所谓集流面与蓄水设施最佳匹配是指在满足设计供水保证率条件下，按照经济利用的原则，使得构成雨水集蓄利用工程设施的集流面与蓄水设施之间的匹配实现最优组合，即提出雨水集蓄利用工程的经济利用模式。也就是说，在此匹配模式下，集流面与蓄水设施的工程总造价达到最低。由此可见，实现最佳匹配的过程包括两大环节：①满足设计供水保证率条件的水量保障环节；②保障水量供给需求的工程设施集流面与蓄水设施造价分析环节。研究证明，集流面与蓄水设施的最佳匹配可采用长系列计算方法，在得到多组集流面面积与蓄水设施容积组合的前提下，通过相应工程造价的分析比较确定。

（一）多年调节水量保障技术

多年调节计算是以规划区域长系列降水资料为依据且以资料年限为计算时段，对规划工程在整个计算时段内的来水、用水进行计算和供需平衡分析的过程，其调节计算以规划工程设施的实际供水保证率能够满足设计供水保证率，实现保障供水为目标。

当采用长系列方法进行雨水集蓄利用工程设计时，一般采用给定集流面与蓄水设施容积组合，计算供水保证率的方法进行。

1.基本资料与设计参数

（1）资料系列与时段降水量。为保证长系列计算结果的科学合理，一般要求具有不少于20年的实测降水系列资料。同时，在收集整理长系列实测降水资料的基础上，可按月或旬确定计算时段，计算逐时段降水量Pi与设计供水保证率（来水频率）下的年降水量P p。

（2）设计参数：①按照相关规定，分析确定雨水集蓄利用工程的设计供水保证率P；②分析确定相应来水频率P时的P-Ⅲ曲线模比系数K p；③根据设计供水保证率时的年降水量P p值，参照《雨水集蓄利用工程技术规范》（GB/T 50596—2010），分析确定各类集流面的集流效率E j（j=1，2，3，…，n）。

2.供需水过程及水量调节

（1）需水过程。如前所述，雨水集蓄利用工程重点解决规划区域的人口与大小牲畜用水，部分工程同时兼有其他供水目的，其需水过程及时段需水量根据具体工程规划用水对象的实际情况计算确定，其时段需水量仍按式（2-48）、式（2-51）计算确定。

（2）供水过程及水量损失。与典型年计算方法一样，长系列计算方法的供水过程同样涉及整个计算时段，其时段供水过程就是时段需水过程。因此，W gi=W xi。

与年调节计算相一致，长系列计算方法供水过程的水量损失主要是渗漏损失，按时段供水量的10%计算。

（3）来水过程。事实上，雨水集蓄利用工程的来水全部通过集流面实现，来水过程受集流面集流过程控制。在一般的雨水集蓄利用工程中，首先选择利用现有集流面，不足部分新建混凝土等高效集流面作为补充。如前所述，当采用长系列方法进行雨水集蓄利用工程设计时，一般采用给定集流面面积与蓄水设施容积组合，计算工程实际供水保证率的方法进行设计。因此，在来水过程计算时，首先进行现有集流面的量测和集水量的计算，当现有集流面集水量不足时，再修建一定数量的补充集流面。其来水过程仍按式（2-60）、式（2-61）计算确定。

（4）水量调节。在分析确定供水、需水及来水过程的前提下，可进行时段水量调节计算。在此基础上，可在给定蓄水设施容积V的前提下，按起始计算时段累计水量为0开始计算逐时段累计水量。计算过程中，逐时段累计剩余水量受给定蓄水设施容积大小的控制，当上一计算时段累计水量出现负值时即认为该计算时段内缺水，下一时段计算时上一时段累计水量按0计算；当上一时段累计水量大于蓄水设施容积时，该时段出现弃水，下一时段计算时上一时段累计水量按蓄水设施最大容积控制计算。按此原则，时段累计水量计算可分别采用式（2-66）进行：

3.实际供水保证率

实际供水保证率是指给定集流面面积与蓄水设施容积组合条件下的规划工程供水保证程度，用保障供水时段（计算时段内不缺水）占整个供水时段的百分数来表示。可用式（2-67）计算确定：

式中　Ps——实际供水保证率，%；

A——发生缺水的计算时段数；

B——整个供水过程的计算时段总数。

根据前述计算过程，只有在给定的集流面面积与蓄水设施容积组合下，计算的实际供水保证率满足设计供水保证率要求，即Ps≥P，才认为规划工程在水量上满足了设计供水保证率要求，达到了保障供水的目的。

（二）工程设施最佳匹配技术

如前所述，最佳匹配模式要求构成雨水集蓄利用工程的集流面与蓄水设施的总造价最低，从而实现雨水集蓄利用工程的经济利用。然而，研究表明，实现最佳匹配的过程包括两个环节：①满足设计供水保证率条件下的水量保障计算环节；②保障水量供给的工程设施集流面与蓄水设施造价经济分析计算环节。为此，工程设施的最佳匹配研究必须在多年调节水量保障技术研究的基础上才能进行。

1.集流面面积与蓄水设施容积组合

在多年调节水量保障技术研究的基础上，通过保障水量需求的集流面面积与蓄水设施容积组合的多次重复计算，可以得到多组不同的集流面面积与蓄水设施容积组合结果。为方便叙述，定义该组合为面积—容积组合Di，且：

式中　Di——集流面面积与蓄水设施容积的第i个组合；

Si——集流面面积第i个计算结果，m2；

V i——蓄水设施容积第i个计算结果，m3；

i——集流面面积与蓄水设施容积组合计算序号，取值1，2，3，…，n。

进一步研究表明，在前述集流面面积与蓄水设施容积合理匹配的多组组合中，遵循集流面面积越大，蓄水设施容积越小；集流面面积越小，蓄水设施容积越大的规律。

2.工程设施最佳匹配

如前所述，在集流面面积与蓄水设施容积最佳匹配模式下，可实现工程设施造价最低，达到经济利用之目的。由此可见，最佳匹配过程事实上就是工程设施造价分析和经济比较的问题。

（1）单位工程造价分析与确定。单位工程造价分析可结合集流面材料性质与蓄水设施结构类型，根据工程所在地施工水平、材料单价等分析确定。

为方便研究，我们暂且给定集流面单位面积造价为Ds，蓄水设施单位容积造价为Dν。

（2）蓄水设施造价。在前述分析确定单位工程造价的基础上，保障水量需求的雨水集蓄利用工程设施造价可用式（2-69）计算确定：

(www.daowen.com)

式中　Ci——第i种组合时的蓄水设施造价，元；

Ds——集流面单位面积造价，元/m2；

Dν——蓄水设施单位容积造价，元/m3；

其他符号意义同前。

（3）最佳匹配组合确定。通过前述计算，在水量保障工程设施造价C 1，C 2，C 3，…，Cn中势必存在一个最小值，此最小值对应的工程设施组合即为保障水量需求时的雨水集蓄利用工程设施最佳组合。其最佳组合C可按式（2-70）确定：

一般情况下，要求前述计算得到的面积—容积组合数量不少于7组。而且，当计算确定的满足设计供水保证率的集流面面积与蓄水设施容积组合数量持续增加到n+m组时，此最小值仍为最小。也就是说，此最小值须同时满足式（2-71）的要求：

据此，通过经济分析确定的集流面面积与蓄水设施容积组合C即为满足设计供水保证率，且能够实现保障供水的雨水集蓄利用工程最佳匹配组合。

（三）长系列计算方法

1.基本原理

长系列计算方法是通过对一定数量的集流面匹配相应容积的蓄水设施，从而实现对雨水的收集和调控利用，使得设计用水对象在整个长系列降水过程中的用水能够满足设计供水保证率要求。在此计算过程中，由于调蓄利用水量同时受控于集流面面积和蓄水设施容积两个因素，因而具体计算结果存在多个不同的集流面面积和蓄水设施容积组合。也就是说，在长系列计算方法中，在总集水量大于总用水量的前提下，只要给定一定量的集流面面积数值，总会有一个相应的蓄水设施容积使得设计工程能够满足设计供水保证率要求。进一步分析可知，在这些组合中，总有一组组合使得构成雨水集蓄利用工程的集流面与蓄水设施组成的工程设施组合造价最低。因此，这组组合即被认为是满足设计供水保证率时的雨水集蓄利用工程集流面与蓄水设施容积的最佳匹配模式。

2.计算方法

（1）满足设计供水保证率的水量保障计算方法。雨水集蓄利用工程蓄水设施容积长系列计算方法的基本原理是在划分计算时段的基础上，利用蓄水设施的调蓄能力，通过对不同时段来水、用水过程的水量平衡计算，确定长历时条件下满足设计供水保证率时的集流面面积和蓄水设施容积组合。其中计算时段可根据长系列资料情况确定，一般以月或旬作为计算时段。

为减少试算工作量且在实现工程设施之间合理匹配的同时，尽量满足最佳匹配的要求，具体计算时，首先根据长系列降水资料分析确定设计供水保证率情况下的年降水量并以此为依据，大致按照“供需平衡”的原则初步估算集流面面积，作为长系列计算确定集流面面积的参考数据；其次是给定集流面面积，假定蓄水设施容积，依据计算时段的来水过程和设计用水过程，进行供水环节的水量调节计算；最后根据整个计算时段内的水量余缺情况计算实际供水保证率，满足设计供水保证率时的集流面面积与蓄水设施容积组合即为长系列计算确定的雨水集蓄利用工程合理匹配设计结果。

采用雨水集蓄利用工程长系列计算方法，确定规划工程的集流面面积和蓄水设施容积组合的过程是一个多次反复试算的过程，当工程的实际供水保证率满足设计供水保证率时，对应的一组集流面面积与蓄水设施容积组合则就是设计工程设施的合理匹配结果。

（2）蓄水设施最佳匹配计算方法。按照设计保证率要求，通过集流面面积与蓄水设施容积组合的多次重复计算，在得到多组不同集流面面积与蓄水设施容积组合的基础上，进行工程设施建设造价分析，其中造价最低的一组集流面面积与蓄水设施容积组合即为雨水集蓄利用工程的经济利用组合，此时就认为实现了雨水集蓄利用工程集流面与蓄水设施的最佳匹配。

3.计算步骤

（1）收集并整理规划工程所在地的长系列降水资料，进行计算时段月（旬）降水量Pi的分配计算。

（2）确定规划雨水集蓄利用工程的设计用水对象数量、用水时段和用水定额。

（3）按照实现保障供水的要求，确定雨水集蓄利用工程的设计供水保证率P。

（4）依据长系列降水资料，确定保证率P时的多年平均降水量P p。

（5）分析确定相应来水频率P时的P-Ⅲ曲线模比系数K p。

（6）参照《雨水集蓄利用工程技术规范》（GB/T 50596—2010），分析确定规划工程各类集流面的集流效率Ej。

（7）分析确定计算时段的需水量W xi，并按10%考虑各计算时段内的蒸发、渗漏损失。

（8）根据P p值，按照供需平衡的原则初步估算集流面面积Sp，并将其作为长系列计算确定集流面面积的参考依据。其中，Sp计算按典型年方法进行。

（9）给定集流面面积Si=Sp+ΔS，计算各时段来水量W li。

（10）假设蓄水设施容积V i，考虑蒸发、渗漏损失，进行长系列降水过程各计算时段的水量调节计算，确定各计算时段末的蓄水设施累计水量。

（11）统计整个计算时段数量和发生缺水的计算时段数量，计算实际供水保证率。

（12）当实际供水保证率小于设计保证率时，重复前述（10）、（11）的计算步骤；当实际保证率大于或者等于设计保证率时，统计集流面面积、蓄水设施容积并记作D 1={S 1，V 1}。

（13）重复前述（9）～（12）的计算步骤，得到多组面积—容积组合计算结果Di={Si，V i}。

（14）结合集流面材料性质与蓄水设施结构类型，根据工程所在地施工水平、材料单价等分析确定集流面面积、蓄水设施容积单位工程造价。

（15）计算多组组合方案下的雨水集蓄利用工程集流面与蓄水设施建设造价。

（16）选择集流面面积、蓄水设施建设造价最低组合，此组合为工程设施最佳匹配组合。

雨水集蓄利用工程设施最佳匹配长系列计算流程见图2-4。

图2-4　雨水集蓄利用工程设施最佳匹配长系列计算方法流程图