合肥萬達(dá)水上樂園建筑面積約3.2萬平米，是全球首個(gè)第四代室內(nèi)水上樂園，也是世界上最大的室內(nèi)水上樂園。水樂園設(shè)置的懸空雙層漂流河，為世界首創(chuàng)：河道上層115m線形漂流河，猶如空中飛龍，暢游在云端;下層350m環(huán)形漂流河，蜿蜒輾轉(zhuǎn)，碧波粼粼。游客們?cè)谙硎芗润@險(xiǎn)刺激又閑逸舒適的暢游體驗(yàn)時(shí)，有沒有想過：這水道既驚險(xiǎn)又安全，如何做到的?

　　懸空雙層漂流河的漂流效果由河道、提升機(jī)、游樂設(shè)施、造浪機(jī)房和水循環(huán)系統(tǒng)等運(yùn)行形成，設(shè)計(jì)師要考慮河道設(shè)計(jì)、水動(dòng)力設(shè)計(jì)、水處理設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)等。其中包括很多技術(shù)細(xì)節(jié)，如：線形漂流河的水力特性與環(huán)形漂流河相差很大，如果將環(huán)形漂流河的水循環(huán)設(shè)計(jì)套用到線形漂流河，會(huì)出現(xiàn)推流口處漂流筏停滯等一些意想不到的情況。在設(shè)計(jì)中，采用了ANSYS分析軟件模擬河道計(jì)算，調(diào)整河水深度和循環(huán)流量，修改給水推流口的位置和入射角度，實(shí)現(xiàn)水流均勻。

　　這既驚險(xiǎn)又安全的夢(mèng)幻水道的背后是設(shè)計(jì)師們充滿智慧的精心設(shè)計(jì)，這“水下功夫”，絕不簡單!

01、工程概況

圖1 合肥萬達(dá)水樂園鳥瞰圖

　　水上樂園內(nèi)設(shè)置了懸空雙層漂流河:下部漂流河為環(huán)形漂流河，長350m，寬4.5m，水深0.9m;上部漂流河為線形漂流河，長約115m，寬4.5m，水深0.6m。上部漂流河皮筏由提升機(jī)從下部漂流河提升到上部漂流河，再經(jīng)末端下滑道滑落到下部漂流河(見圖2)。

圖2 下部漂流河河道平面圖和上部漂流河河道平面圖

02、漂流河設(shè)計(jì)

　　合肥萬達(dá)水樂園漂流河概念設(shè)計(jì)由美國WTI公司完成，擴(kuò)初及施工圖設(shè)計(jì)由我司完成。

03、河道設(shè)計(jì)

　　河道設(shè)計(jì)是漂流河設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，與水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)息息相關(guān)。河道的寬度和深度決定了河道推流循環(huán)流量;河道的形狀，決定了推流給水口的位置和數(shù)量。河道設(shè)計(jì)需要游樂設(shè)施、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣和暖通等專業(yè)密切配合完成。

3.1河道設(shè)計(jì)相關(guān)的問題

　　目前國內(nèi)河道設(shè)計(jì)專業(yè)人員比較缺乏。外方游樂設(shè)施及河道設(shè)計(jì)人員缺乏水力學(xué)的專業(yè)知識(shí)，偏重于功能而忽略河道水力因素;國內(nèi)建筑設(shè)計(jì)院給排水人員往往只是按外方設(shè)計(jì)的河道進(jìn)行水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，雙方在河道水力驗(yàn)算上沒有銜接，很容易出現(xiàn)一些問題。室內(nèi)漂流河尤其如此，河道形狀受限于場地條件，常出現(xiàn)90。左右的彎角，不利于漂流筏前進(jìn)。萬達(dá)漂流河在施工及調(diào)試過程中，出現(xiàn)了下面一些問題。

3.1.1漂流筏停滯

　　下部漂流河的A點(diǎn)，設(shè)有造浪機(jī)房，河道夾角96.5o，河道基本垂直。漂流筏在A處因造浪停止并聚集;上部漂流河的D點(diǎn)，皮筏的行駛方向和河道垂直，河道方向沒有速度分量。皮筏從提升機(jī)進(jìn)入漂流河后撞擊池壁并滯留。

3.1.2漂流筏倒退

　　皮筏順流到上部漂流河S灣的C點(diǎn)后，受渦流影響在該處的底部推流給水口前停止并倒退。

3.1.3漂流筏偏離

　　按WTI的設(shè)計(jì)構(gòu)思，漂流皮筏到達(dá)下部漂流河的B點(diǎn)后，自動(dòng)進(jìn)入提升機(jī)河道提升后進(jìn)入上部漂流河。實(shí)際上，漂流筏在彎道水流作用下卻是遠(yuǎn)離提升機(jī)河道。

3.2河道設(shè)計(jì)方法

　　河道形狀不同，水流流態(tài)也大不一樣，河道水流具有多樣性和復(fù)雜性。上部漂流河C點(diǎn)推流給水口處漂流筏倒退的情況，在下部環(huán)形漂流河中就不會(huì)出現(xiàn)。因此河道設(shè)計(jì)，尤其是復(fù)雜的河道設(shè)計(jì)，需要建立模型分析計(jì)算。建立河道實(shí)體模型，或者采用流體力學(xué)分析軟件模擬河道計(jì)算，是非常必要的。

　　ANSYS是常用的流體力學(xué)分析軟件。設(shè)計(jì)師利用它建立模型，劃分網(wǎng)格，模擬邊界條件，進(jìn)行河道水力計(jì)算。在模型的基礎(chǔ)上，不斷調(diào)整河道形狀、寬度和水深，調(diào)整給水口數(shù)量、位置、入射角度、水流速度和給水口高度，直到水流均勻，達(dá)到我們需要的結(jié)果。

3.3現(xiàn)場解決方法

　　利用ANSYS軟件模擬上部漂流河建立數(shù)值模型，見圖3;不斷調(diào)整上部漂流水深、推流流量大小、推流給水口位置、末端回水口位置等邊界條件進(jìn)行計(jì)算，直到流速和流線滿足需要，見圖4。

圖3 上部漂流河數(shù)值模型

圖4 河水表面流線分布

　　針對(duì)上述問題，經(jīng)過模擬計(jì)算，萬達(dá)漂流河具體調(diào)整如下：A點(diǎn)水流進(jìn)入前15m處，設(shè)置2處底部推流給水口，增加水流速度，減輕了擁堵現(xiàn)象;B點(diǎn)皮筏無法自動(dòng)入提升河道，現(xiàn)場設(shè)置人員牽引，在E點(diǎn)處封閉提升河道，并在提升機(jī)下方的提升河道增加水泵，提升水至上部漂流河，增加水流進(jìn)入提升河道的流速;上部漂流河按軟件模擬計(jì)算結(jié)果，將河道水深調(diào)整為0.6m;D點(diǎn)圓弧段增加池壁給水口數(shù)量和流量，給水口移動(dòng)到起端，調(diào)整入射角度與河道平行，給水口采用水下格柵，尺寸3000*250(mm)，格柵頂位于水面以下50mm;C點(diǎn)皮筏在D點(diǎn)修改后不再倒退。

04、水動(dòng)力設(shè)計(jì)

　　漂流河水動(dòng)力設(shè)計(jì)主要是推流泵站及管道路由、吸水口及推流口的設(shè)計(jì)。河道設(shè)計(jì)水流流速不應(yīng)大于1.0m/s，吸水口流速不大于0.5m/s，側(cè)壁推流出水口宜大于3.0m/s。推流泵吸水管管徑比較大，在水動(dòng)力設(shè)計(jì)中需要注意安全因素。

4.1推流泵站及管道路由

　　推流泵站選位與供回水管道的路由設(shè)計(jì)，是水動(dòng)力設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。根據(jù)河道形狀和場地條件設(shè)置合適的推流泵站，水泵從河道直接抽水，不用設(shè)置平衡水箱。

　　不同于室外漂流河，室內(nèi)漂流河場地局促，可設(shè)置推流泵站的位置少，吸水管及出水管管路長，管路路由要特別注意。萬達(dá)漂流河周邊有大碗池、大喇叭滑道、水寨、兒童池、親水廣場、造浪池、沖浪模擬器，身體滑道等8個(gè)其它游樂設(shè)施，管道敷設(shè)困難。路由設(shè)計(jì)時(shí)，將池底面層增加到700mm，水動(dòng)力及水處理管道在池底面層內(nèi)敷設(shè)，現(xiàn)場安裝效果很好，特別適合施工現(xiàn)場根據(jù)調(diào)試結(jié)果調(diào)整回水口與給水口位置。

　　室內(nèi)漂流河河道短，水流速度比室外漂流河要小，萬達(dá)下部漂流河漂流一圈設(shè)計(jì)時(shí)間20min，上部漂流河時(shí)間6min，水流速度按0.3m/s設(shè)計(jì)。

　　下部漂流河循環(huán)流量4374m3/h(Q=SV=4.5×0.9×0.3×3600 m3/h)，實(shí)際沿河均勻設(shè)置循環(huán)推流泵站6處，每處設(shè)推流水泵一臺(tái)(779m3/h，18.5m，55kW)，合計(jì)循環(huán)流量4674m3/h。

　　上部漂流河循環(huán)流量2916m3/h(Q=SV=4.5×0.6×0.3×3600 m3/h),實(shí)際設(shè)置循環(huán)泵7臺(tái)，循環(huán)流量3748m3/h。上部漂流河推流給水口除C點(diǎn)外，其它都集中在漂流河起端。

　　水動(dòng)力吸水管上毛發(fā)過濾器，出水管設(shè)置數(shù)字式電子流量計(jì)，讀數(shù)方便，便于及時(shí)監(jiān)控水泵運(yùn)行情況。

4.2管道管徑

　　在技術(shù)規(guī)程中，水泵吸水管流速宜1.0～1.2m/s;出水管流速宜1.5～2.0m/s。萬達(dá)下部漂流河水體積約1418m3，如果管道損壞池水全部進(jìn)入地下室，平均淹沒水深約470mm。如果按技術(shù)規(guī)程中流速計(jì)算，下部推流泵吸水管將達(dá)到DN500。萬達(dá)漂流河設(shè)計(jì)時(shí)，特意將推流泵吸水管和出水管流速都增加到3m/s，控制吸水管和出水管的管徑不大于DN300，閥門關(guān)閉更方便，減小管道損壞時(shí)進(jìn)入地下室的水量。

4.3回水口及推流給水口

　　在環(huán)形漂流河中，河流流速為各推流泵推動(dòng)河流斷面流速之和。回水口和推流給水口布置時(shí)，采用閉環(huán)回路分析，如圖5。

圖5 環(huán)形漂流河推流流程圖

　　推流泵站T1的回路中，T1流程推動(dòng)河流前進(jìn)，W1流程沒有推動(dòng)河流，因此回水口和給水口要靠近布置，一般5～10m?；厮诤屯屏鹘o水口沿水流方向的前后位置要相對(duì)一致，如T5推流泵組調(diào)換回水口與給水口相對(duì)位置后，推流水流短路，只能推動(dòng)小段河流。

　　線形漂流河中，推流給水口設(shè)置于河道起端，回水口設(shè)置在末端，水流推動(dòng)的河段最長。如果推流給水口設(shè)置在河段中間，起端到中間這段河流要增加推流泵。

05、運(yùn)行效果

　　該樂園于2017年9月投入運(yùn)行一年來，實(shí)際運(yùn)行效果良好。水泵吸水管及出水管以較大流速運(yùn)行期間，管道和支架沒有出現(xiàn)異常，日常維護(hù)仍需加強(qiáng)支架和橡膠軟接頭的外觀檢查，密切關(guān)注管道及接頭漏水情況;雙層格柵回水口安全可靠，對(duì)腳部吸力小，日常維護(hù)中需要特別注意格柵及固定螺栓的松動(dòng)情況。

　　漂流速度和漂流時(shí)間符合預(yù)期，這證明ANSYS軟件模擬設(shè)計(jì)是可靠的。將推流給水口移動(dòng)到起端并調(diào)整入射水流后，上部漂流河的實(shí)測水流速度增加到了0.3m/s。漂流河表面流線比較均勻，漂流河中部S彎引起的渦流影響大大降低，漂流筏在S彎入口處的C點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)左右晃動(dòng)，但不影響整體向前漂流的趨勢。

來源:中國游樂,侵刪