雨水集蓄利用工程主要由集水工程、蓄水工程、净水工程和取水工程等构成。其中,作为集水工程的集流面是雨水集蓄利用工程的“水源”工程,主要用来收集天然降水,从而保障规划用水对象的用水需求,其面积大小取决于规划区域的天然降水量以及规划用水对象的规模;蓄水设施主要是保证用水过程的水量调节与供给,与规划区域的降水过程、降水特性、用水规模以及规划用水过程有关;包括水质处理设施与过滤、消毒、终端净化等处理设备在内的净水系统主要用于雨水水质处理,其处理能力大小决定于工程规模与用水过程;取水工程是指包括取水、用水在内的终端取用水系统,与规划用水对象的用水规模、用水强度、用水方式等因素有关。由此可见,在雨水集蓄利用工程系统中,由于集流面工程主导的“来水过程”与蓄水设施调节控制的“用水过程”之间存在的这种关联作用,实质上就是水量变化过程与时间变化过程之间的关系,从而使得无论是在满足规划工程的设计供水保证率方面,还是实现雨水集蓄利用工程的经济利用方面,都需要通过集流面与蓄水设施之间的良好匹配来保障整个系统的安全运行和保障供给。
(一)匹配目的
在具体工程实践中,雨水集蓄利用工程集流面面积与蓄水设施容积之间存在着不相匹配的缺陷,要么集流面面积过大,蓄水设施容积不足,要么集流面面积不足,蓄水设施容积偏大,这种集蓄矛盾导致在工程建设实践中长期存在着“有水无窖蓄”和“有窖无水蓄”的不合理现象,造成了工程设施的巨大浪费。因此,进行集流面与蓄水设施匹配研究,对提高雨水集蓄利用工程利用效率,保障可持续发展具有极其重要的意义。
实现集流面与蓄水设施之间的合理匹配,实质上就是在确定具体用水对象的前提下,采用一定的规划理论,根据雨水集蓄利用工程集流面的集水过程和蓄水设施的调节供水过程,对雨水集蓄利用工程进行具体设计的过程。在这个过程中,不同的规划理论决定了规划设计过程与结果之间的差异。总而言之,为实现这一环节的科学合理,从保障供水、经济利用的角度来看,实现集流面与蓄水设施匹配的目的主要体现在如下三个方面:
(1)解决雨水集蓄利用工程水量不足的问题,提高供水保证率和供水保障程度,满足不同用水对象的水量需求。
(2)实现雨水集蓄利用工程设施之间的合理配置,最大限度地发挥工程设施的应有作用,提高雨水集蓄利用工程的使用效率和效益。
(3)实现雨水集蓄利用工程设施之间的最佳配置,最大限度地降低工程建设成本,为工程的可持续发展奠定基础。
(二)匹配原则
集流面与蓄水设施的匹配是指规划的雨水集蓄利用工程,按照设计供水保证率要求,为满足规划用水对象的用水需求,集流面集蓄水量多少与蓄水设施容积大小之间存在的某种数量上的对应关系。在此条件下,集流面与蓄水设施实现良好配置,杜绝工程设施的闲置和浪费,保证其最大限度地发挥应有的作用,从而显著减少工程量,节省工程建设成本,提高雨水集蓄利用工程的使用效率和效益,满足建设资源节约型社会的要求。
综上所述,实现雨水集蓄利用工程设施的合理配置和最佳配置,是进一步提高雨水集蓄利用工程供水保证率,确保安全供水、经济利用的唯一途径。因此,在雨水集蓄利用工程的规划设计中,必须坚持如下的规划设计原则,才能确保雨水集蓄利用工程设施的合理配置和最佳配置。
(1)坚持以需定供的原则。根据规划用水对象的用水需求,按照以需定供的原则,规划雨水集蓄利用工程的集流面与蓄水设施。(www.daowen.com)
(2)坚持经济利用的原则。通过对不同集流面面积与蓄水设施容积组合的经济分析,进一步降低雨水集蓄利用工程的使用成本。
(3)坚持科学发展的原则。依据供水保证率、用水定额等指标,科学规划、统筹布局,进一步提高雨水集蓄利用工程设施的使用效率。
(4)坚持高效利用的原则。在高标准集水工程、蓄水工程设施建设的基础上,进一步提高水资源利用效率,实现水资源的高效利用。
(5)坚持人与自然和谐的原则。按照经济、社会与生态环境协调发展的要求,坚持人与自然和谐的原则,充分考虑区域环境与生态的用水需求。
(三)匹配方法
对一个特定的雨水集蓄利用工程而言,由于规划用水过程的唯一性和用水总量的确定性,在某一个特定的规划区域内,当采用相关理论进行雨水集蓄利用工程的规划设计时,满足实现保障供水要求的集流面面积与蓄水设施容积数量之间必然存在一定的数量关系,这种数量关系也就是集流面与蓄水设施之间的匹配关系。研究表明,集流面与蓄水设施之间的这种匹配主要包括合理匹配与最佳匹配两种,即在满足设计供水保证率要求的前提下,以集水量与蓄水设施容积相协调的合理匹配和以集水量与蓄水设施容积相协调且工程造价最低的最佳匹配。进一步研究表明,前述两种匹配的实现,可在获得规划区域长系列降水资料的前提下,分别采用典型年法与长系列法计算确定。
1.集流面与蓄水设施合理匹配方法——典型年法
集流面与蓄水设施合理匹配采用典型年法计算确定。所谓典型年法,是指依据规划区域的典型年降水资料,通过调节计算确定集流面面积与蓄水设施容积的一种计算方法。集流面与蓄水设施合理匹配是指为满足具体用水要求,按照以需定供的原则,通过建设足够数量的集流面,在确保规划工程水量需求的前提下,根据典型年的降水量年内分配情况,充分利用蓄水设施的调节功能,通过调节计算确定满足供水需求时的蓄水设施容积。在此前提下,认为集流面面积与蓄水设施容积实现了合理匹配。
2.集流面与蓄水设施最佳匹配——长系列法
集流面与蓄水设施最佳匹配采用长系列法计算确定。所谓长系列法,是指依据规划区域的长系列降水资料(一般要求不少于20年),首先假定不同的集流面面积与蓄水设施容积组合,计算规划工程在长系列降水情况下的供水保证率,选取满足设计供水保证率的设施组合即为合理组合,经反复计算形成多组不同的集流面面积与蓄水设施容积组合;其次是通过计算多组集流面面积与蓄水设施容积组合条件下的工程设施总造价,从中选出的最小投资组合即为规划雨水集蓄利用工程的最佳匹配。在此集流面面积与蓄水设施容积组合下,不仅满足了工程的设计供水保证率,实现了保障供水,而且使得工程的建设造价最低,达到了经济利用,为雨水集蓄利用工程的可持续发展奠定了基础。
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