新型流沙瀑布水景景观设计

张宏伟 王彩霞 谢斯达 刘静茹

(大连海洋大学海洋与土木工程学院，辽宁 大连 116023)

1 背景分析

水族产品日渐丰富，水族市场更加繁荣昌盛[1]，可是水族箱中只有一些鱼儿游来游去虽然好看，却不免让人感觉有些单调。山水风景美丽如画，山和水是大自然中主体，可以说自然界中缺少了水，就像缺少了活力，缺少了生命的源泉。水族箱中的景观在感观上是“静止”的，因缺乏动感而显得较为呆板，显得有些美中不足。流沙瀑布作为一种近年来出现的一种新型的水景景观颇受人们喜爱。流沙瀑布水景的基本原理是采用增氧泵形成负压，利用气泡上升的原理，如图1所示，使造景内部的水流快速流动并带动底部沙箱中的沙子向上运动，当沙子到达流沙瀑布造景上部的出沙口处时流出，利用重力的作用重新回落到流沙造景底部的沙箱中，形成动态的流沙瀑布效果。

然而在实际使用中，这种流沙瀑布景观的确有很多问题。增氧泵的原理是将空气压入水中，让空气中的氧气与水体充分接触，使氧气融入水中，由于采用空气作为动力源和载体，会在流沙瀑布造景附近形成气泡，降低了水族箱或鱼缸的整体画面感，并且增氧泵设置在水箱外，启动后噪声很大，给人们的生活、工作带来许多不便。另一方面，水箱换水时，水体容易溢出，增氧泵外置有安全隐患。另外由于气泡的产生是间断性的，因此无法形成连续稳定的水沙混合体，造成沙子间歇性的从出沙口处流出，与实际的瀑布效果存在差异，降低了流沙瀑布动态效果的真实感。同时由于流沙不连续，从而在出沙口处会发生堆积现象，导致流沙出口堵塞。因此，现代快节奏的工作生活让人们感到疲倦，家居水箱的出现缓解了人们的疲劳，居家的舒适感、安全性尤为重要。因此仿真度高、安全性能强、美观大方一体式的流沙瀑布景观研制尤为重要。

2 设计原理

本项目以此为突破口，将水景的核心设置改用为潜水泵，潜水泵一般是作为过滤装置的水流交换而设置在鱼缸中的，主要是让死水变活水作用是将鱼缸水提升至过滤槽后，再通过滤槽的各个区域，然后回流到鱼缸，起到循环的作用。利用流体的流动作为水沙运动的动力，可以保证流沙的流动连续性。同时为了增强在流沙进口处的动力，改变易堵的问题我们采用毕托管进行构建。依据欧拉方程由下式所示：

A1V1=A2V2=Q——连续方程。

∑F=ρQ(β2V2-β1V1)——动量方程。

依据能量守恒原理，在沿流线运动过程中，总和保持不变[3]。正压流体在有势彻体力作用下作定常运动时，对于重力场中的不可压缩均质流体，显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。根据毕托管的特性，我们将流沙的导管改用为毕托管。发动潜水泵将水体输入到毕托管中，水体由毕托管的粗管流入细管在缩口处流动速度增大，压强减小，形成负压,从而使流沙瀑布进行运行，如图2所示。

这样一体化的设计既解决了增氧泵带来的噪声问题，又能够解决流沙易堵等问题，给人们的生活带来更舒适的享受。

3 成果展示

基于以上设计理念，设计了新型的流沙水景装置，如图3所示。

如图4，图5所示，用毕托管作为核心构件，用假山石、水草等景物加以装饰做成一个水箱。

4 结语

将普通输沙管换为毕托管，增氧泵换为潜水泵，水箱多次运转后，普通水箱已经出现出沙不连续、噪声大、水体溢出等问题。而我们的新型流沙瀑布运转依然很流畅。

新型流沙瀑布的出现解决了市面上瀑布水箱普遍存在的问题，满足了人们对于水族箱越来越高的刚性需求,故而改进水箱的人性化设计是很有必要的。新型水箱的设计也可根据景观类型与水箱用途变换不同的造景风格。