连接排水阀后与草坪地下管网的主管道另一端连通，真空泵(含气水分离器)的出水口通向蓄排水池内；在草坪地下管网连接气水分离器、排水阀前设置一自来水补水管通向蓄排水池，并在其上装有补水阀；草坪地下管网由主管道、支管道和毛管组成；将多枚土壤水分传感器平均埋入运动场天然草坪下方土壤内，经电缆将传感器信号收集并上传至互联网服务器。

首部枢纽相当于系统的心脏，其动力装置包括水泵、气热泵、真空泵(含气水分离器)，在排水阀、给水阀、通气阀、温控阀、直排阀等阀门的共同配合下，对系统的血脉即地下管网进行水和气的调控，以实现给排水(含施肥)、通气、温控等功能。

由计算机端将土壤水分传感器监测的草坪土壤水含量的数据报告给养护人员，以实现实时提醒灌溉与排水，进而科学养护草坪，避免干枯与烂根，达到减少水资源浪费的目的。

地下管网的材质一般为PVC或PPR管，其中微孔管(也叫毛管、渗灌管)上开有小孔，形成微孔管网，微孔管网是实现系统功能的核心部件，在水或气的流动与交换下，实现水资源、氧气、肥料和温度等的供给或控制。

微孔管直径为50-75㎜，微孔直径为5mm，一般可以均匀开5排小孔，管上缠绕有无纺布，防止管孔的堵塞。

微孔管的埋深决定于土壤性质及冻深(北方)，适宜的埋设深度可使水分通过渗灌毛细管路令土壤充分湿润，使土壤表层也能达到一定的湿润程度而不溢出，同时土深层渗漏达到最小值。一般粘质土埋深大，砂质土埋深小。运动场草坪草的生命力与草的根系成长的深度密切相关，因此还要考虑到有利于根系向深度发展的因素。综上所述，微孔管网设置在草坪土壤下20-30㎝处为宜。

微孔管的间距主要决定于土壤性质和供水管道的压力。土壤颗粒越细，土壤的吸水能力越强，渗灌时土壤的湿润范围也越大；土壤颗粒越粗，土壤的吸水能力越弱，渗灌时土壤的湿润范围越小。因此，砂质土中，微孔管间距宜较小，粘质土中，微孔管间距宜较大。另外，灌水压力较大时，微孔管间距可稍大，低压或无压渗灌时，微孔管间距应较小。在确定微孔管间距时，应使相邻两条管道的浸润曲线重合一部分，微孔管间距变化较大(为0.25～5m)。一般来说，草坪较窄，而蔬菜、果树较宽。采用生态养护系统的土壤经过改良后，颗粒较细，应采用低压供水，所以一般间距为1-1.2m。

水泵的选择取决于微孔管渗灌水压的大小，它取决于微孔管的总长度，也影响微孔管的总出水量。确定灌水压力的主要依据是微孔管的总铺设长度，通常以管道首端和末端流量偏差不超过20％为宜。我国采用的灌水压力多为5.88～29.4kPa。本系统的灌水压力可以更低。

运动场天然草坪养护及监控系统是以地下微孔管网为基础，通过科学的养护方案配合远程监控实现对草坪土壤的生态调控，在避免水资源浪费的同时实现草坪健康生长。为达到此系统应用效果最大化，应结合使用如下几点技术：

(1)、土壤改良技术

改变运动场草坪“砂基础”的传统做法，不再考虑排水影响，而是根据所选草种对土壤质地、肥、水、酸碱度等不同的需求，对土壤进行针对性改良，使用更加保水保肥的沃土。由改良土壤的沃土组建的运动场主体与合理密植的草坪联为一体，是使该系统的应用达到最佳效果的重要前提。

(2)、资源循环利用技术

运动场天然草坪养护及监控系统为循环利用水和修剪产生的草渣等资源提供了可能：

1)水循环辅助设施：构建多功能(灌、蓄、排)管沟系统，以及环保型蓄水池，可实现水资源的循环利用。

2)草渣收集与还坪:解除了对“砂基础”的依赖，将每次修剪形成的草渣收集利用，而非视为废物扔弃。收集的草渣经化学反应后形成有机肥料并返还草坪，实现草渣还坪。若干年后，此种土壤培肥使草坪及土壤进入原始的自然生长状态，达到良性循环，亦可不再使用或少用化肥及农药。草渣还坪不仅实现了养分(肥料)的循环利用，也使化肥、氮肥对环境的污染得到了解决。

(3)、草坪养护管理技术

采用运动场天然草坪养护及监控系统之后，草坪养护人员可根据监控数据实时掌握草坪土壤的水含量，进而合理的对草坪进行补水与排水，避免了疏于管理对水资源的浪费。同时对不同地区不同气候监理富有针对性的养护制度、方法和方案，以确保该系统发挥最大功效。