景观水体多为静止或流动性差的封闭缓流水体，其自我调节机能薄弱，水质容易恶化。为改善景观水水质，人们在景观水体的维护中采取了物理、化学、生态等多种方法，但相关研究往往仅侧重于对景观水的处理，对维护水体循环流动性的重视不足。
 

   笔者在某景观水体的规划设计中，以增强水体的循环流动为目的，探讨了水体循环方式的构建以及流场分析与优化的方法，以期为大型景观水体的规划与设计提供参考。
 

   1，研究内容与方法
 

   1.1 背景资料

   北方某城市拟建设一个高档风景区，其内将建一个水面面积约为140平米的景观水体，总水量约33*10⁴立方，并设有人工湿地等处理设施。

   根据设计方案，该景观水体建成后未与其他天然水体沟通，没有自然循环更替的条件，且存在较大的潜水滞留区；另一方面，该景观水体的主要补充水源将是再生水和雨水，其氮、磷含量较高，存在反生富营养化的风险。景观水体周围分布有多个高档住宅区、商务区和公共设施，故水体水质的好坏对该风景区的运作至关重要。因此，需要创造水体循环流动的条件，配合人工湿地消减水中的污染物。
 

    1.2 景观水体循环模式的建立

    根据规划设计方案中该景观水体的形状、功能及周围建筑物的关系，对其进行分析，进而为水体设计相应的循环模式，完善景观水体的设计。
 

    1.2.1 景观水体的水面分析

    按照主体水域、围绕建筑群的浅水滞留区、输水渠三种情况对水体进行细化分区，各种分水域之间以过水涵洞互相连通（如图1），具体分析如下：1），主体水域。其为景观水体的主体水面，根据其水面形状，可分为北、南两部分。2），南部浅水滞留区。水体的南部为环绕建筑群的浅水滞留区，其水力条件临近建筑物，水位较低，更易受到人类活动等因素的影响，故发生富营养化的可能性更大。3），输水渠。选择景观水体西面的渠道作为输水渠，并在其中部附近拟建循环泵站，泵站自主体水域和浅水滞留区吸水，来水经泵提升后进入人工湿地或输水渠，在渠内水沿南、北两方向流动，最后汇合于景观水体。

 

 

    1.2.2 循环方案拟定

    由景观水体的水面分析可以拟定整个风景区内的水体循环方式如图1中箭头方向所示。
 

    1），主体水域循环。分为北、南两部分，分别表示为主体水域循环1和主体水域循环2.其中，1部分的循环方向为顺时针，2部分的循环方向为逆时针。主体水域的进、出口设计：1部分的进水口a位于主体水域的西北部，2部分的进水口b位于主体水域的东南部；两部分的出水口c位于主体水域的西部。1、2两部分的循环水量在综合考虑各自占有的水面面积和输水距离的基础上进行分配。
 

    2），南部浅水滞留区水循环。南部的浅水滞留区有单独的循环暗管接人循环泵站，由循环泵站提升直接进入人工湿地，其出水口d见图1.
 

    3）人工湿地与输水渠的进水分析。循环泵站西部附近的水体由人工湿地和输水渠两部分组成（如图1），其中人工湿地对水体中的污染物起主要的消减作用。由上文分析可知，南部浅水滞留区的水质较差，应优先进入人工湿地，而拟建循环泵站可通过循环管直接自浅水滞留区吸水；另一方面，枯水季节所补充的再生水含磷量较高,也需要优先进入人工湿地进行深度处理。主体水域循环水的水质较好,大部分在输水渠内循环流动,然后汇入主题水域，只有少部分进入人工湿地进行处理。

 

    2，景观水体流场分析与优化

    景观水体的循环模式设计完成后，需要进一步了解建成后水体的循环情况，因此需要建立景观水体的流场的分析模型，了解流场的分布情况，并以此为基础对流场进行分析与优化。
 

    2.1 流场分析

    使用Fluent的前处理软件Gambit建立景观水体的网络模型；以景观水体的规划图纸为基础，进行相关处理后，将其导入Gambit程序；用Gambit对景观水体的几何模型进行网格划分；然后依据循环方案设置进水口、出水口，并根据循环流量和进水口、出水口的尺寸确定循环流速；设定模型的边界条件；最后生成景观水体的非结构化网格。
 

     由于景观水体的水位较低，其水深相对于长、宽的尺寸来说很小，且景观水体为人工挖掘，湖底较为平整，因此可以建立二维的流畅分析模型。采用Fluent的“2d，segregated，ske”模型，导入Gambit生成的网格。对网格进行相关处理后，设置流场计算的相关参数，包括计算模型的选择、流体类型的选择、边界条件的设定、计算精度和迭代次数的设定等。参数设定完毕后，对景观水体的流场进行模拟计算，得到主体水域的流场分布，如图2。

 

 

     由图2可知，水体的绝大部分区域处于流动状态，基本能够满足水体循环的要求，但在进水口附近存在比较剧烈的环流，这将会消耗推动水体循环的能量，对水体循环不利，因此应该对流场进行优化。流场优化的方法包括：1）调整进水口布置的进水方向，以减少进水口区的环流；2）在进水口附近的环流区加设生态岛，将进水口区的能量重新进行分配。
 

     2.2 流场的优化

     优化后的流场分布见图3。

 

 

     由图3可知，优化后主体水域的流速明显增大，水体循环得到改善。

     通过分析流场中不同流速的水域面积占总水面的百分比可知，优化前整个流场中流速<0.001m/s的“死水”水域面积占总面积的12%，而优化后降至8.4%；优化后流速较高的水面面积增大，表面优化后水体内的流动增强，水力循环得到明显改善。
 

     此外，利用流场分析模型还可以为景观水体设计过程中其他水质保持措施的运用提供参考。例如：可以确定“死水”水域的位置，以种植水生植物、放置生态辅岛来削减污染物；景观水体中可能会设置一些景观岛屿，布置景观岛屿时可以尽量避开流场的高速区域和关键的水流循环通道，以免阻碍水体的正常循环。

 

      3，结论

      1）建立景观水循环模式，增强水体的流动性，对于景观水体的建设具有一定的知道意义。

      2）利用计算流体动力学方法建立流场分析模型，可以为景观水体的合理设计提供依据和便利，减少设计时间和成本。

      3）对于景观水体建成后实际工况下的流场情况，还有待进一步研究。