喷泉作为一种人工景观，在全国各地甚至是全世界，已越来越多的出现在各个领域。设计精美的喷泉，一方面可以美化城市环境，提高广场、公园等公共场所的品位，另一方面，可以给人带来美的享受，让人能感受到人与自然的和谐，同时，喷泉喷水过程中，喷泉周围环境中会产生相当数量的空气负离子，这些负离子具有广泛的生物医学效应，可以有效改善人体的健康状况，让人感觉心情愉悦。但由于大多数喷泉建设在室外，因此，不可避免的会受到各种污染物质的污染，例如军团病菌就是一种能借助喷泉而进行繁殖、散发和传播的致病细菌。因此，一个好的喷泉，在设计与建造时，一方面要考虑其巨大的投资与运行费用，另一方面要考虑其环保及节能措施，以使在后期的运行过程中不至于产生“建得起用不起”的状况。

由于喷泉在建设与运行过程中，主要的能源消耗为水、电等方面，因此，本文将就喷泉设计与建造过程中一些可能的环保与节能技术进行探讨，期望能为我国的喷泉建设与发展提供环保节能的思路。

1、喷泉水源节约技术

喷泉在运行过程中，主要通过改变水的形态，以及组合各种水的造型来产生各种图案，给人以美的享受，因此，喷泉在运行时，首要的节约能源即为水资源。根据目前我国喷泉的建设与发展状况，结合笔者多年的喷泉建设与设计经验，笔者认为可以从以下几方面来节约水资源。

• 1）喷泉水循环技术

目前国内的喷泉，不论是水池喷泉还是旱地喷泉，都基本上能实现水的循环使用。目前存在的主要问题是：

1. 喷泉水在循环使用过程中未进行处理。未经处理的水，在多次反复使用时，必然会存在污染问题。尤其是旱喷，地面上大量的污染物质会进行循环水池，如果不对其进行处理，受污染的喷泉水在与人身体接触后，就会对人体健康产生威胁。

2. 喷泉循环水在处理时工艺过于简单，大多数只是进行了简单的过滤处理，而没有进行消毒。过滤处理只能去除一些悬浮物及漂浮物，却很难消灭水中的致病细菌，因此喷泉水的长期使用也会对人体健康造成不良影响。

3. 长时间使用的喷泉需要换水和补水，需要耗费大量水资源。如果长期使用未经处理的水，经过一段时间后，必然要对喷泉水池的水进行全部更换或补充新鲜水。越是大型的喷泉，其一次更换水的费用越高，有的甚至可达上万元。同时，喷泉在运行过程中，因为水的蒸发、漂移等情况，会产生水量损失，需要不定期的对水池进行补水。因此采取合适的循环水处理技术，可以极大的减少换水与补水次数。

根据笔者经验，本着以人为本的原则，借鉴相关的研究经验[4]，建议当喷泉水量小于50m3时，可以不对喷泉水进行处理而直接进行全部更换的方式。当喷泉水量大于50m3时，需对喷泉水进行循环使用，考虑到人体健康原因，必须增加过滤水处理设备和消毒处理设备，消毒可使用化学药剂，如次氯酸纳等，也可使用电杀菌器等方法。

• 2）雨水利用技术

由于喷泉大多数建设在公园、广场等公共场所，因此，必然会在喷泉周边存在大面积的可供游人使用的不透水场地。这些不透水地面在降雨达到一定强度时，会产生大量的雨水。如果能将这些雨水加以收集，一方面可以用作喷泉补水，另一方面也可作为广场或公园的绿化用水，减少对自来水的浪费，节约水资源。但雨水利用时需注意以下问题：

1. 初期雨水需弃流。根据研究，降雨产生的初期雨水，其中的很多污染指数与一般城市污水相当，甚至有些比一般城市污水还要高，因此，需要对收集的初期雨水设置弃流装置。根据相关研究[8]，笔者建议可将初期雨水弃流量控制在5mm左右，只收集后期雨水来进行再利用。

2. 使用雨水需对其进行处理。根据中国工程建设标准化协会标准《水景喷泉工程技术规程》的规定，喷泉用水需满足一定的水质标准。笔者建议设计时可参考《喷泉水景工程技术规程》来进行喷泉水质处理设计。

• 3）风速控制喷泉技术

大多数大型的喷泉都建在室外，因此，在喷泉使用过程中，不可避免的由于蒸发、漂移等原因，会产生水量损失，其中，因为风产生的漂移损失占其中损失的一大部分，同时，风也会对喷泉的花型效果产生极大的影响[10]。因此，合理的控制喷泉的喷高，或使用控制喷泉喷高的相关技术来降低水量损失是必要的。目前，大型的喷泉基本上都采用了变频控制技术，因此，笔者建议采用风速测速仪，对喷泉所在位置进行风速测定，并通过数模转换软件将采集到的信号转换为水泵控制参数，来改变喷泉的喷高，以降低喷泉水量损失。

2、电气节能技术

• 1）水泵控制技术

喷泉在我国经过多年的发展，从最初的无法自动的控制喷泉，到彩色喷泉，再到程控喷泉、音乐喷泉，音控喷泉，已经取得了极大的进步。但从喷泉的动力设备上来看，依然依靠的是水泵。因此，喷泉运行过程中的节能，主要还是通过对水泵的控制来进行。笔者认为可从以下几方面进行考虑。1）水泵的选型。目前喷泉上使用的水泵主要包括离心泵与潜水泵两种。从水泵的性能和使用来看，离心泵的性能、效率、维修率等明显低于潜水泵，但潜水泵在灵活性方面则远胜于离心泵。因此，见于离心泵的使用存在的诸多限制，比如要有单独的泵房，扬程虽可通过变频来控制，但无法适用于水型变化多样的喷泉等，可在建设假山喷泉、瀑布、矩阵喷泉等要求扬程统一的情况下使用离心泵。而在诸如受场地限制，或者一些随时需要单喷头变换扬程的喷泉设计中考虑使用潜水泵。2）变频泵与工频泵。随着变频技术的成熟，变频泵已被大多数的大型喷泉采用。相对于工频泵而言，变频泵的效率更高，控制更加自由，喷泉花型也相对丰富。但由于变频泵价格相对较高，因此首次建设费用较高，但后期运行费用会相对较低。笔者建议在喷泉设计时，考虑在投资方可承受范围内，多采用变频泵。

• 2）彩灯使用

喷泉之所以绚烂多姿，很大的原因在于其彩灯的使用，一个大型的喷泉，其彩灯的使用量可达几千只，因此，彩灯在现代喷泉建设使用过程中必不可少。我国的喷泉以前使用较多的多为普通的水下彩灯多和水下射灯，其功率一般为80W或更大，但随着科技的发展，LED灯，即发光二极管越来越成熟，应用也越来越多。LED它是一种半导体材料制成的组件，可将电能转化为光能，不但体积小，且具有耐震动，驱动电压低、功率小（3W-12W）、耗电少、发热少、开关速度快、使用寿命长、多变幻、色彩纯度高、绿色环保等特性。相比于普通水下彩灯，LED灯更节能，也更适于现代喷泉的发展。

3、喷泉控制节能技术

喷泉能吸引人的，除了其色彩丰富外，其变化多样的形态，也是让人惊叹的一个方面。而这些形态的变化，主要依靠的是喷泉的控制技术。喷泉的控制技术从最初的仅有开关控制，到后来的程序控制，到现在的音控，越来越体现出科技的发展。一个好的喷泉控制系统，一方面可以使喷泉更丰富多姿，另一方面可以产生更好的节能效果。

目前较为先进的控制系统有：

• 1）网络控制技术

目前喷泉控制普遍采用的是集中式控制系统，工控机和电气驱动柜都置于一个单独的喷泉控制室内，然后电缆直接从控制室连人设备现场(喷泉池)。这种传统的控制方式具有很大的局限性，只适用于控制点数不多，且分布比较集中的场合，然而，目前大型喷泉系统的控制点数（包括模拟量和数字量）达到数百或上千，而且倾向于多池化设计，设备也越来越分散化，若采用传统控制方式，务必会耗费大量电缆，成本太高且不易维护和扩展。李晨曦等人提出的基于以太网分布式架构，该系统具有结构灵活、可靠性高、扩展性好等优势[11]。因此，随着互联网技术的快速发展，采用分散控制的网络技术已经为喷泉的远程、自由、方便控制提供了可能。分散控制可扩展性强，同时可以节省电缆等设备的投资，也能节省运行过程中的损耗，达到节能的效果。

• 2）专家控制系统

专家控制是智能控制的一个重要分支，其实质是把专家系统的理论、技术与控制理论、方法、技术有机地结合起来，在未知的环境下，效仿专家的智能，实现对系统的控制。

在音乐喷泉专家控制器中，音乐喷泉领域专家的经验性知识和一般性知识以一定的表示形式存储于知识库中。在进行音乐喷泉表演时，推理机根据当前音乐特征信息，按一定的搜索策略在知识库中搜索可与之匹配的知识，推出某些中间结论，然后再以这些中间结论为证据，在知识库中进行再搜索，如此反复进行，直到最终推出结论，即与音乐特征信息相吻合的喷泉控制方案为止[12]。通过优化设计的专家控制系统，一方面可以达到音乐、喷泉造型、现场气氛的最佳融合，另一方面可以在一定情况下可以达到节能的效果。

• 3）其它先进控制技术

随着各种喷泉建设的发展，越来越多的大型音乐喷泉不断出现，其控制要求也越来越高。喷泉在控制过程中，主要需要克服的是音乐与喷泉造型之间滞后问题。因此在设计与建设过程中，往往需要耗费大量的硬件来弥补由此产生的问题。近年来，随着软硬件的不断进步，出现了各种先进的控制技术。例如，张鸿业等人提出的基于预测算法的计算机音乐喷泉控制技术[13]，通过对控制算法进行改进，极大消除了大滞后环节对系统过渡过程的影响，同时采用少量的硬件，既可保证延迟时间的长度，又可实现延迟的灵活性。因此，采用预测补偿控制和软件信号延迟方法大大提高了音乐与水流配合的同步性。

• 4、结论

喷泉的设计与运行是一个相对复杂的过程，在实际的很多喷泉工程中，仅仅注重了喷泉喷头、管道、水泵、电气设备等的基本选型以及喷泉各种花型的组合设计，这些往往能满足的喷泉的基本功能，但在喷泉的长期运行及喷泉的环保节能方面的设计，经常受到忽视。本文通过对喷泉设计及运行过程中可能的节能环保环节进行简单的总结，提出了喷泉在设计与运行过程中的一些节能环保的建议，希望能为我国喷泉的建设提供参考思路。