詒馨園雨水蓄水池容積設(shè)計計算

王海青 馬恒升 陳文俊 金 夢 張 倩 蔣 娜

西安翻譯學院

詒馨園雨水蓄水池容積設(shè)計計算

王海青 馬恒升 陳文俊 金 夢 張 倩 蔣 娜

西安翻譯學院

研究分析各年的的降水量在不同季節(jié)各階段所表現(xiàn)出來的規(guī)律，結(jié)合實際計算出蓄水池的經(jīng)濟容積。以某大學的某學?；▓@為例，結(jié)合調(diào)查資料，來推算出該學校的蓄水池的合理經(jīng)濟容積。

詒馨園；雨水利用；蓄水池；經(jīng)濟容積

1 前言

當今社會淡水資源日益減少，人們節(jié)水意識也進一步提高，新型節(jié)水途徑開發(fā)成為一種潮流?！督ㄖc小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》[]的出臺，推動了雨水循環(huán)回收利用的發(fā)展。蓄水池是雨水回收利用的關(guān)鍵部位所在，在新規(guī)范中提出了兩種蓄水池容積計算方法：簡單公式法和計算機模擬法。簡單公式法就是指在一定面積內(nèi)根據(jù)設(shè)計的降雨量和雨水的初期棄流量之差來計算蓄水池容積，按規(guī)范規(guī)定應(yīng)有本地10年以上的降水資料，但是由于10年以上的降水資料難以收集到，所以這種計算方法在一定程度給人們帶來很大不便。計算機模擬法在大量的數(shù)據(jù)資料下，根據(jù)日降水量和日用水量的變化曲線利用計算機模擬出一種環(huán)境與現(xiàn)實比較，進而，計算蓄水池的容積，這種方法在實際建設(shè)中也很難應(yīng)用。因此筆者利用規(guī)范中的一些原理的基礎(chǔ)之上，能夠方便進行蓄水池容積計算，以西安市長安區(qū)具有代表性年份的降雨資料為基礎(chǔ)，以蓄水池的有效容積建立目標函數(shù)，最終能夠達到最大程度的雨水回收利用和最合理的經(jīng)濟效益，并以此容積作為該花園的蓄水池容積。

2 思路的來源及其提出

由于校園主干道是斜坡，在雨季會由于排水系統(tǒng)繁忙，導致在主干道上會形成水流沿坡直下，雨水平鋪在主干道上，嚴重影響了學生的通行和造成了校園環(huán)境的污染，而在部分季節(jié)，花園缺水，草木凋黃。那么我們可以進行回收雨水用在校園綠化、暖氣上水、廁所用水和清掃道路等，尤其是校園綠化和暖氣上水需要大量的水。雨水的收集可以通過設(shè)在屋頂、校園主干道和廣場上的集流裝置、輸水管和蓄水池來實現(xiàn)。收集的雨水經(jīng)過安裝的過濾器過濾，之后就可以安全使用。

雨水管道的配置以及蓄水池的修建是排水系統(tǒng)的重要組成，其基建費用是排水系統(tǒng)中很大的一部分，但蓄水池可以節(jié)約一部分費用。蓄水池的儲水量大，基建費用大，利用率高。有效的經(jīng)濟容積即可以節(jié)約成本費用，也可以節(jié)約雨水。在水的價格不變情況下，可以帶來最大經(jīng)濟效益。

3 設(shè)計計算步驟[1]

以收集和調(diào)查得來的數(shù)據(jù)為一系統(tǒng)，建立蓄水池的經(jīng)濟容積與工程經(jīng)濟效益和工程投資之間的數(shù)學模型[2][3]，設(shè)計計算步驟如下。

3.1 降雨數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與處理

對比降雨的量、降雨的強度、降雨的次數(shù)選出具有代表性的降雨代表年，根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》來確定降雨初期棄流量h0(mm)，用天進行統(tǒng)計，將大于初期棄流量的數(shù)據(jù)進行保留，來作為后續(xù)工作的計算數(shù)據(jù)。

3.2 匯水面積的折算

墊面（有建筑屋面、磚面、混凝土瀝青面、綠地面等）不同，其所對應(yīng)的雨量徑流系數(shù)也不同，根據(jù)公式（1），計算出花園匯水面積內(nèi)的平均徑流系數(shù)為：

公式中，Ψ—匯水面積的平均徑流系數(shù)；

ηi—不同下墊面占匯水總面積的百分比；

Φi—不同下墊面所對應(yīng)的徑流系數(shù)。

利用公式（2），將實際匯水面積折算為徑流系數(shù)為1的產(chǎn)流面積S:

公式中，F(xiàn)—實際匯水面積，m2。

3.3 蓄水池容積計算

在上述基礎(chǔ)下，假設(shè)蓄水池中所收集的雨（雪）水能夠在下次降雨（雪）之前空置或者蓄水池剩余容積能夠不影響雨（雪）水的收集量。[4]

對于產(chǎn)流面積匯流區(qū)，按從小到大的順序選取n個蓄水池容積（V1,V2,V3，......，Vn-1,Vn），通過查詢預算定額，分別確定對應(yīng)蓄水池容積的修建費用（B1,B2,B3，......，Bn-1,Bn）。一個蓄水池容積Vi，在一次降雨（雪）中最大收集降雨量hmax（mm），可用公式（3）計算：

則根據(jù)資料可得，在h0到(hmax+h0)之間的降水能夠被全部收集，而大于(hmax+h0)的降雨量，只能收集hmax的降水量，其余的則通過排水管道排向?qū)W校污水凈化廠。將降水代表年中的每次降雨（雪）按以上條件判斷，累加在蓄水池容積為Vi(m3)的收集雨水總量為Σhi,則Qi(m3)為一年的全部收集雨水量，用式（4）計算：

n個V1,V2,V3，......，Vn-1,Vn的蓄水池，其全年蓄水總量分別為Q1,Q2,Q3，......，Qn-1,Qn。容積是Vi的蓄水池，使用期限內(nèi)收集的雨水總量能夠產(chǎn)生的直接收益按照本地的自來水價格進行計算，則雨水回用工程直接收益Ci，可用式（5）計算：

式中，T—蓄水池使用期限，a；

M—水的價格，元/m3。

在使用期限內(nèi)雨水的回用工程經(jīng)濟效益Ei，用式（6）來計算：

即，一個蓄水池所帶來的經(jīng)濟回收效益與它的容積成正比，其中的經(jīng)濟效益最大所對應(yīng)蓄水池容積則為該產(chǎn)流面積雨水蓄水池的經(jīng)濟容積。

4 確定西安市長安區(qū)某學?；▓@蓄水池的經(jīng)濟容積

對學校的綠化面積，國家有嚴格的要求，且西安這樣的城市缺水而且水循環(huán)被破壞，推廣雨水的回收利用是發(fā)展的必然趨勢。

4.1 西安市長安區(qū)雨水利用的基礎(chǔ)

西安市長安區(qū)近年來降雨（雪）量逐年減少，而且呈不穩(wěn)定趨勢。西安市長安區(qū)四季明顯，冬季降雨量少，由于寒冷、冰凍等原因雨水很難利用，因此只能計算3-11月份的降雨量。如果以2014年為降雨代表年，初期棄流量約取3mm，以20年作為蓄水池的使用期限計算，目前西安市長安區(qū)某學校用水價格為2元/m3。

4.2 雨水蓄水池容積設(shè)計實例

西安市長安區(qū)某學?；▓@總匯水面積為2038.7835m2，其中建筑物占總匯水面積的28.2%，道路面積占23.11%，綠地面積占34.18%，磚地面積占14.5%。屋面徑流系數(shù)取0.9，混凝土以及瀝青道路的徑流系數(shù)取0.9，綠地的徑流系數(shù)取0.15，石塊和磚的徑流系數(shù)取0.6。[5]以該校的某花園為例，計算該雨水蓄水池經(jīng)濟容積。用式（1）、式（2）來計算產(chǎn)流面積：

S=2038.7835*（28.2%*0.9+23.11%*0.9+34.18%*0.15+14.5%*0.6）=1223.39m2

花園雨水回收利用系統(tǒng)按20年的使用年限壽命來計算，按蓄水池容積計算的步驟式（3）到式（6）計算，按間隔20m3在50-300m3內(nèi)計算每一個蓄水池集水量和經(jīng)濟收益，如下表：

經(jīng)濟效益/元904 1258 1572 1724 1390 632蓄水池容積/m3 50 70 90 110 130 150收集水量/m3 2952 4129 5286 6362 7195 7816

由上表表明，當蓄水池的容積為110m3時，其年經(jīng)濟效益最大，即確定該花園雨水蓄水池最佳設(shè)計容積是110m3。

5 結(jié)論及建議

蓄水池作為雨水回水利用工程的必不可少的部分，容積的大小對工程的基建費用和系統(tǒng)運轉(zhuǎn)費用有著很大的影響，蓄水池的有效經(jīng)濟容積對經(jīng)濟收益影響重大。校園花園蓄水池容積設(shè)計計算為其他地區(qū)提供了參考。

①在此設(shè)計中，雨水的回收利用不僅節(jié)約了自來水費用，而且還起到了減少排污量、增加綠化面積、緩解校園路面排水系統(tǒng)的壓力、減少雨污排水系統(tǒng)投資的作用。

②計算中，二次利用水的價格是按本地自來水價格計算，節(jié)約的水是用來澆灌花園、灑路面和暖氣用水等，可按再生水的價格計算。

③由于地方降雨量不同，初期棄流量的選用應(yīng)根據(jù)當?shù)鼐唧w情況。

④此設(shè)計還有許多不足，且以虛擬模型和實物為準。

[1]中華人民共和國建設(shè)部.GB 50400-2006建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]盧金鎖,黃廷林,燕博等.干旱區(qū)雨水蓄水池容積的設(shè)計計算[J].2010(4).

[3]李俊奇,余蘋等.小區(qū)雨水利用工程費用模型與優(yōu)化設(shè)計[J].給水排水,2005(10).

[4]車伍,李俊奇.城市雨水利用技術(shù)與管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[5]李俊奇,孟光輝,車伍.城市雨水利用調(diào)蓄方式及調(diào)蓄容積實用算法探討[J].給水排水,2007(2).

[6]周玉文,趙洪賓.排水管網(wǎng)理論與計算[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2000.

The Volume Calculation in YIXIN Garden Rainwater Tanks Design

Author:Wang Hai qing,Chen Wen jun,Jin meng,Zhang Qian,Jiang Na Supervisor:Ma Heng sheng

Research and analysis of precipitation in different sea?sons in stage of law,combining with the actual economic volume to calculate the reservoir.Making a example in a certain university of the school garden combined with the survey data,to calculate the reservoir reasonable economic volume of the school.

YIXIN garden;rainwater utilization;tank;economic volume

該項目為西安翻譯學院2016年校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，項目名稱：詒馨園雨水利用系統(tǒng)設(shè)計。項目編號：Y201612714002