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跌水水景的設計
日期:2008-06-18     來源:園林在線     作者:   我要評論()



  水景設計中,跌水是構成溪流、疊流、瀑布等水景的基本單元,具有動態(tài)和聲響的效果,因而應用較廣。

  與靜態(tài)水景不同,動態(tài)水景的水是流動的,其流動性一般用循環(huán)水泵來維持,水量過大則能耗大,長期運轉費用高;水量過小則達不到預期的設計效果。因此,根據(jù)水景的規(guī)模確定適當?shù)乃髁渴种匾?/FONT>

  1跌水水景的水力學特征及計算

  跌水水景實際上是水力學中的堰流和跌水在實際生活中的應用,跌水水景設計中常用的堰流形式為溢流堰。

  根據(jù)δ和H的相對尺寸,堰流流態(tài)一般分為薄壁堰流、實用堰流、寬頂堰流等三種形式:

  當δ/H<0.67,為薄壁堰流;(δ:堰頂寬;H:堰前水頭)

  0.67<δ/H<2.5,為實用堰流;

  2.5<δ/H<10,為寬頂堰流;

  δ/H>10,為明渠水流,不是堰流。

  跌水水景設計中,常用堰流形態(tài)為寬頂堰流。

  當?shù)暗耐两ǔ叽绱_定以后,首先要確定跌水流量Q,當水流從堰頂以一定的初速度v0落下時,它會產生一個長度為ld的水舌。若ld大于跌水臺階寬度lt,則水流會躍過跌水臺階;若ld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,設計時應盡量選擇一個恰當?shù)牧髁恳员苊馍鲜霈F(xiàn)象的發(fā)生。

  1.1跌水流量計算

  根據(jù)水力學計算公式,一般寬頂堰自由出流的流量計算式為:

  Q=σc·m·b·(2g)0.5·H1.5=σc·M·b·H1.5

  式中b——堰口凈寬

  H——包括行進流速水頭的堰前水頭,

  H=H0+υ02/2g

  式中υ0——行進流速

  m——自由溢流的流量系數(shù),與堰型、堰高等邊界條件有關

  σc——側收縮系數(shù)

  M=m·(2g)0.5

  當堰口為矩形時,側收縮系數(shù)σc為1,上述計算式即簡化為《給水排水設計手冊》中的流量計算式:

  Q=m·b·(2g)0.5·H1.5=M·b·H1.5

  上式中,M(或m)為流量系數(shù),與堰的進口邊緣形式有關;b為堰口凈寬,為已知,因此要求出流量Q,關鍵要確定出堰前水頭H,堰前水頭一般先憑經驗選定、試算。通常H的初試值可選為0.2~0.4kPa,當堰口為直角時宜取上限,堰口為斜角或圓角時取下限。H初值選定后,根據(jù)上述計算式算出跌水流量Q,由于Q值為試算結果,還須根據(jù)跌水水舌的長度對Q的大小作進一步的校核和調整。

  1.2校核水舌長度

  根據(jù)水力學的計算公式,溢流堰的跌落水舌長度為:

  ld=4.30D0.27P

  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,9.81m/s2

  上式中各參數(shù)已知,可計算出跌水水舌長度ld,為了防止水舌躍過跌水臺階或貼著跌水墻,同時考慮到水舌落到跌水臺階(寬度為lt)上引起濺射,一般ld應在0.1~2/3lt(m)之間,如計算的ld不在此范圍內,則應調整堰前水深,重新試算流量Q,并按上述步驟校核ld直至滿足要求。

  一般情況下,跌水流量越小則ld越小,消耗的動力越小,對降低水景的長期運轉費用十分有利。有時,當計算出的ld較小,又不想增大Q時,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計

  某賓館根據(jù)其地形條件在大堂內設計一溢流式跌水景,為扇形結構,第一級跌水高度P為2.1m,堰口為弧線形,長度b=14.65m,堰頂寬δ=0.15m,跌水臺階寬度lt=0.7m。

  2.1計算跌水流量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=0.2kPa,根據(jù)堰流的出口形式,流量系數(shù)M=1417.4,因此試算流量:Q=M·b·H1.5(m3/s)

  2.2校核跌水水舌

  ld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=4.007×10-3m3/(s·m)

  由此得

  D=q2/(g·p3)=1.7673×10-7

  跌水水舌長度:

  ld=4.30×D0.27×P=0.136m

  0.1<ld<2/3lt

  經校核,跌水景水舌長度lt在合理范圍內,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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