跌水水景的设计

　　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。