詒馨園雨水蓄水池容積設計計算

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各階段所表現出來的規律，結合實際計算出蓄水池的經濟容積。以某大學的某學?；▓@為例，結合調查資料，來推算出該學校的蓄水池的合理經濟容積。

詒馨園；雨水利用；蓄水池；經濟容積

1 前言

當今社會淡水資源日益減少，人們節水意識也進一步提高，新型節水途徑開發成為一種潮流?！督ㄖc小區雨水利用工程技術規范》[]的出臺，推動了雨水循環回收利用的發展。蓄水池是雨水回收利用的關鍵部位所在，在新規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根據設計的降雨量和雨水的初期棄流量之差來計算蓄水池容積，按規范規定應有本地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據資料下，根據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境與現實比較，進而，計算蓄水池的容積，這種方法在實際建設中也很難應用。因此筆者利用規范中的一些原理的基礎之上，能夠方便進行蓄水池容積計算，以西安市長安區具有代表性年份的降雨資料為基礎，以蓄水池的有效容積建立目標函數，最終能夠達到最大程度的雨水回收利用和最合理的經濟效益，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境的污染，而在部分季節，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。收集的雨水經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的重要組成，其基建費用是排水系統中很大的一部分，但蓄水池可以節約一部分費用。蓄水池的儲水量大，基建費用大，利用率高。有效的經濟容積即可以節約成本費用，也可以節約雨水。在水的價格不變情況下，可以帶來最大經濟效益。

3 設計計算步驟[1]

以收集和調查得來的數據為一系統，建立蓄水池的經濟容積與工程經濟效益和工程投資之間的數學模型[2][3]，設計計算步驟如下。

3.1 降雨數據的統計與處理

對比降雨的量、降雨的強度、降雨的次數選出具有代表性的降雨代表年，根據《建筑與小區雨水利用工程技術規范》來確定降雨初期棄流量h0(mm)，用天進行統計，將大于初期棄流量的數據進行保留，來作為后續工作的計算數據。

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，其所對應的雨量徑流系數也不同，根據公式（1），計算出花園匯水面積內的平均徑流系數為：

公式中，Ψ—匯水面積的平均徑流系數；

ηi—不同下墊面占匯水總面積的百分比；

Φi—不同下墊面所對應的徑流系數。

利用公式（2），將實際匯水面積折算為徑流系數為1的產流面積S:

公式中，F—實際匯水面積，m2。

3.3 蓄水池容積計算

在上述基礎下，假設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]

對于產流面積匯流區，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學校污水凈化廠。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，使用期限內收集的雨水總量能夠產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。

在使用期限內雨水的回用工程經濟效益Ei，用式（6）來計算：

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

4 確定西安市長安區某學?；▓@蓄水池的經濟容積

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被破壞，推廣雨水的回收利用是發展的必然趨勢。

4.1 西安市長安區雨水利用的基礎

西安市長安區近年來降雨（雪）量逐年減少，而且呈不穩定趨勢。西安市長安區四季明顯，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，目前西安市長安區某學校用水價格為2元/m3。

4.2 雨水蓄水池容積設計實例

西安市長安區某學校花園總匯水面積為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%。屋面徑流系數取0.9，混凝土以及瀝青道路的徑流系數取0.9，綠地的徑流系數取0.15，石塊和磚的徑流系數取0.6。[5]以該校的某花園為例，計算該雨水蓄水池經濟容積。用式（1）、式（2）來計算產流面積：

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內計算每一個蓄水池集水量和經濟收益，如下表：

經濟效益/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，其年經濟效益最大，即確定該花園雨水蓄水池最佳設計容積是110m3。

5 結論及建議

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運轉費用有著很大的影響，蓄水池的有效經濟容積對經濟收益影響重大。校園花園蓄水池容積設計計算為其他地區提供了參考。

①在此設計中，雨水的回收利用不僅節約了自來水費用，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的壓力、減少雨污排水系統投資的作用。

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根據當地具體情況。

④此設計還有許多不足，且以虛擬模型和實物為準。

[1]中華人民共和國建設部.GB 50400-2006建筑與小區雨水利用工程技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.

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

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

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

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

[6]周玉文,趙洪賓.排水管網理論與計算[M].北京：中國建筑工業出版社,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年校級大學生創新創業訓練計劃項目，項目名稱：詒馨園雨水利用系統設計。項目編號：Y201612714002