樂美承
(長沙有色冶金設計院)

　　在水景設計中，跌水是構成溪流、疊流、瀑布等水景的基本單元，具有動態和聲響的效果，因而應用較廣。
　　與靜態水景不同，動態水景的水是流動的，其流動性一般用循環水泵來維持，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，根據水景的規模確定適當的水流量十分重要。

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，常用溢流堰的形式如圖1。

　　根據δ和H的相對尺寸，堰流流態一般分為薄壁堰流、實用堰流、寬頂堰流等三種形式：
　　當 δ/H<0.67，為薄壁堰流；
　　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，常用堰流形態為寬頂堰流。?
　　當跌水水景的土建尺寸確定以后，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，則有可能出現水舌貼著跌水墻而形成壁流。這兩種情況的出現主要與跌水流量Q的大小有關，設計時應盡量選擇一個恰當的流量以避免上述現象的發生。
1.1 跌水流量計算
　　根據水力學計算公式，一般寬頂堰自由出流的流量計算式為：

　　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，與堰型、堰高等邊界條件有關
　　　　　σc——側收縮系數

　　M=m·(2g)^0.5

　　當堰口為矩形時，側收縮系數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·H^1.5=M·b·H^1.5

　　上式中，M(或m)為流量系數，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0.2～0.4 kPa，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
　　 根據水力學的計算公式，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

　　上式中各參數已知，可計算出跌水水舌長度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應在0.1～2/3l_t(m)之間，如計算的l_d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l_d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2.1 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 計算跌水流量Q
　　根據賓館大堂環境的要求，跌水流量不須太大，因此，初始選定堰前水頭H=0.2 kPa，根據堰流的出口形式，流量系數M=1 417.4，因此試算流量：
2.2 校核跌水水舌
　　l_d根據試算流量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水泵的依據。

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