诒馨园雨水蓄水池容积设计计算

王海青 马恒升 陈文俊 金 梦 张 倩 蒋 娜

西安翻译学院

诒馨园雨水蓄水池容积设计计算

王海青 马恒升 陈文俊 金 梦 张 倩 蒋 娜

西安翻译学院

研究分析各年的的降水量在不同季节各阶段所表现出来的规律，结合实际计算出蓄水池的经济容积。以某大学的某学校花园为例，结合调查资料，来推算出该学校的蓄水池的合理经济容积。

诒馨园；雨水利用；蓄水池；经济容积

1 前言

当今社会淡水资源日益减少，人们节水意识也进一步提高，新型节水途径开发成为一种潮流。《建筑与小区雨水利用工程技术规范》[]的出台，推动了雨水循环回收利用的发展。蓄水池是雨水回收利用的关键部位所在，在新规范中提出了两种蓄水池容积计算方法：简单公式法和计算机模拟法。简单公式法就是指在一定面积内根据设计的降雨量和雨水的初期弃流量之差来计算蓄水池容积，按规范规定应有本地10年以上的降水资料，但是由于10年以上的降水资料难以收集到，所以这种计算方法在一定程度给人们带来很大不便。计算机模拟法在大量的数据资料下，根据日降水量和日用水量的变化曲线利用计算机模拟出一种环境与现实比较，进而，计算蓄水池的容积，这种方法在实际建设中也很难应用。因此笔者利用规范中的一些原理的基础之上，能够方便进行蓄水池容积计算，以西安市长安区具有代表性年份的降雨资料为基础，以蓄水池的有效容积建立目标函数，最终能够达到最大程度的雨水回收利用和最合理的经济效益，并以此容积作为该花园的蓄水池容积。

2 思路的来源及其提出

由于校园主干道是斜坡，在雨季会由于排水系统繁忙，导致在主干道上会形成水流沿坡直下，雨水平铺在主干道上，严重影响了学生的通行和造成了校园环境的污染，而在部分季节，花园缺水，草木凋黄。那么我们可以进行回收雨水用在校园绿化、暖气上水、厕所用水和清扫道路等，尤其是校园绿化和暖气上水需要大量的水。雨水的收集可以通过设在屋顶、校园主干道和广场上的集流装置、输水管和蓄水池来实现。收集的雨水经过安装的过滤器过滤，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统的重要组成，其基建费用是排水系统中很大的一部分，但蓄水池可以节约一部分费用。蓄水池的储水量大，基建费用大，利用率高。有效的经济容积即可以节约成本费用，也可以节约雨水。在水的价格不变情况下，可以带来最大经济效益。

3 设计计算步骤[1]

以收集和调查得来的数据为一系统，建立蓄水池的经济容积与工程经济效益和工程投资之间的数学模型[2][3]，设计计算步骤如下。

3.1 降雨数据的统计与处理

对比降雨的量、降雨的强度、降雨的次数选出具有代表性的降雨代表年，根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》来确定降雨初期弃流量h0(mm)，用天进行统计，将大于初期弃流量的数据进行保留，来作为后续工作的计算数据。

3.2 汇水面积的折算

垫面（有建筑屋面、砖面、混凝土沥青面、绿地面等）不同，其所对应的雨量径流系数也不同，根据公式（1），计算出花园汇水面积内的平均径流系数为：

公式中，Ψ—汇水面积的平均径流系数；

ηi—不同下垫面占汇水总面积的百分比；

Φi—不同下垫面所对应的径流系数。

利用公式（2），将实际汇水面积折算为径流系数为1的产流面积S:

公式中，F—实际汇水面积，m2。

3.3 蓄水池容积计算

在上述基础下，假设蓄水池中所收集的雨（雪）水能够在下次降雨（雪）之前空置或者蓄水池剩余容积能够不影响雨（雪）水的收集量。[4]

对于产流面积汇流区，按从小到大的顺序选取n个蓄水池容积（V1,V2,V3，......，Vn-1,Vn），通过查询预算定额，分别确定对应蓄水池容积的修建费用（B1,B2,B3，......，Bn-1,Bn）。一个蓄水池容积Vi，在一次降雨（雪）中最大收集降雨量hmax（mm），可用公式（3）计算：

则根据资料可得，在h0到(hmax+h0)之间的降水能够被全部收集，而大于(hmax+h0)的降雨量，只能收集hmax的降水量，其余的则通过排水管道排向学校污水净化厂。将降水代表年中的每次降雨（雪）按以上条件判断，累加在蓄水池容积为Vi(m3)的收集雨水总量为Σhi,则Qi(m3)为一年的全部收集雨水量，用式（4）计算：

n个V1,V2,V3，......，Vn-1,Vn的蓄水池，其全年蓄水总量分别为Q1,Q2,Q3，......，Qn-1,Qn。容积是Vi的蓄水池，使用期限内收集的雨水总量能够产生的直接收益按照本地的自来水价格进行计算，则雨水回用工程直接收益Ci，可用式（5）计算：

式中，T—蓄水池使用期限，a；

M—水的价格，元/m3。

在使用期限内雨水的回用工程经济效益Ei，用式（6）来计算：

即，一个蓄水池所带来的经济回收效益与它的容积成正比，其中的经济效益最大所对应蓄水池容积则为该产流面积雨水蓄水池的经济容积。

4 确定西安市长安区某学校花园蓄水池的经济容积

对学校的绿化面积，国家有严格的要求，且西安这样的城市缺水而且水循环被破坏，推广雨水的回收利用是发展的必然趋势。

4.1 西安市长安区雨水利用的基础

西安市长安区近年来降雨（雪）量逐年减少，而且呈不稳定趋势。西安市长安区四季明显，冬季降雨量少，由于寒冷、冰冻等原因雨水很难利用，因此只能计算3-11月份的降雨量。如果以2014年为降雨代表年，初期弃流量约取3mm，以20年作为蓄水池的使用期限计算，目前西安市长安区某学校用水价格为2元/m3。

4.2 雨水蓄水池容积设计实例

西安市长安区某学校花园总汇水面积为2038.7835m2，其中建筑物占总汇水面积的28.2%，道路面积占23.11%，绿地面积占34.18%，砖地面积占14.5%。屋面径流系数取0.9，混凝土以及沥青道路的径流系数取0.9，绿地的径流系数取0.15，石块和砖的径流系数取0.6。[5]以该校的某花园为例，计算该雨水蓄水池经济容积。用式（1）、式（2）来计算产流面积：

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

花园雨水回收利用系统按20年的使用年限寿命来计算，按蓄水池容积计算的步骤式（3）到式（6）计算，按间隔20m3在50-300m3内计算每一个蓄水池集水量和经济收益，如下表：

经济效益/元904 1258 1572 1724 1390 632蓄水池容积/m3 50 70 90 110 130 150收集水量/m3 2952 4129 5286 6362 7195 7816

由上表表明，当蓄水池的容积为110m3时，其年经济效益最大，即确定该花园雨水蓄水池最佳设计容积是110m3。

5 结论及建议

蓄水池作为雨水回水利用工程的必不可少的部分，容积的大小对工程的基建费用和系统运转费用有着很大的影响，蓄水池的有效经济容积对经济收益影响重大。校园花园蓄水池容积设计计算为其他地区提供了参考。

①在此设计中，雨水的回收利用不仅节约了自来水费用，而且还起到了减少排污量、增加绿化面积、缓解校园路面排水系统的压力、减少雨污排水系统投资的作用。

②计算中，二次利用水的价格是按本地自来水价格计算，节约的水是用来浇灌花园、洒路面和暖气用水等，可按再生水的价格计算。

③由于地方降雨量不同，初期弃流量的选用应根据当地具体情况。

④此设计还有许多不足，且以虚拟模型和实物为准。

[1]中华人民共和国建设部.GB 50400-2006建筑与小区雨水利用工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]卢金锁,黄廷林,燕博等.干旱区雨水蓄水池容积的设计计算[J].2010(4).

[3]李俊奇,余苹等.小区雨水利用工程费用模型与优化设计[J].给水排水,2005(10).

[4]车伍,李俊奇.城市雨水利用技术与管理[M].北京：中国建筑工业出版社,2006.

[5]李俊奇,孟光辉,车伍.城市雨水利用调蓄方式及调蓄容积实用算法探讨[J].给水排水,2007(2).

[6]周玉文,赵洪宾.排水管网理论与计算[M].北京：中国建筑工业出版社,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

该项目为西安翻译学院2016年校级大学生创新创业训练计划项目，项目名称：诒馨园雨水利用系统设计。项目编号：Y201612714002