某公园景观瀑布用水方案设计简介

某公园景观瀑布用水方案设计简介

张红涛1 ,徐明明2

1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司  云南昆明 650051

2.容海川城乡规划设计有限公司  云南昆明 650000

摘  要：在实际生活中，瀑布跌水造景是一种比较常见的人造水景观，其瀑布景观是水力学中的堰流和跌水在实际生活中的应用，瀑布景观设计中常用的堰流形式为溢流堰。在实际工程的设计中，瀑布水景的水力计算一般采用宽顶堰型式进行计算。本文介绍了某公园景观瀑布的设计构思、设计参数等瀑布景观水体设计的关键问题。

关键词：人工瀑布；溢流堰；堰上水头；过堰流量

人工瀑布是风景园林中颇受青睐的一种较为常用的水景造景手法。水景造景应以节能为原则，宜采用最小的电能及用水尽量实现最大的景观效果。本项目作为“引水入城”工程中一个节点，利用自然地形改造形成景观瀑布，以有限的来水量通过水量控制来实现理想的景观效果。

1项目设计构思

为解决城市景观用水的问题，云南某市开展“引水入城”工程，将城外大型水库的水引入城内江河作为景观用水。

本项目位于城内江河的上游，是“引水入城”工程中的一个节点。项目选址利用高速路进城入口处南侧一天然壁崖，结合“引水入城”水源修建一座人工瀑布。

设计以尽可能地体现节水节能，以及尊重原始地形地貌为原则。在这个思路下，根据原有峭壁的形式，设计在原峭壁中间的位置组织一主一次两个瀑布。另外在峭壁的两端，各布置一个溪流叠瀑。

主瀑设计为布落与线落结合的形式，主瀑布幅宽约120米，最大跌落高度为24.5米，突出表达“瀑布插天，溅扑入地”的景观效果。次瀑设计为线落和水浪结合的形式，幅宽15米，最大跌落高度为24.5米，水流从崖顶直泻而下，形成断续的水帘，水流打落在局部的崖壁景石上，溅起一阵阵水波，更加丰富水帘的效果。

溪流叠瀑主要结合原有峭壁的坡度，设置系列景石和亲水植物，营造水从从石缝间汩汩流出的效果，丰富整个峭壁的水景观。

另外在原有峭壁的西侧，考虑行驶车辆第一视线的对景需要，改造原地形，设计一个崖刻瀑布，此瀑布设计为布落和帘落结合的形式，崖刻瀑布幅宽27米，最大跌落高度为26.5米，考虑为一级或两级，突出瀑布的垂直力量，营造一种瀑高、水劲、潭深的景观感受，同时瀑布跌落飞溅形成的大量水雾，在西晒阳光的直射下，形成绚丽的彩虹，增加了瀑布景观的观赏效果。

图1  主瀑效果图图2  崖刻瀑布效果图

2景观瀑布水力学计算

景观瀑布设计的重点是水量计算，瀑布水量计算一般采用水力学的宽顶堰计算公式，瀑布溢水断面设计为宽顶堰型式。

当堰口为矩形时，宽顶堰自由出流可采用《给水排水设计手册》中的流量计算式：

式中b为堰口净宽，H为包括行进流速水头的堰前水头，m为自由溢流的流量系数，与堰型、堰高等边界条件有关。

根据景观瀑布工程经验及有关技术资料分析，要保证瀑布跌落水流在跌落高度范围内不开叉，形成连续水舌，必须要有足够的过堰流量，跌落高度越大，过堰流量越大，堰前水头也越高。王靖华等通过试验观察，堰流的起抛流量超过某一个临界值后水流会脱离堰壁抛出，宽顶堰的起抛流量为4.3 L/m·s[2]。

堰上静水头值由设计人根据要求的观瞻效果、跌落高差大小、水膜不断开高度等因素确定。计算数据见表1。

表1 宽顶堰自由溢流的堰上水头与单宽过堰流量的关系

瀑布的造型，是诸多因素决定的，主要有瀑布的高度、宽度，瀑布后侧崖面倾斜程度，瀑布水流量的大小缓急，水流姿态的多样性，瀑布的层叠的次数等。

如果瀑布的按自由溢流出流，崖面是垂直的，则瀑布出流的形态、气势是和过堰流量成正比的。如果过堰流量过小，小于4.3 L/s·m，则水是贴着崖面而下的。瀑布形成一定的气势则需较大的过堰流量。

3景观瀑布实例

3.1 当单宽过堰流量为4.3L/s·m时，堰上水头约为20mm。

下图3为玉溪市星云湖—抚仙湖出流改道出水口公园大瀑布实景照片，长约275 m，高13 m。下图3右图为瀑布流量约为1.6m3/s时景观效果，此时瀑布单宽流量约5.8L/s·m，其堰上水头约22mm。

图3  玉溪市某公园大瀑布实景照片

图4  玉溪市某公园大瀑布丰水期实景照片

图4为星云湖—抚仙湖出流改道出水口公园大瀑布丰水期时最大流量约为9.3 m3/s时实景效果，此时瀑布单宽流量约33.8L/s·m，堰上水头近80mm。

3.2 当单宽过堰流量为7.4L/s·m，堰上水头约29mm。

图5  曲靖市某公园瀑布实景照片

上图5为曲靖市某公园人工瀑布实景照片，其水源为水泵提升下方景观水池水控制出流，图中为当单宽过堰流量为7.4L/s·m，堰上水头约29mm时景观效果。

3.3 当单宽过堰流量为33.33L/s·m，堰上水头约76mm。

下图6为广州火车东站广场实景照片，宽88.9 m，高8 m。（采用4台双吸离心泵，每台水泵流量为2340～3420m3/h，扬程H=18～23.5m，电机功率N=250kw。水泵最大流量时，堰上水头为

89.3 mm，水泵最小流量时，堰上水头69.4 mm）[3]

图6  广州火车东站广场景观瀑布实景照片

4本设计景观瀑布工程概况及用水方案

4.1 本设计景观瀑布工程概况

本景观区瀑布分为三部分。一部分是流量较大的主瀑布，有效过水宽度90米，最大跌落高度24.5米；二是溪流瀑布总宽约25米，造成溪流叠瀑的感觉；三是连续的、流量大的水幕效果的崖刻瀑布，有效过水宽度约20米，最大跌落高度26.5米。

4.2 本景观瀑布用水方案

“引水入城”工程以有压重力流输送到本瀑布景观区，日实际引水量6.6万m3。

4.2.1 全部水按均匀供给景观瀑布

当全部引水入城水量（即供水量66000m3/d，2750 m3/h）均匀供给瀑布景观。瀑布总宽约135米，瀑布单宽流量5.66L/s·m，此时主瀑及崖刻瀑布的流量刚刚满足起抛的条件，大概为薄纱或水帘效果。

小结：均匀供水达不到瀑布景观多样性和不同的意境，不推荐此方案。

4.2.2 分区控制景观瀑布用水

宽度为90 m主瀑布，要达到一定的景观效果，流量比较大，此时需要堰上水头大于33 mm，用水量需大于3000 m3/h。

崖刻瀑布有效过水宽度约25 m，达到比较连续的水幕效果，此时堰上水头需大于40 mm，用水量需大于1100 m3/h。

溪流瀑布有效过水宽度大概20 m。用水量约250 m3/h。

此时，总用水量4350 m3/h>2750 m3/h，为节约能源及水量，考虑分区分时段供水，达到不同的景观效果。

4.2.3 分区分时段控制景观瀑布用水

为达到原定设计效果，主瀑用水采用3000 m3/h，崖刻瀑布用水量采用1100 m3/h，溪流瀑布用水量采用250 m3/h。

控制水量，优先保证崖刻瀑布及溪流瀑布用水量共1350 m3/h，引水入城水量2750 m³/h，还有1400 m3/h可供给主瀑用水，此时主瀑堰上水头约20 mm。

要使主瀑达到比较壮观的效果，可考虑修建调节水池或者设置循环水泵。本着节约能源和响应国家节能减排的政策，根据现有地形，在主瀑布上游建设约2万立方的景观水池。控制水池出流条件，每天可以供给主瀑3小时，使其达到壮观效果，此时主瀑堰上水深50 mm以上。主瀑用尽景观水池水后，每天晚上约需要8小时补满。

4.3 本景观瀑布用水方案结论

主瀑有效过水面宽90米，崖刻瀑布有效过水面宽25米，溪流瀑布大概20米，调节蓄水池6000平方米，平均水深3.3米，蓄水量2万立方，来水流量2750m3/h。

分区分时段控制瀑布用水，此时情况可以保证每天16小时（除去晚间）崖刻瀑布堰上水深40 mm，每天16小时溪流有水，每天16小时主瀑堰上水深20mm。同时可以保证每天3小时的主瀑壮观效果（堰上水深大于50 mm，放调蓄水池的水营造），每晚8小时补给景观水池水。

参考文献：

[1] 乐美承.跌水水景的设计.中国给水排水,1999,15(6):34-35.

[2] 王靖华，毛根海，陈少庆，等.景观瀑布的水力设计试验研究.给水排水，2001，27（5）：59-61.

[3] 何芳.广州火车东站广场超大型景观瀑布设计.给水排水，2002，28（4）：45-49.