不缺水地区雨水蓄水池容积优化计算

不缺水地区雨水蓄水池容积优化计算伟2*杨文涛1程(1．中国人民解放军总后勤部建筑工程规划设计研究院武汉分院，湖北武汉2．华中科技大学文华学院城市建设工程学部，湖北武汉430010)430010;摘要:以武汉市某小区为例，分别采用简单公式法和计算机逐日模拟法进行雨水蓄水池容积的计算，计算结果表明，采用简单公式计算得出的雨水蓄水池有效容积较大，投资回收期较长，不符合经济性最优;用最短投资回收期确定的雨水蓄水池容积较小，但雨水的利用率较低;降低雨水供水保证率，可有效提高雨水利用工程的经济性。关键词:雨水利用，雨水蓄水池，容积中图分类号:TU823．6DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.22.072为节约水资源，绿色建筑评价标准将使用传统水源纳入评价指标体系，并明确提出绿化景观、洗车等用水采用非传统水源作为节水与水资源利用指标的一般项要求［1］。雨水污染轻，一般经简单处理后便可利用，如设计合理，使用成本低于其他非传统水源，而且能减缓城市雨洪危害，减轻城市排水系统负荷，减少水污染。不缺水地区在考虑使用非传统水源回用时，应尽可能首先考虑雨水利用［2］。目前，很多建筑小区开始引入雨水利用工程。但由于降雨存在水量及时间上的不确定性，因此需要设置雨水调蓄池。其容积的合理确定十分重要，关系到雨水资源利用和工程经济效益的平衡。文献标识码:A设计日降雨量计算为进行蓄水池容积计算，需要获得最高日降雨量数据。根据武汉市近年降雨量日值数据，参考市政排水的暴雨选样方法采用年多个样法，先从武汉近十年每年降雨量日值资料中选取8个最大雨样，不论年次按从大到小的顺序排序，选取前40个监测资料，作为统计样本。利用公式Pi=n+1×100%计算各降雨量的经验累积频率，其中，m为累积频数，n为统计样本数。采用皮尔逊Ⅲ型曲线作为试错适线法绘制最大日降雨量理论累积频率曲线，经过试错调试，均值Ex=90．78mm、离势系数Cv=0．57、偏态系数Cs=3．35时，曲线拟合度约为0．940，拟合程度最好，在本研究中将此理论累积曲线作为计算依据，如图1所示。3m1概况武汉江河湖泊众多，水气充足，同时受来自太平洋、印度洋潮66060054048042036030024018012060湿气流的影响。属亚热带湿润季风气候，雨量丰沛，属于不缺水城市。但降雨多集中在每年的6月～8月间，此期间常发生暴雨和大暴雨。本研究将以武汉市某小区为例进行雨水蓄水池容积的计算，该小区净用地面积为12hm2，建筑屋面面积为20739．00m2，道路面积为39914．00m2，规划住户3979户，绿化面积约60000m2。经验频率理论频率Ex=90.78Cv=0.57Cs=3.35可利用雨水量计算根据武汉市近年降雨资料，多年平均降雨量1180．982mm。00.010.11520406080959999.9如考虑在小区范围内对雨水进行全收集，则小区平均每年可收集径流雨水总量可按下式估算:W1=ΨHA。其中，Ψ为径流系数;H为降雨量，mm;A为汇水面积，ha。计算得该小区的可集蓄利用雨水量为59730．45m3，计算结果见表1。如果不考虑初期雨水的弃流和季节折减的影响，雨水可回用量宜按雨水设计径流总量的90%计，全年雨水可保证每日0.050.5210305070909899.599.99频率/%图1最大日降雨量理论累积频率曲线当重现期为T=1，2年时，设计频率分别为:n10P===24．38%。1y(N+1)T41×1n10P2y=(N+1)T=41×2=12．19%。由理论累积频率曲线查得:重现期为1年时的设计日降雨量为98．79mm，重现期为2年时的设计日降雨量为136．87mm。53757．40m3/d的供给。则雨水设计径流总量为147．3m3/d。但是，如雨水全部回用将造成雨水利用工程的蓄水池将十分庞大，很不经济［3］。因此，本研究考虑将雨水利用系统的蓄水池容积进行优化计算。表1小区年产生雨水径流量4雨水蓄水池池容的计算根据GB50400-2006建筑与小区雨水利用技术规范，雨水池有效容积的确定可以采用两种方法:简单公式法和计算机模拟法。［］1)简单公式法。利用简单公式法计算时，结合赵世明等人4针对建筑小区雨水利用工程的规模设计研究，雨水储存设施的有效储水容积不宜小于集水面上重现期为1年～2年的日雨水设计径流总量扣除设计初期径流弃流量。雨水池有效容积可按下式收稿日期:2014-05-12作者简介:杨文涛(1974-)，男，工程师;程伟(1975-)，女，讲师降雨量/mm汇水面种类Ψ值汇水面积/m2年降雨量/mm可集蓄雨水量/m3屋面0．8520739．001180．9820819．06绿地0．1560000．0010628．80道路0．6039914．0028282．59可集蓄利用雨水总量/m359730．45 第40卷第22期杨文涛等:不缺水地区雨水蓄水池容积优化计算·131·2014年8月计算;雨水利用工程制水成本按0．30元/m3计，每回用1m3的雨计算:水的经济效益按节约1m自来水计算，武汉市自来水价为3∑ΨiAi(H－ai)。V=322．55元/m;根据拟合多项式，则该项目投资回收期约为0．01163Q－本研究中初期雨水弃流按小区屋面、路面分别控制在2mm0．53984Q+22．30529(年)，可知雨水供水规模为23．16m/d3和6mm［5，6］，降雨量的重现期分别选取1年，2年。计算结果见表2。利用简单公式得到，设计重现期为1年时雨水池有效容积为4800m3，而设计重现期为2年时的雨水池有效容积为6750m3。表2不同重现期雨水蓄水池容积计算3时，蓄水池容积为431．69m，此时项目投资回收期有最小值约为16．05年。不同雨水利用规模的投资回收期见表4。600050004000300020001000032y=0.01595x-0.7389x+27.19704xR2=0.999102030405060708090雨水利用工程规模/m·d3-1图390%供水保证率下雨水供水规模与雨水池容积的关系曲线表4不同规模雨水利用系统投资回收期2)计算机模拟法。计算机模拟法是以近十年武汉降雨量日值数据进行逐日水量平衡分析，通过优化比较选出该保证率下的最优雨水池容积和供水规模。如前所述，雨水最大供水规模为m3/d，取值范围可限定在0m3/d～150m3/d之间，以147．310m3/d为增量递增;设计重现期为2年时的雨水池有效容积为6750m3，则雨水池容积取值范围可限定在0m3～6800m3之间，以200m3为增量递增。本研究针对不同雨水利用工程供水规模，对不同容积的雨水蓄水池，用近十年武汉降雨量日值数据进行逐日水量平衡分析，模拟计算出其供水保证率，其模拟结果详见图2。由表4可以看出超过23．16m/d后，随雨水利用工程规模的3100908070605040303雨水供水量10m/d3逐渐增大，雨水蓄水池容积迅速增大，造成雨水系统投资回收期增长迅速。对于采用简单公式法计算出来的重现期为1年和2年雨水蓄水池容积对应供水规模分别为76m3/d和85m3/d，其投资回收期分别为48．59年和60．61年。虽然供水规模为23．16m3/d时，蓄水池容积为432m3，此时投资回收期最短，但其雨水利用率仅为14．5%，大量雨水资源没有得到有效地利用。当供水规模为50m3/d时，雨水利用率达34．6%，能较好地利用雨水资源，其回收期为24．45年，在可接受范围之内，此时蓄水池有效容积为1450m3。研究还发现，如降低雨水供水保证率，可有效提高雨水系统的经济性。如将保证率降低为80%，则建设规模为50m3/d的雨水利用工程，蓄水池容积减小为800m3，其年雨水利用率仍达到30．7%，但其投资回收期仅为14．12年。5结语在武汉这种不缺水，但降雨具有明显时间分布不均匀性的城市，两种雨水蓄水池容积计算方法的结果表明:1)简单公式法计算得出的雨水蓄水池有效容积较大，投资回收期较长，不符合经济性最优;2)用最短投资回收期确定的雨水蓄水池容积较小，但雨水的利用率较低;3)采用提高自来水补充比例，降低雨水供水保证率，可有效提高雨水利用工程的经济性。参考文献:▲雨水供水量30m/d★雨水供水量50m3/d雨水供水量70m3/d●雨水供水量90m3/d雨水供水量110m3/d雨水供水量130m3/d雨水供水量150m/d保证率90%32002000400060007000雨水池池容/m3图2不同雨水池容积以及供水规模下供水情况模拟结果由图2可知，雨水利用工程的规模和雨水蓄水池容积共同影响着供水保证率。对某一确定的雨水供水规模，雨水池的池容越大，雨水利用工程的供水保证率越高;而池容一定时，雨水利用工程的供水规模越小，雨水利用工程的供水保证率越高。为高效利用雨水资源，保证雨水利用系统运行的稳定性，本研究将小区雨水供水保证率定为90%以上。通过模拟结果可得雨水供水保证率为90%情况下各供水规模所需的雨水池最小有效容积，见表3。表390%供水保证率下各雨水供水规模的雨水池最小有效容积［1］［2］GB/T50378-2006，绿色建筑评价标准［S］．徐宇同．苏南居民小区双水源中水回用应用研究［D］．苏州:苏州科技学院，2010．舒垒．屋面降水利用优化研究［D］．重庆:重庆大学，2008．赵世明，赵锂．建筑与小区雨水利用工程规模的分析［J］．中国给水排水，2007(24):84-87．谢蓉．深圳市住宅小区节水节能设计探讨［J］．给水排水，2013(S1):437-439．用三次多项式对表3数据进行曲线拟合，可得到雨水供水保证率为90%情况下雨水供水规模与该规模所需的雨水池最小有效容积的关系曲线，如图3所示，其拟合曲线方程式y=0．01595Q3－0．7389Q2+27．19704Q(Ｒ2=0．999)。由图3可见雨水蓄水池容积随雨水供水规模的增大而迅速增大，过大的雨水调蓄池容积使得工程投资相应增加。为确定最佳规模，对雨水利用工程的投资回收期进行计算。雨水调蓄池建设投资按600元/m3的单价计算，雨水处理系统投资按2000元/(m3/d)［3］［4］［5］▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲供水保证率/%▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲雨水蓄水池容积/m3雨水供水规模m3/d1020304050607080雨水池最小有效容积/m31603606309801450237038105600▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲★▲★▲▲★★★★★★★●▲★★★●●●●●▲★●●●●★●●▲★●●★●●▲★●●★●规模处理系统投资/元蓄水池容积/m3蓄水池投资/元总投资元年盈利元投资回收期/年1020000214．03128418．24148418．248212．5018．072040000375．98225588．48265588．4816425．0016．173060000581．55348930．72408930．7224637．5016．604080000926．44555864．96635864．9632850．0019．36501000001506．35903811．201003811．2041062．5024．45601200002416．981450189．441570189．4449275．0031．87701400003754．032252419．682392419．6857487．5041．62801600005613．203367921．923527921．9265700．0053．70汇水面种类屋面绿地道路合计/m3径流系数0．850．150．6汇水面积/m220739．06000039914．00弃流量/mm2．00．06．0T=1年T=1年时设计日降雨量/mm98．79可集蓄雨水量/m31706．28889．112222．184817．56T=2年T=2年时设计日降雨量/mm136．87可集蓄雨水量/m32377．581231．833134．136743．54 山西建筑第40卷第22期Vol．40No．22Aug．2014年8月·132·2014SHANXIAＲCHITECTUＲE文章编号:1009-6825(2014)22-0132-02再生水管道管材的经济技术比较婷1300000;胡静文22．天津市市政公路管理局，天津罗(1．天津市市政工程设计研究院，天津300000)摘要:根据实践经验，对球墨铸铁管、钢塑复合钢管及PE给水管进行了管道水头损失及管材费用、防腐性能、物理性能等方面的比较，通过对比研究，得出钢塑复合钢管用于再生管道工程中具有较好的防腐、节能效果，值得推广应用。关键词:再生水管道，水头损失，物理性能，节能中图分类号:TU990．3DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2014.22.073在纪庄子再生水厂迁建工程的厂外再生水管道设计中，考虑根据输水管技术经济特征及地质、地形状况相应选择最佳管材，以保证输水工程的适用性与经济性。本工程中设计管径为DN800～DN1400的输水管道。根据经验，输水管在球墨铸铁管、钢塑复合钢管及PE给水管中进行选择。1水力比较为了便于比较，我们将所有管材大致划分为两类，第一类管材为水泥压力管、衬水泥砂浆防腐的金属管;第二类管材为热固性塑料管、热塑性塑料管及塑料复合管材，第一类管材的管壁粗糙系数n1=0．013，第二类管材的n2=0．009。通过水力学中的达西公式与曼宁公式的关系，可求得以下的比较公式:文献标识码:AQ2n1==0．013=1．44(6)Q1n20．0093)当内径、输水流量一致时，则:2i2(n2)2(0．009)(7)===0．480．013i1n1分析式(5)～式(7)可知，当所选择管材不同时，水力条件存在着较大差异。因此，在本项目输送再生水管材的选择过程中，也充分考虑了该因素。相同管径，相同流量下，球墨铸铁管与钢塑复合管的水力损失比较如表1所示。表1管道水头损失比较表Q=AC(Ｒi)1/2(1)(2)1Ｒ1/6C=n其中，Q为流量;A为管道的过水断面积，对于圆管A=(π·D2)/4;C为谢才阻力系数;i为水力坡度;n为管道的粗糙系数;Ｒ为水力半径，对于圆管Ｒ=D/4。将式(2)代入式(1)得:表2管材工程费用比较表万元/kmkD8/3i1/2(3)Q=n其中，D为管径。k=π×1(4)42/341)当管道输水流量，水头损失一致时，则:3/8D2=(n2)=(0．009)3/8(5)=87%D10．0132管材经济比较与管材的性能比较方式相同，针对管材工程费用进行分析，n12)当内径、水头损失一致时，则:櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅［6］苏秀银．对桂林市小区雨水收集利用的分析［J］．科协论坛(下半月)，2009(12):111-112．OptimalcalculationofthevolumeofrainwaterstoragebasininrichwaterregionYANGWen-tao1CHENGWei2*(1．WuhanBranchInstitute，PＲCGeneralLogisticBuildingEngineeringPlanning＆DesignAcademy，Wuhan430010，China;2．DepartmentofCityBuildingEngineering，WenhuaCollege，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430010，China)Abstract:TakingoneWuhancommunityasanexample，thepapercalculatestherainwaterstoragebasinvolumewithsimpleformulamethodsandcomputersimulationmethod．Thecalculationresultsshowthat:theeffectiverainwaterstoragebasinvolumecalculatedwithsimpleformulaisbigger，withlongerinvestmentfundrecyclingdurationandlowereconomy，whiletheeffectiverainwaterstoragebasinvolumecalculatedwithminimuminvestmentdurationissmallerwithlowerutilizationratioandreducingrainwatersupplyguaranteeratio，whichcaneffectivelyimprovetheeconomyofrainwaterutilizationengineering．Keywords:rainwaterutilization，rainwaterstoragebasin，volume收稿日期:2014-05-08作者简介:罗婷(1979-)，女，高级工程师;胡静文(1977-)，女，高级工程师管道工程费用DN800DN1000DN1200DN1400球墨铸铁管管材费用1302169027603668工程费用170212345458钢塑复合钢管管材费用1356188124873461工程费用176244323450PE管管材费用1587．22477．23575．14903．8工程费用198310447613注:未考虑填挖方及回填等管径DN800DN1000DN1200DN1400设计流量/m3·s－10．630．731．132．03球墨铸铁管单位长度水头损失2．250．9590．8661．201年运行费用11．095．647．8719．63钢塑复合钢管单位长度水头损失1．080．460．4160．576年运行费用5．322．713．789．42PE管单位长度水头损失1．080．460．4160．576年运行费用5．322．713．789．42