4.3 系统设施计算

4.3.1 把本规范公式(3.1.3)计算的雨水需控制径流量W代入本规范公式(3.2.6)的W_s，整理得到本条公式(4.3.1)，用于确定入渗设施规模中的重要参数之一——入渗面积。当设施的入渗面积小于该值时，表明渗透设施的渗透能力不足，需控制利用的径流总量不能实现全部入渗。
    根据本规范表2可以看出，绿地径流系数随降雨频率的升高而减小，当设计频率大于20％，即设计重现期小于5年时，受纳等量面积(F_汇/F_绿＝1)客地雨水的下凹绿地的径流系数应小于0.22，所以，只要下凹绿地受纳的雨水汇水面积(包括绿地本身面积)不超过该绿地面积的2倍，相当于绿地受纳的客地汇水面积不超过该绿地的1倍，则绿地的径流系数和汇水面积的综合径流系数就小于0.22，实现了控制雨水的要求。
4.3.2 渗透设施的日渗透能力依据日雨水量当日渗透完的原则而定，故渗透时间取24h。入渗池、入渗井的储水容积大，渗透面积及渗透能力相对较小，故其渗透时间可以延长。渗透能力参考美国的资料减小到1/3，即：日雨水量可延长为3日内渗完(参见汪慧贞等“浅议城市雨水渗透”一文)。各种渗透设施所需要的渗透面积设计值根据本条的规定经计算确定。
4.3.3 公式中Max的含义是取函数的最大值。
    进入渗透设施的雨水包括客地雨水和直接的降雨，埋地渗透设施接受不到直接降雨。当雨水流量小于渗透设施的入渗流量时，渗透设施内不产流、无积水。随着雨水入流量的增大，一旦超过入渗流量，便开始产流、积水。之后又随着降雨的渐小，雨水入流量又会变为小于入渗流量，产流终止。产流期间(又称产流历时)累积的雨水量不应流失，需要储存起来延时渗透掉。所以，渗透设施需要储存容积，储存产流历时内累积的雨水量，该雨水量指设计标准内的降雨。
    渗透设施(或系统)的产流历时概念：一场降雨中，进入渗透设施的雨水径流流量呈现为从小变大再逐渐变小直至结束，过程中间存在一个时间段，在该时间段内进入设施的径流流量大于渗透设施的总入渗量。这个时间段即为产流历时。
    本条公式中最大值Max(W_c—αKJA_st_c)可按如下步骤计算：
    步骤1：对W_c—αKJA_st_c求时间(降雨历时)导数；
    步骤2：令导数等于0，求解时间t，t若大于120min则取120；
    步骤3：把t值代入W_c—αKJA_st_c中计算即得最大值。
    降雨历时t高限值取120min是因为降雨强度公式的推导资料采用120min以内的降雨。
    如上计算出的最大值如果大于按本规范(3.1.3)式计算的应控制利用雨水径流总量，则取小者。根据降雨强度计算的降雨量与日降雨量数据并不完全吻合，所以需作比较。
    求解Max(W_c—αKJA_st_c)还可按如下步骤计算：
    步骤1：以10min为间隔，列表计算(30、40、…、120)min的W_c—αKJA_st_c值；
    步骤2：判断最大值发生的时间区间；
    步骤3：在最大值发生区间细分时间间隔计算Wc—αKJAstc，即可求出Max(W_c—αKJA_st_c))。
    本条还可简化计算，步骤如下：首先计算120min时的进水流量，如果大于αKJA_s，则取定值120min计算即可。
    入渗池、入渗井的渗透能力低，只有日雨水设计量的1/3，在计算储存容积时，可忽略雨水入流期间的渗透量，用日雨水设计量近似替代设施内的产流累计量，以简化计算。
4.3.4 集水面积指客地汇水面积，需注意集水面积Fy的计算中不附加高出集雨面的侧墙面积。
    原规范公式中的系数1.25在本次修订中取消，其依据是流量与历时的乘积为雨水量，无需再乘校正系数(参见赵世明等“雨水渗透工程降雨过程中雨水流入量的计算”一文)。
4.3.5 规定收集回用系统中配置雨水用户(量)的规模。
    本条规定可用下式表述：     式中：q_i——某类用水户的平均日用水定额(m³/d)；
               n_i——某类用水户的户数。
    回用系统的平均日用水量根据本规范第3.2节的定额计算，计算方法见现行国家标准《民用建筑节水设计标准》GB 50555。集水面需控制利用雨水径流总量W根据本规范公式(3.1.3)计算。雨水用户有能力把日收集雨水量约3日内或更短时间用完。对回用管网耗用雨水的能力提出如此高的要求主要基于以下理由：
    1 条件具备。建设用地内雨水的需用量很大，比如公共建筑项目中的水体景观补水、空调冷却补水、绿地和地面浇洒、冲厕等用水，都可利用雨水，而汇集的雨水很有限，上千平方米汇水面的日集雨量一般只几十立方米。只要尽量把可用雨水的部位都用雨水供应，则雨水回用管网的设计用水量很容易达到不小于日雨水设计总量30％的要求。
    2 提高蓄水池的利用效率。管网耗用雨水的能力越大，则蓄水池排空得越快，在不增加池容积的情况下，后续的降雨(比如连续3日、7日等)都可收集蓄存进来，提高了水池的周转利用率或雨水的收集效率，即所需的储存容积相对较小，使回用雨水相对经济。
    雨水控制及利用还有其他的水量平衡方法，比如月平衡法、年平衡法。
    当上述公式不满足时，说明用户的用水能力偏小，而雨水量W又需要拦蓄控制、储存在蓄水池中，水池雨水无法及时(3日或72h)被用户用完，这种情况需要增设排水泵。排水泵按12h排空水池确定，该时间参考调蓄排放水池的6h～12h，取上限12h。
4.3.6 本条规定了两种方法确定雨水储存设施的有效容积。式中W见本规范公式(3.1.3)。
    用本条公式计算简单，需要的数据也少。要求雨水储存设施能够把设计日雨水收集量全部储存起来，进行回用。这里未折算雨水池蓄水过程中会有一部分雨水进入处理设施，故池容积偏大偏保守些。
    当仅以替代自来水为目标而无雨水控制要求时，储存设施的储水量可取集水面需控制利用的雨水径流总量和3倍最高日用水量中的较小值。
    计算机模拟计算需要一年中逐日的降雨量和逐日的管网用水量资料。此方法首先设定大小不同的几个雨水蓄水池容积V，并分别计算每个容积的年雨水控制及利用率和自来水替代率，然后根据费用数学模型进行经济分析比较，确定其中的一个容积。年雨水控制及利用率和自来水替代率的计算机流程见图3。     计算机计算中，各符号与本规范的符号对应关系为：R—W，A—F，a—h_y
    流程图的计算步骤如下：
    1 已知某日降雨资料a(mm/d)，可以推求雨水设计量R(m³/d)：
    R＝汇水面积A(㎡)×a×径流系数×10^-3
    2 已知雨水设计量R、雨水蓄水池V(m³)和雨水蓄水池储水量b(m³)＝0，可以推求雨水蓄水池溢流量S(m³/d)：
    当R＋b＞V时 S＝R＋b—V
    当R＋b＜V时 S＝0
    3 此时的雨水储存量b′(m³)求解为：
    当R＋b＞V时 b′＝V
    当R＋b＜V时 b′＝R＋b
    4 根据蓄水池储水量b′和使用水量Q，可以求出自来水补给量CW(m³)：
    当b′—Q＜0时 CW＝—(b′—Q)
    当b′—Q＞0时 CW＝0
    5 此时的雨水蓄水池储水量b″(m³)求解为：
    当b′—Q＜0时 b″＝0
    当b′—Q＞0时 b″＝b′—Q
    6 根据b″和b′，可以进行第二天的计算。
    7 由一整年的降雨资料，进行1～6重复计算。
    8 由以上计算结果，可以根据下式算出年雨水控制及利用量B(m³/年)、年雨水收集量C(m³/年)和年使用量D(m³/年)：
    B＝∑(Q—CW)  C＝∑R  D＝∑Q
    下面求解雨水控制及利用率(％)和自来水替代率(％)，见下式：
    雨水控制及利用率(％)＝B÷C×100
                                      ＝雨水控制及利用量÷雨水收集量×100
    自来水替代率(％)＝B÷D×100
                              ＝雨水控制及利用量÷使用水量×100
                              ＝雨水控制及利用率×雨水收集量÷使用水量
    其中，使用水量＝雨水控制及利用量＋自来水补给量。
    模拟计算中水量均衡概念见图4。     上述模拟计算方法的基础数据是逐日降雨量和逐日用水量，而工程设计中，管网中的逐日用水量如何变化是未知的(本规范第3.2节的用水定额不可作为逐日用水量)，这使得计算几乎无法完成，正如给水系统、热水系统中的储存容积计算一样。用最高日用水量或平均日用水量代替逐日用水量都会使计算结果失真。
4.3.7 调蓄排放系统的排水可设计为降雨过程中就开始外排或降雨结束后再外排。降雨过程中外排水的流量径流系数取0.20，近似于地面硬化前的值。降雨结束后再外排的排水时间控制在6h～12h内，可确保在下一次暴雨到来之前排空水池。
    计算排水流量用于确定调蓄排放水池的排水管径。
4.3.8 公式(4.3.8)类似于渗透设施的蓄积雨水量计算式(4.3.3)，两式的主要差别是本条公式中用排放水量Q′t_m取代了渗透量，另外进水量Qt_m相当于W_c。
    本公式是伴随雨水控制及利用技术的发展而提出的，适用于建筑与小区内。
4.3.9 采用入渗系统(间接利用)和收集回用系统(直接利用)组合方式时雨水耗用规模的确定。
    公式中的W、W₁、W₂均根据本规范公式(3.1.3)计算。
公式(4.3.9-3)的意义是收集回用系统2.5个最高日(约为平均日3天)的雨水用量要不少于该系统的设计日收集雨量(应控制利用量)；公式(4.3.9-2)的意义是入渗系统的日入渗量要不小于该系统的设计日收集雨量，对于入渗池(井)，则3天入渗量要不小于该系统的设计日收集雨量；公式(4.3.9-1)的意义是入渗系统和收集回用系统的耗雨量之和要不小于建设场地的应控制雨水径流总量W。
4.3.10 各系统的储水量分别根据本规范第4.3.3、4.3.6、4.3.8条计算。
    公式(4.3.10)的含义是组合系统中各个系统截留的雨量之和不小于建设场地的应控制利用总雨量。工程中要尽量趋近于等式，截留水量过大会浪费投资。Wx1在用公式(4.3.3)计算储存水量的过程中得到。
4.3.11 本规范规定了径流总量控制和径流峰值控制的要求。若控制径流峰值，至少应对最大24h降雨(常年或3、5年一遇)进行控制，本条公式即是计算控制效果。公式中的分数项是雨水的流失率(或外排比率)，其中分母是场地上日总降雨量，分子是外排雨水总量或流失量。控制利用率用于判断工程中的雨水控制利用设施控制雨水的效果。
4.3.12 公式右侧第一项是整个建设场地下垫面上的总径流量，该径流量随降雨重现期的增大而增加。
4.3.13 雨水控制利用系统截留的雨水总量为入渗、收集回用、调蓄排放三种系统分别截留的雨量之和。当其中某一类系统没有采用时，该类系统的截留雨量取零。
4.3.14 各系统的截留雨量由多个影响因素综合平衡决定。对于入渗和收集回用系统，截留雨量主要由三个因素决定：汇水面上的汇集水量、储水容积、资源化利用雨量。三个参数相互匹配得好时截留雨量最多，匹配的不好时截留雨量少。比如一个收集回用系统，如果雨水蓄水池很小，尽管该系统汇水量很大以及雨水用户的用水量也很大，但截留雨量也很小。对于调蓄排放系统，截留雨量主要由两个因素决定：汇水面上的汇集水量和储水容积。
    各设施的有效储水容积按实设的设施容积计算。比如，景观水体的有效储水容积是设计水位和溢流水位之间的容积；有坡度的渗透沟渠的有效储水容积是下游挡坎能截留住的水量，如果无挡坎，则无法截留雨水。如图5中，存储空间中高于排水水位的那部分容积不计入存储容积。