揭秘世界最大室内水上乐园悬空双层漂流河“水下功夫”

　　合肥万达水上乐园建筑面积约3.2万平米，是全球首个第四代室内水上乐园，也是世界上最大的室内水上乐园。水乐园设置的悬空双层漂流河，为世界首创：河道上层115m线形漂流河，犹如空中飞龙，畅游在云端;下层350m环形漂流河，蜿蜒辗转，碧波粼粼。游客们在享受既惊险刺激又闲逸舒适的畅游体验时，有没有想过：这水道既惊险又安全，如何做到的?

　　悬空双层漂流河的漂流效果由河道、提升机、游乐设施、造浪机房和水循环系统等运行形成，设计师要考虑河道设计、水动力设计、水处理设计、安全设计等。其中包括很多技术细节，如：线形漂流河的水力特性与环形漂流河相差很大，如果将环形漂流河的水循环设计套用到线形漂流河，会出现推流口处漂流筏停滞等一些意想不到的情况。在设计中，采用了ANSYS分析软件模拟河道计算，调整河水深度和循环流量，修改给水推流口的位置和入射角度，实现水流均匀。

　　这既惊险又安全的梦幻水道的背后是设计师们充满智慧的精心设计，这“水下功夫”，绝不简单!

01、工程概况

图1 合肥万达水乐园鸟瞰图

　　水上乐园内设置了悬空双层漂流河:下部漂流河为环形漂流河，长350m，宽4.5m，水深0.9m;上部漂流河为线形漂流河，长约115m，宽4.5m，水深0.6m。上部漂流河皮筏由提升机从下部漂流河提升到上部漂流河，再经末端下滑道滑落到下部漂流河(见图2)。

图2 下部漂流河河道平面图和上部漂流河河道平面图

02、漂流河设计

　　合肥万达水乐园漂流河概念设计由美国WTI公司完成，扩初及施工图设计由我司完成。

03、河道设计

　　河道设计是漂流河设计的基础，与水循环系统设计息息相关。河道的宽度和深度决定了河道推流循环流量;河道的形状，决定了推流给水口的位置和数量。河道设计需要游乐设施、结构、给排水、电气和暖通等专业密切配合完成。

3.1河道设计相关的问题

　　目前国内河道设计专业人员比较缺乏。外方游乐设施及河道设计人员缺乏水力学的专业知识，偏重于功能而忽略河道水力因素;国内建筑设计院给排水人员往往只是按外方设计的河道进行水循环系统设计，双方在河道水力验算上没有衔接，很容易出现一些问题。室内漂流河尤其如此，河道形状受限于场地条件，常出现90。左右的弯角，不利于漂流筏前进。万达漂流河在施工及调试过程中，出现了下面一些问题。

3.1.1漂流筏停滞

　　下部漂流河的A点，设有造浪机房，河道夹角96.5o，河道基本垂直。漂流筏在A处因造浪停止并聚集;上部漂流河的D点，皮筏的行驶方向和河道垂直，河道方向没有速度分量。皮筏从提升机进入漂流河后撞击池壁并滞留。

3.1.2漂流筏倒退

　　皮筏顺流到上部漂流河S湾的C点后，受涡流影响在该处的底部推流给水口前停止并倒退。

3.1.3漂流筏偏离

　　按WTI的设计构思，漂流皮筏到达下部漂流河的B点后，自动进入提升机河道提升后进入上部漂流河。实际上，漂流筏在弯道水流作用下却是远离提升机河道。

3.2河道设计方法

　　河道形状不同，水流流态也大不一样，河道水流具有多样性和复杂性。上部漂流河C点推流给水口处漂流筏倒退的情况，在下部环形漂流河中就不会出现。因此河道设计，尤其是复杂的河道设计，需要建立模型分析计算。建立河道实体模型，或者采用流体力学分析软件模拟河道计算，是非常必要的。

　　ANSYS是常用的流体力学分析软件。设计师利用它建立模型，划分网格，模拟边界条件，进行河道水力计算。在模型的基础上，不断调整河道形状、宽度和水深，调整给水口数量、位置、入射角度、水流速度和给水口高度，直到水流均匀，达到我们需要的结果。

3.3现场解决方法

　　利用ANSYS软件模拟上部漂流河建立数值模型，见图3;不断调整上部漂流水深、推流流量大小、推流给水口位置、末端回水口位置等边界条件进行计算，直到流速和流线满足需要，见图4。

图3 上部漂流河数值模型

图4 河水表面流线分布

　　针对上述问题，经过模拟计算，万达漂流河具体调整如下：A点水流进入前15m处，设置2处底部推流给水口，增加水流速度，减轻了拥堵现象;B点皮筏无法自动入提升河道，现场设置人员牵引，在E点处封闭提升河道，并在提升机下方的提升河道增加水泵，提升水至上部漂流河，增加水流进入提升河道的流速;上部漂流河按软件模拟计算结果，将河道水深调整为0.6m;D点圆弧段增加池壁给水口数量和流量，给水口移动到起端，调整入射角度与河道平行，给水口采用水下格栅，尺寸3000*250(mm)，格栅顶位于水面以下50mm;C点皮筏在D点修改后不再倒退。

04、水动力设计

　　漂流河水动力设计主要是推流泵站及管道路由、吸水口及推流口的设计。河道设计水流流速不应大于1.0m/s，吸水口流速不大于0.5m/s，侧壁推流出水口宜大于3.0m/s。推流泵吸水管管径比较大，在水动力设计中需要注意安全因素。

4.1推流泵站及管道路由

　　推流泵站选位与供回水管道的路由设计，是水动力设计的难点。根据河道形状和场地条件设置合适的推流泵站，水泵从河道直接抽水，不用设置平衡水箱。

　　不同于室外漂流河，室内漂流河场地局促，可设置推流泵站的位置少，吸水管及出水管管路长，管路路由要特别注意。万达漂流河周边有大碗池、大喇叭滑道、水寨、儿童池、亲水广场、造浪池、冲浪模拟器，身体滑道等8个其它游乐设施，管道敷设困难。路由设计时，将池底面层增加到700mm，水动力及水处理管道在池底面层内敷设，现场安装效果很好，特别适合施工现场根据调试结果调整回水口与给水口位置。

　　室内漂流河河道短，水流速度比室外漂流河要小，万达下部漂流河漂流一圈设计时间20min，上部漂流河时间6min，水流速度按0.3m/s设计。

　　下部漂流河循环流量4374m3/h(Q=SV=4.5×0.9×0.3×3600 m3/h)，实际沿河均匀设置循环推流泵站6处，每处设推流水泵一台(779m3/h，18.5m，55kW)，合计循环流量4674m3/h。

　　上部漂流河循环流量2916m3/h(Q=SV=4.5×0.6×0.3×3600 m3/h),实际设置循环泵7台，循环流量3748m3/h。上部漂流河推流给水口除C点外，其它都集中在漂流河起端。

　　水动力吸水管上毛发过滤器，出水管设置数字式电子流量计，读数方便，便于及时监控水泵运行情况。

4.2管道管径

　　在技术规程中，水泵吸水管流速宜1.0～1.2m/s;出水管流速宜1.5～2.0m/s。万达下部漂流河水体积约1418m3，如果管道损坏池水全部进入地下室，平均淹没水深约470mm。如果按技术规程中流速计算，下部推流泵吸水管将达到DN500。万达漂流河设计时，特意将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径不大于DN300，阀门关闭更方便，减小管道损坏时进入地下室的水量。

4.3回水口及推流给水口

　　在环形漂流河中，河流流速为各推流泵推动河流断面流速之和。回水口和推流给水口布置时，采用闭环回路分析，如图5。

图5 环形漂流河推流流程图

　　推流泵站T1的回路中，T1流程推动河流前进，W1流程没有推动河流，因此回水口和给水口要靠近布置，一般5～10m。回水口和推流给水口沿水流方向的前后位置要相对一致，如T5推流泵组调换回水口与给水口相对位置后，推流水流短路，只能推动小段河流。

　　线形漂流河中，推流给水口设置于河道起端，回水口设置在末端，水流推动的河段最长。如果推流给水口设置在河段中间，起端到中间这段河流要增加推流泵。

05、运行效果

　　该乐园于2017年9月投入运行一年来，实际运行效果良好。水泵吸水管及出水管以较大流速运行期间，管道和支架没有出现异常，日常维护仍需加强支架和橡胶软接头的外观检查，密切关注管道及接头漏水情况;双层格栅回水口安全可靠，对脚部吸力小，日常维护中需要特别注意格栅及固定螺栓的松动情况。

　　漂流速度和漂流时间符合预期，这证明ANSYS软件模拟设计是可靠的。将推流给水口移动到起端并调整入射水流后，上部漂流河的实测水流速度增加到了0.3m/s。漂流河表面流线比较均匀，漂流河中部S弯引起的涡流影响大大降低，漂流筏在S弯入口处的C点会出现左右晃动，但不影响整体向前漂流的趋势。

来源:中国游乐,侵删