跌水水景的设计
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跌水水景的设计
日期:2008-06-18     来源:园林在线     作者:   我要评论()



  水景设计中,跌水是构成溪流、叠流、瀑布等水景的基本单元,具有动态和声响的效果,因而应用较广。

  与静态水景不同,动态水景的水是流动的,其流动性一般用循环水泵来维持,水量过大则能耗大,长期运转费用高;水量过小则达不到预期的设计效果。因此,根据水景的规模确定适当的水流量十分重要。

  1跌水水景的水力学特征及计算

  跌水水景实际上是水力学中的堰流和跌水在实际生活中的应用,跌水水景设计中常用的堰流形式为溢流堰。

  根据δ和H的相对尺寸,堰流流态一般分为薄壁堰流、实用堰流、宽顶堰流等三种形式:

  当δ/H<0.67,为薄壁堰流;(δ:堰顶宽;H:堰前水头)

  0.67<δ/H<2.5,为实用堰流;

  2.5<δ/H<10,为宽顶堰流;

  δ/H>10,为明渠水流,不是堰流。

  跌水水景设计中,常用堰流形态为宽顶堰流。

  当跌水水景的土建尺寸确定以后,首先要确定跌水流量Q,当水流从堰顶以一定的初速度v0落下时,它会产生一个长度为ld的水舌。若ld大于跌水台阶宽度lt,则水流会跃过跌水台阶;若ld太小,则有可能出现水舌贴着跌水墙而形成壁流。这两种情况的出现主要与跌水流量Q的大小有关,设计时应尽量选择一个恰当的流量以避免上述现象的发生。

  1.1跌水流量计算

  根据水力学计算公式,一般宽顶堰自由出流的流量计算式为:

  Q=σc·m·b·(2g)0.5·H1.5=σc·M·b·H1.5

  式中b——堰口净宽

  H——包括行进流速水头的堰前水头,

  H=H0+υ02/2g

  式中υ0——行进流速

  m——自由溢流的流量系数,与堰型、堰高等边界条件有关

  σc——侧收缩系数

  M=m·(2g)0.5

  当堰口为矩形时,侧收缩系数σc为1,上述计算式即简化为《给水排水设计手册》中的流量计算式:

  Q=m·b·(2g)0.5·H1.5=M·b·H1.5

  上式中,M(或m)为流量系数,与堰的进口边缘形式有关;b为堰口净宽,为已知,因此要求出流量Q,关键要确定出堰前水头H,堰前水头一般先凭经验选定、试算。通常H的初试值可选为0.2~0.4kPa,当堰口为直角时宜取上限,堰口为斜角或圆角时取下限。H初值选定后,根据上述计算式算出跌水流量Q,由于Q值为试算结果,还须根据跌水水舌的长度对Q的大小作进一步的校核和调整。

  1.2校核水舌长度

  根据水力学的计算公式,溢流堰的跌落水舌长度为:

  ld=4.30D0.27P

  式中D=q2/(g·p3)

  q--堰口单宽流量,q=Q/b,m3/(s·m)

  p--跌水墙高度,m

  g--重力加速度,9.81m/s2

  上式中各参数已知,可计算出跌水水舌长度ld,为了防止水舌跃过跌水台阶或贴着跌水墙,同时考虑到水舌落到跌水台阶(宽度为lt)上引起溅射,一般ld应在0.1~2/3lt(m)之间,如计算的ld不在此范围内,则应调整堰前水深,重新试算流量Q,并按上述步骤校核ld直至满足要求。

  一般情况下,跌水流量越小则ld越小,消耗的动力越小,对降低水景的长期运转费用十分有利。有时,当计算出的ld较小,又不想增大Q时,可以在溢流堰的出口增加一段檐口,以改善堰流的出流条件,防止水流贴壁。

  2某工程跌水水景的设计

  某宾馆根据其地形条件在大堂内设计一溢流式跌水景,为扇形结构,第一级跌水高度P为2.1m,堰口为弧线形,长度b=14.65m,堰顶宽δ=0.15m,跌水台阶宽度lt=0.7m。

  2.1计算跌水流量Q

  根据宾馆大堂环境的要求,跌水流量不须太大,因此,初始选定堰前水头H=0.2kPa,根据堰流的出口形式,流量系数M=1417.4,因此试算流量:Q=M·b·H1.5(m3/s)

  2.2校核跌水水舌

  ld根据试算流量Q可求出跌水景溢流口的单宽流量:

  q=Q/b=4.007×10-3m3/(s·m)

  由此得

  D=q2/(g·p3)=1.7673×10-7

  跌水水舌长度:

  ld=4.30×D0.27×P=0.136m

  0.1<ld<2/3lt

  经校核,跌水景水舌长度lt在合理范围内,因此,选定的流量可作为选用跌水景循环水泵的依据。 

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