الشلالات والستائر والمجاري المائية

الشلالات والستائر والمجاري المائية

تصميم التدفق وحافة السقوط ومسار المياه والتنسيق مع الهندسة المعمارية

في الشلال والستائر والنوافير المائية، يتكون شكل العرض من مسار حركة المياه وطريقة ملامستها للأسطح. يمكن أن يكسر الماء حافة منتظمة، أو يتحرك فوق جدار محكم، أو ينزل بين مستويات متعددة، أو يتدفق على طول محور حضري.

تتمتع عائلة النوافير هذه بقدرة كبيرة على التواصل مع الهندسة المعمارية. يمكن أن يكون الجدار والسلالم وحافة البركة ومسار المنطقة جزءًا من النافورة نفسها. يتطلب هذا الارتباط تنسيقًا دقيقًا بين التصميم المعماري والهيكل والختم والمرافق.

تعتمد جودة النتيجة على التفاصيل الأقل وضوحًا في الصورة الأولية للتصميم: انتظام توزيع المياه ومحاذاة الحواف وجودة السطح وسعة التجميع وإمكانية التنظيف.

12–1. التعرف على أنواع التدفق

لاتخاذ الاختيار الصحيح، يجب أولا تحديد الشكل المطلوب لحركة المياه.

يستخدم مصطلح "الستار المائي" في السوق لعدة هياكل مختلفة. لذلك، في الخريطة والعقد، يجب إكمال اسم العلامة التجارية مع المقطع العرضي ووصف السلوك والعينة المرئية.

في منتجات GSO، يتم تقديم ستائر المياه الجدارية والقاعدة، والمزاريب متعددة المستويات، والمزاريب الفولاذية في مجموعات منفصلة. المصدر: GSO^[66] ستارة المياه، المصدر: GSO^[67] مستجمعات المياه، المصدر: GSO^[68] الممرات المائية

12–2. اختيار نوع النافورة بناء على الخبرة المطلوبة

يجب أن يبدأ الاختيار بتجربة الفضاء المطلوبة.

يمكن أن تكون الطبقة الهادئة نسبيًا على الحائط مناسبة للعرض عن قرب. يمكن للشلال المتدرج أن يحول اختلاف مستوى المنطقة إلى جزء من المناظر الطبيعية. تخلق الستارة المفتوحة حدودًا مرئية ومتحركة، كما يجعل الممر المائي حركة المياه مرئية على طول المسار.

أسئلة التصميم الرئيسية هي:

• من أي اتجاه وعلى أي مسافة يمكن رؤية الماء؟

• ما هو الحجم المتوافق مع استخدام البيئة؟

• هل المسار معرض للرياح أو تدفق هواء التهوية؟

• هل من المتوقع اتصال الأشخاص بالمياه؟

• كيف يبدو السطح عند إيقاف تشغيله؟

• كيف سيتم تنظيف الحواف والجدران والبركة؟

النظرة الصامتة مهمة جداً. الجدار الذي يكون جميلًا فقط عندما يتدفق الماء قد يكشف عن رواسب أو طبقات أو معدات فوضوية عند توقفه.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 1-12: مجموعة من ثلاث أو أربع صور حقيقية من أرشيف GSO، بما في ذلك ستارة حرة، ومصرف متعدد المستويات، وجدار مائي، وممر مائي. التسمية التوضيحية المقترحة: "تشكل هندسة المسار والاتصال السطحي الطابع المرئي للتدفق." أدخل نوع كل صورة على حدة.

12–3. حافة السقوط نقطة تشكيل الستار

في Azad Cascade، تلعب جودة الحافة الخلفية دورًا رئيسيًا. يمكن أن تؤدي المحاذاة غير الصحيحة، أو التشوه، أو التلوث، أو انقطاع الحواف إلى اختلاف السُمك، أو ظهور خطوط، أو فصل الماء بشكل غير منتظم.

يجب أن تكون تفاصيل الحافة متوافقة مع السلوك المطلوب:

لفصل الماء عن السطح، فإن شكل الحافة والمساحة الموجودة أسفل التدفق مهمان.

لمواصلة التحرك على الحائط، يجب التحقق من اتصال المخرج بالسطح وتوزيع المياه عليه.

لا تؤدي تفاصيل التنفيذ الواحدة بالضرورة إلى كلا السلوكين.

كما أن الطول الطويل يزيد من حساسية الأداء. يجب التحقق من محاذاة الحافة في حالة التثبيت وتحت حمل العمل؛ محاذاة الجزء قبل التثبيت ليست كافية.

عند قياس السدود، فإن شكل الحافة وظروف الاقتراب من التدفق والتهوية تحت طبقة الماء لها تأثير على الأداء. يحدد دليل USBR هذه الشروط لتطبيق علاقات الفائض؛ ولا ينبغي تعميم علاقاتها على أي مستجمع مياه زخرفي دون تعديل الشكل الهندسي ونطاق الصلاحية. المصدر: USBR^[69] دليل الفائض المستطيل

12–4. غرفة التوزيع وتوحيد التدفق

الماء الذي يدخل من أنبوب خلف مخرج واسع لا يخلق بالضرورة تدفقًا منتظمًا. يمكن أن يؤثر موقع المدخل والسرعة المحلية والاضطراب وانخفاض الضغط على طول الحجرة على الخرج.

يجب أن تكون غرفة التوزيع مصممة للعرض ومعدل التدفق المطلوبين. اعتمادًا على الهيكل، يمكن استكشاف حلول مثل المدخلات المتعددة أو مساحة الاسترخاء أو صفحات التوزيع أو فروع الإعداد.

الهدف هو تحقيق الإخراج الأمثل عبر العرض. وينبغي اختبار هذا الهدف في مسارات عمل مختلفة؛ قد تكون الستارة موحدة عند معدل تدفق مرتفع، ولكنها تتحول إلى عدة خطوط مع انخفاض معدل التدفق.

الوصول إلى داخل الغرفة ضروري أيضًا. سيكون المنفذ الضيق والطويل الذي لا يمكن تنظيفه عرضة لتراكم الجزيئات والرواسب.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 2-12: مقطع عرضي تخطيطي لغرفة التوزيع، والمدخل، وقسم التهدئة، وحافة المخرج، ومسار هبوط المياه. التسمية التوضيحية المقترحة: "يبدأ التوحيد بالتوزيع المناسب للمياه قبل المغادرة." شكل وأبعاد المكونات الموجودة في الصورة تعليمية وغير إلزامية.

12–5. معدل التدفق المطلوب ومفهوم معدل التدفق لكل وحدة عرض

بالنسبة للهدار الخطي، يمكن التعبير عن إجمالي التفريغ من المعادلة التالية:

Q = b × q

وفي هذا الصدد:

• س: التفريغ الكلي؛

• ب: العرض الفعال للمخرج.

• س: معدل التدفق المطلوب لكل وحدة عرض.

تعتمد قيمة q على نوع المخرج وارتفاع السقوط والشكل المرغوب للستارة وظروف التثبيت. وينبغي أن تستمد هذه القيمة من معلومات الشركة المصنعة أو اختبار العينة.

مثال تعليمي

لنفترض أنه في اختبار منفذ معين، بالنسبة للشكل المطلوب للمياه، فإن معدل التدفق هو 1.5 لتر في الثانية لكل متر من العرض. لعرض فعال يبلغ 4 أمتار:

س = 4 × 1.5 = 6 لتر في الثانية

تحويل إلى متر مكعب في الساعة:

6 × 3.6 = 21.6 متر مكعب في الساعة

الرقم 1.5 في هذا المثال ليس معامل التصميم العام للستارة المائية. ولن يكون استخدامه لمخرجات أخرى، بدون بيانات أو اختبارات، موثوقًا به.

كما أن المزيد من التدفق لا يؤدي دائمًا إلى نتائج أفضل؛ قد يزيد من السُمك أو الضوضاء أو البقع أكثر من المطلوب.

12–6. اختيار المضخة على أساس معدل التدفق الفعلي والرأس

بعد تحديد معدل التدفق يجب حساب الرأس المطلوب بنفس معدل التدفق.

بالنسبة للدائرة النموذجية التي تنقل المياه من خزان سفلي إلى سد علوي، يتضمن الفحص المكونات التالية:

إجمالي الرأس = فرق المستوى الأساسي + انخفاض المسار + المتطلبات الهيدروليكية للإخراج

يشمل فقدان المسار تأثير الأنابيب والتجهيزات والصمامات والمعدات الموجودة في الدائرة. يجب أيضًا تحديد المتطلبات الهيدروليكية للإخراج وفقًا لتعريف أو حساب الشركة المصنعة بحيث لا يتم استخدام أي مكون مرتين.

يأخذ دليل OASE أيضًا في الاعتبار ارتفاع النقل وفقدان احتكاك المسار في الرأس الإجمالي عند اختيار مضخة الشلال. المصدر: دليل حساب إجمالي رأس OASE ^[70]

مواصلة المثال التعليمي

لنفترض أن معدل التدفق يبلغ 21.6 مترًا مكعبًا في الساعة:

• فرق المستوى الأساسي: 2.4 متر.

• الانخفاض المحسوب للمسار: 1.1 متر؛

• متطلبات الإخراج الإضافية خارج المكونين السابقين: 0.5 متر.

ثم:

إجمالي الرأس = 2.4 + 1.1 + 0.5 = 4 أمتار

يجب أن توفر المضخة التدفق المطلوب في هذا الرأس في منحنى أدائها. الاختيار على أساس "الحد الأقصى للتدفق" أو "الارتفاع الأقصى" المدرج في المواصفات وحده لا يكفي؛ عادة لا تحدث هاتان القيمتان في نفس نقطة التشغيل.

12–7. شلالات متعددة الطوابق مسار مستمر وفروع متوازية

في الشلال الذي يتدفق فيه الماء من مستوى إلى آخر وليس له مداخل أو مخارج جانبية، يكون التدفق الثابت عبر المراحل هو نفسه، بغض النظر عن الخسائر.

إذا مر 6 لتر في الثانية عبر ثلاثة طوابق متتالية فإن معدل تدفق المضخة لن يكون 18 لتر في الثانية بسبب وجود ثلاثة طوابق. نفس الماء ينخفض.

ولكن إذا تم تغذية ثلاثة مستجمعات مستقلة من مجمع واحد ويحتاج كل منها إلى 6 لترات في الثانية:

إجمالي التدفق المتزامن = 6 + 6 + 6 = 18 لترًا في الثانية

في المسار المستمر، يجب أن تتمتع كل مرحلة بالقدرة على تمرير التدفق واستقبال رذاذ المرحلة السابقة. في الفروع المتوازية، من المهم توزيع وضبط تدفق الفروع.

يمكن أيضًا ملء الأحواض المتوسطة أولاً أثناء بدء التشغيل؛ لذلك، يجب التحقق من الوقت الذي يصل فيه التدفق إلى القاع وحجم المياه المتداولة.

12–8. تصميم الممر المائي والتدفق في قناة مفتوحة

يمكن أن يكون الممر المائي ضحلًا وهادئًا أو به اضطراب وقطرات محلية. يحدد العرض والعمق والانحدار والخشونة وظروف النهاية للمسار سلوك التدفق.

علاقة الاستمرارية للتحقق من السرعة المتوسطة هي كما يلي:

Q = A × v

فيها:

• س: معدل التدفق، متر مكعب في الثانية؛

• أ: مساحة المقطع العرضي للتدفق الرطب، بالمتر المربع.

• v: السرعة المتوسطة، م/ث.

مثال تعليمي

إذا كان معدل التدفق 0.006 م3/ث يمر عبر مقطع مستطيل عرضه 0.4 م وعمق الماء الفعلي 0.06 م:

أ = 0.4 × 0.06 = 0.024 متر مربع

v = 0.006 ÷ 0.024 = 0.25 م/ث

يوضح هذا الحساب سرعة العمق المفترض؛ ولا يثبت أنه سيتم إنشاء نفس العمق في المنحدر والظروف الفعلية. يتطلب تحديد العمق والسعة التحقق من التدفق في القناة المفتوحة.

في المنعطفات والضيقات ومكان المرور أسفل المسار ونهاية المجرى المائي، يجب التحقق من إمكانية زيادة المستوى والاضطراب والفيضان. لا ينبغي اختيار ارتفاع الجدار مساويا لحساب عمق الماء فقط.

12–9. الجدار المائي دور السطح والمواد

في جدار الماء، يكون الماء على اتصال مستمر مع السطح. يمكن أن يتسبب الملمس والتماس والتلوث والاختلاف في قابلية رطوبة الأجزاء السطحية في تكوين خطوط أو مناطق جافة.

يجب أن يكون اختيار المواد مصحوبًا باختبار المياه. ظهور الحجر أو الطلاء في حالة جافة لا يدل على نتيجته النهائية في تدفق المياه.

تشمل العناصر المهمة ما يلي:

• انتظام توزيع المياه أعلى الجدار .

• شكل اللحامات ومكان اتصال الأجزاء.

• إمكانية إزالة الترسبات دون الإضرار بالسطح.

• توافق المواد والغراء والمواد المانعة للتسرب والختم.

• الوصول إلى الأماكن المرتفعة .

• تجمع المياه في أسفل الجدار.

يمكن للسطح الخشن جدًا أن يعطل حركة الماء ويزيد من تناثره. قد يظهر السطح الأملس أيضًا عيوب التوزيع والتلوث بشكل أكثر وضوحًا. يجب أن يتم الاختيار باستخدام عينة من نفس المادة والتفاصيل الفعلية.

12–10. التحكم في الرش والصوت وتدفق الهواء

بعد الخروج، لا يتحرك الماء فقط على طول خط هندسي. ويؤثر شكل الطبقة وسرعة الخروج وارتفاع السقوط والتأثير على السطح السفلي وتدفق الهواء على مدى الترطيب.

لا ينبغي تحديد أبعاد حوض الاستقبال إلا من منظر الشلال. يجب التحقق من الظروف العادية والأوضاع الفعالة مثل تغيير معدل التدفق أو تشغيل الرياح أو التهوية.

ويعتمد صوت الماء أيضًا على حجم التدفق وارتفاع السقوط وشكل الاصطدام والبيئة المحيطة. قد يكون الصوت الخارجي اللائق مشتتًا للانتباه في الردهة ذات الأسطح الصلبة.

بالنسبة للمشاريع الحساسة، يجب أن تشمل النماذج الأولية أيضًا تقييم البداية والصوت. لا يكتمل الاختبار بمجرد ملاحظة شكل الستارة.

في الداخل، يجب أيضًا أن يكون اتجاه فتحات الهواء والتدفق الناتج عن فتح الأبواب متناغمًا مع موقع الستارة.

12–11. ستارة زخرفية وستارة عرض ونافورة كتابة

ويجب فصل هذه الوظائف الثلاث عن بعضها البعض في مواصفات المشروع:

يمكن لبعض الأنظمة الجمع بين عدة وظائف. على سبيل المثال، يتحدث برنامج Aquatique Show، في مقدمته Aqua Graphic، عن المخرجات المستقلة لإنشاء الأشكال والنصوص، بالإضافة إلى القدرة على الدمج مع عروض الصور. المصدر: الستارة الرقمية Aqua Graphic^[71]

على الشاشة، يجب التحقق من نسيج الماء والإضاءة المحيطة وموقع جهاز العرض وزاوية العرض والمحتوى كمجموعة. ستارة ديكور شفافة بدون اختبار لا تعتبر منصة مناسبة لعرض الصور. المصدر: دليل Aquatique Show^[72] للستائر المائية

الستائر الموجهة لها أيضًا هيكل مختلف. في منتج NRC الخاص بشركة Crystal Fountains، تُستخدم خيوط مايلر لتوجيه حركة القطرات؛ ولذلك لا ينبغي وصف هذا المنتج بأنه مثل طبقة الماء الحرة والمتكاملة. المصدر: ستارة المطر NRC^[73]

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 12-3: ثلاث صور منفصلة بعنوان "الستارة المزخرفة"، و"العرض على الماء"، و"التشكيل باستخدام مخرجات يمكن التحكم فيها". يتم تمييز الصور الحقيقية أو التخطيطية بوضوح عن بعضها البعض. التسمية التوضيحية المقترحة: "المظهر لا يعني بالضرورة التكنولوجيا والأداء."

12–12. حوض الاستقبال والخزان والمياه الراجعة

يجب أن يستقبل نظام التجميع المياه المتساقطة ويعيدها إلى الدائرة دون حدوث فيضان غير مرغوب فيه.

عند تحديد سعة الخزان، فإن الحجم الموجود بداخله فقط أثناء التشغيل المستقر ليس مهمًا. قد تعود أيضًا المياه في المجاري وبرك المياه الجوفية والمجاري المائية القابلة للصرف إلى الخزان بعد توقفها.

على سبيل المثال، حجم الماء لمسار مستطيل طوله 12 مترًا وعرضه 0.4 مترًا وعمقه 0.06 مترًا يساوي:

V = 12 × 0.4 × 0.06 = 0.288 متر مكعب = 288 لتر

هذه الكمية هي توازن الماء لنفس الطريق. تعتمد المساهمة التي تصل إلى الخزان بعد التوقف على المنحدر والعوائق ومستوى المخرج. يجب فحص الأحواض والأنابيب بشكل منفصل.

كما يجب تحديد الانخفاض في مستوى الخزان أثناء بدء التشغيل وإمكانية عودة المياه من مسار المضخة. يعتمد اختيار التحكم أو الحل الميكانيكي على الترتيب الفعلي للدائرة.

12–13. الختم والاتصال بالمبنى ونوعية المياه

في هذه النوافير، يكون مسار اتصال الماء بالعمارة طويلاً. يمكن أن يتحرك اختراق الماء من التماس خلف الطلاء، ويختلف موقع ظهور الرطوبة عن موقع العيب.

يجب أن يكون الختم مستمراً في مكان تغيير المواد، وربط الميزاب بالجدار، واختراق الأنابيب، ووصلة الحركة والحوض السفلي. السطح المكشوف وحده ليس بديلاً عن طبقة العزل المائي المصممة هندسيًا.

يجب إجراء اختبار الأجزاء المخفية وتسجيلها قبل التغطية. للتركيب على الواجهة أو فوق المساحة القابلة للاستخدام، يجب أيضًا مراعاة عواقب التسرب وطريق الوصول للإصلاح.

بالإضافة إلى المظهر، تعد جودة المياه جزءًا من الاستغلال. في دليل النوافير المزخرفة، يناقش مركز السيطرة على الأمراض تكوين جزيئات الماء العالقة وأهمية التحكم في الرواسب والأغشية الحيوية وظروف المياه. يجب تطوير برنامج التنظيف والمراقبة والتطهير وفقاً للنظام. المصدر: إدارة النوافير المزخرفة CDC^[74]

12–14. الإضاءة والتنظيف والحفاظ على الجودة

يمكن أن يسلط الضوء الضوء على حافة منسدلة أو نسيج حائط أو ممر مائي. يجب أن يضمن موقع الضوء جودة الرؤية وإمكانية الخدمة.

في ستارة شفافة، الخلفية وزاوية الضوء مهمة جدًا. في الجدار المزخرف، يمكن للضوء المائل أن يكشف عن التلال، ولكنه يظهر أيضًا المزيد من الرواسب السطحية والعيوب.

وللمحافظة على الجودة يجب أن يتضمن برنامج الصيانة ما يلي:

• تنظيف غرفة التوزيع والمنافذ.

• التحقق من مستوى وصحة الحافة.

• تنظيف الرواسب بطريقة متوافقة مع المواد .

• تنظيف البرك والممرات المائية.

• فحص الفلتر ومستوى الماء والتسرب.

• مقارنة الشكل الموجي مع الحالة المسجلة أثناء الولادة.

بالنسبة للستائر التي يتم التحكم فيها، يلزم أيضًا اختبار أداء المخرجات. قد يؤدي الإخراج الخاطئ إلى تشويه جزء من النص أو الصورة المائية.

ملاحظة الشكل في مخطوط الكتاب

الشكل 4-12: صورة مقربة لحافة السد وتوزيع التدفق الموحد، إلى جانب صورة الوصول إلى الخدمة لنفس المعدات. عنوان فرعي مقترح: "تلعب جودة الحافة وإمكانية التنظيف دورًا في متانة الشكل المطلوب للمياه."

12–15. اختبار المشروع والتسليم

يجب أن يتم القبول بناءً على سلوك الماء المطلوب وشروط محددة.

للحصول على ستارة هادئة، قد تكون الاستمرارية هي المعيار الرئيسي. بالنسبة للشلال الطبيعي، يعد الاضطراب جزءًا من التصميم. ولذلك فإن عبارة "نوعية المياه الكافية" ينبغي أن تصبح نتيجة ملحوظة وقابلة للاختبار.

ترتبط النوافير المتتالية والستائرية والممرات المائية ارتباطًا مباشرًا بالهندسة المعمارية. إن التصميم الدقيق للممر المائي وتفاصيل البناء وشروط الصيانة سوف يحافظ على هذا الاتصال بمرور الوقت.

في الفصل 13، يتم استكشاف نوافير المياه والنار مجتمعة؛ بدءًا من غرض العرض التوضيحي وترتيب المعدات وحتى تنسيق المراقبة والقيود البيئية والمتطلبات المتخصصة للتنفيذ والتشغيل.