樂美承
(長沙有色冶金設(shè)計(jì)院)

　　在水景設(shè)計(jì)中，跌水是構(gòu)成溪流、疊流、瀑布等水景的基本單元，具有動(dòng)態(tài)和聲響的效果，因而應(yīng)用較廣。
　　與靜態(tài)水景不同，動(dòng)態(tài)水景的水是流動(dòng)的，其流動(dòng)性一般用循環(huán)水泵來維持，水量過大則能耗大，長期運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高；水量過小則達(dá)不到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。因此，根據(jù)水景的規(guī)模確定適當(dāng)?shù)乃髁渴种匾?/p>

1 跌水水景的水力學(xué)特征及計(jì)算

　　跌水水景實(shí)際上是水力學(xué)中的堰流和跌水在實(shí)際生活中的應(yīng)用，跌水水景設(shè)計(jì)中常用的堰流形式為溢流堰，常用溢流堰的形式如圖1。

　　根據(jù)δ和H的相對尺寸，堰流流態(tài)一般分為薄壁堰流、實(shí)用堰流、寬頂堰流等三種形式：
　　當(dāng) δ/H<0.67，為薄壁堰流；
　　0.67<δ/H<2.5，為實(shí)用堰流；
　　2.5<δ/H<10，為寬頂堰流；
　　δ/H>10,為明渠水流，不是堰流。
　　跌水水景設(shè)計(jì)中，常用堰流形態(tài)為寬頂堰流。?
　　當(dāng)?shù)暗耐两ǔ叽绱_定以后，首先要確定跌水流量Q，當(dāng)水流從堰頂以一定的初速度v₀落下時(shí)，它會產(chǎn)生一個(gè)長度為l_d的水舌。若l_d大于跌水臺階寬度l_t，則水流會躍過跌水臺階；若l_d太小，則有可能出現(xiàn)水舌貼著跌水墻而形成壁流。這兩種情況的出現(xiàn)主要與跌水流量Q的大小有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)牧髁恳员苊馍鲜霈F(xiàn)象的發(fā)生。
1.1 跌水流量計(jì)算
　　根據(jù)水力學(xué)計(jì)算公式，一般寬頂堰自由出流的流量計(jì)算式為：

　　Q=σ_c·m·b·(2g)^0.5·H^1.5=σ_c·M·b·H^1.5
　　式中　b——堰口凈寬
　　　　　H——包括行進(jìn)流速水頭的堰前水頭，

　　H=H0+υ₀2/2g
　　式中　υ₀——行進(jìn)流速
　　　　　m——自由溢流的流量系數(shù)，與堰型、堰高等邊界條件有關(guān)
　　　　　σc——側(cè)收縮系數(shù)

　　M=m·(2g)^0.5

　　當(dāng)堰口為矩形時(shí)，側(cè)收縮系數(shù)σc為1，上述計(jì)算式即簡化為《給水排水設(shè)計(jì)手冊》中的流量計(jì)算式：

　　Q=m·b·(2g)^0.5·H^1.5=M·b·H^1.5

　　上式中，M(或m)為流量系數(shù)，與堰的進(jìn)口邊緣形式有關(guān)；b為堰口凈寬，為已知，因此要求出流量Q，關(guān)鍵要確定出堰前水頭H，堰前水頭一般先憑經(jīng)驗(yàn)選定、試算。通常H的初試值可選為0.2～0.4 kPa，當(dāng)堰口為直角時(shí)宜取上限，堰口為斜角或圓角時(shí)取下限。H初值選定后，根據(jù)上述計(jì)算式算出跌水流量Q，由于Q值為試算結(jié)果，還須根據(jù)跌水水舌的長度對Q的大小作進(jìn)一步的校核和調(diào)整。
1.2 校核水舌長度
　　 根據(jù)水力學(xué)的計(jì)算公式，溢流堰的跌落水舌長度為：

　　l_d=4.30D^0.27P
　　式中　D=q²/(g·p³)
　　　　　q--堰口單寬流量，q=Q/b，m³/(s·m)
　　?　　p--跌水墻高度，m
　　?　　g--重力加速度，9.81 m/s²

　　上式中各參數(shù)已知，可計(jì)算出跌水水舌長度l_d，為了防止水舌躍過跌水臺階或貼著跌水墻，同時(shí)考慮到水舌落到跌水臺階(寬度為l_t)上引起濺射，一般l_d應(yīng)在0.1～2/3l_t(m)之間，如計(jì)算的l_d不在此范圍內(nèi)，則應(yīng)調(diào)整堰前水深，重新試算流量Q，并按上述步驟校核l_d直至滿足要求。
　　一般情況下，跌水流量越小則l_d越小，消耗的動(dòng)力越小，對降低水景的長期運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用十分有利。有時(shí)，當(dāng)計(jì)算出的l_d較小，又不想增大Q時(shí)，可以在溢流堰的出口增加一段檐口，以改善堰流的出流條件，防止水流貼壁。

2 某工程跌水水景的設(shè)計(jì)

　　某賓館根據(jù)其地形條件在大堂內(nèi)設(shè)計(jì)一溢流式跌水景，為扇形結(jié)構(gòu)，第一級跌水高度P為2.1 m，堰口為弧線形，長度b=14.65 m，堰頂寬δ=0.15 m，跌水臺階寬度l_t=0.7m。
2.1 計(jì)算跌水流量Q
　　根據(jù)賓館大堂環(huán)境的要求，跌水流量不須太大，因此，初始選定堰前水頭H=0.2 kPa，根據(jù)堰流的出口形式，流量系數(shù)M=1 417.4，因此試算流量：
2.2 校核跌水水舌
　　l_d根據(jù)試算流量Q可求出跌水景溢流口的單寬流量：
　　　　　q=Q/b=4.007×10^-3 m³/(s·m)
　　由此得
　　　　　D=q²/(g·p³)=1.767 3×10^-7
　　跌水水舌長度：
　　　　　l_d=4.30×D^0.27×P=0.136m
　　　　　0.1<l_d<2/3l_t
　　經(jīng)校核，跌水景水舌長度l?t在合理范圍內(nèi)，因此，選定的流量可作為選用跌水景循環(huán)水泵的依據(jù)。

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