摘 要：本作品针对高速公路中央分隔带绿化植物灌溉难、花费大等问题，在高速公路已有的集排水系统基础上，提出了一个节能高效的自动灌溉方案。本方案由高速公路自身集水部分、节水自动灌溉两部分组成。自身集水部分即降落于高速公路路面的雨水依次经过护坡、边沟、渗沟、沉淀池、集水箱，完成净化和收集过程；节水自动灌溉部分即埋设于中央分隔带下方的渗灌管道，并配有土壤含水量检测器进行实时监测，当植物需要时进行灌溉，若水源不充足可以直接从中央分隔带下的供水管道供给。局部供电系统通过在道路下面设压电陶瓷片发电，来为自动灌溉系统提供所需要的电能。该方案施工简单，成本低，效果好，值得广泛推广应用。

1.研究背景

随着社会经济的发展和环保意识的提高，高速公路上的绿化越来越受到重视。中央分隔带绿化是行车过程中视线触及最多的景色，其主要目的是防眩、下部埋设管道、安全、美观等。但目前中央分隔带绿化突出存在几个问题：

1.植物成活率低，很难达到预计目的；

2.灌溉劳动强度高、难度大、费用高、不安全；

3.传统人工漫灌和洒水车式浇灌方式，不但洒水不均且易对路面造成破坏。

然而我国地大物博，高速公路的建设是必然，中央分隔带的绿化亦不可缺少。在没有新的方法替换中央分隔带的绿化之前，提高中央分隔带植物成活率、降低灌溉难度和成本成为改善高速公路绿化状况的迫切需求。在这样的背景下，我们提出了一种自动化程度高、安装方便、成本低廉且能显著提高植物成活率的中央分隔带自动化灌溉系统设计方案。

2.设计原理

本文以郑州市的高速公路为例，通过对高速公路和现有的绿化灌溉模式的调研以及对雨量的初步计算，论证了高速公路中央分隔带自动灌溉的可行性，并提出作品的推广应用途径及价值。

2.1 设计思路

高速公路本身具有集流槽、边沟、渗沟、排水管道等一系列完善的集排水设施，已知边沟每隔一定的距离就会有一个最低点，在这个最低点汇集集流槽所收集的道路上的多余水量，边沟最低点为可渗透结构，通过渗透，水量渗入充满碎石的渗沟中，经过简单过滤后再由地下的排水沟将水量排向自由水体中。

本系统在高速公路本身自有的集排水系统基础上，将集水管道与原有的排水管道相连，将收集到的水进行二次过滤，过滤后在重力作用下使将水流入集水箱。同时在缺水月份或少水地区借助服务区管道进行自动供水。通过埋在土壤中的湿度传感器实时监测土壤含水量，在作物缺水的情况下，自动启动水泵，利用渗灌技术直接在土体内进行灌溉，在达到自动灌溉的同时也达到了高效用水、节约成本的效果。水泵、温度传感器等的运行电源均来自于铺设于道路上的压电陶瓷片，通过过往汽车的碾压来为系统供电。

2.2 设计可行性论证

2.2.1水源来源

以河南省双向八车道高速公路为例。假设高速公路为单面坡，由路中间向两边排水。高速公路路基宽度=路肩宽度+行车道宽度+中央分隔带宽度。查询《道路桥梁基本规范》可知，高速公路为双向八车道路基宽度为42米，其中间带为3米。假设边沟出水口间距为200米。则单侧路面汇水面积221=19.5200m=3900mF×，中央分隔带汇水面积222=3200m=600mF× ，又查得高速公路沥青混凝土路面径流系数为0.95，中央带径流系数为0.55，边坡径流系数为0.8，集水设备利用系数为0.75。则实际集水面积。以郑州市年平均降雨量来计算，结果如下：

3N=2412603.11454.68m×=

可以看出所收集的降雨量总值较为可观。除此之外，在中央分隔带下部常埋设通讯管道和服务区水电管道等，我们还可以直接从供水管道取水。

2.2.3灌溉系统

目前，常采用的节水灌溉有滴灌、喷灌、微喷灌、根灌、渗灌等形式。针对中央绿化隔离带的特点，我们从节水效果、压力补偿功能、湿润方式、系统配套、灌溉影响、施工等6个方面进行分析评价，最终选定渗灌。渗灌具有节水效果显著，过程损失小、全面灌溉，均匀度较好、输水管道流量小，投资低、灌溉对行车无影响，便于施工等优点。且在这几种灌溉方式中，渗灌有利于控制灌溉层深度，能确保高速公路路基不会受到灌溉水的侵蚀而影响公路的使用，鉴于高速公路特殊的地理环境，采用管道渗灌是对高速公路中央分隔带较为有利的节水灌溉方式。

2.2.4供电系统

本系统采用压电陶瓷片供电，，通过车辆荷载对压电陶瓷发电片施加压力，使压电陶瓷发电片产生振动和形变，进而产生电流。且其成本低廉，适用于较多荷载作用次数的地方。

2.3 高速公路雨水收集系统设计方案

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