Аккумулирующая ёмкость (резервуар-регулятор, пруд-отстойник) — гидротехническое сооружение, предназначенное для временного накопления пикового объёма дождевого стока с последующей равномерной подачей на очистные сооружения или в коллектор. Принципиальное назначение — срезать пик расхода, снижая требуемую производительность ЛОС и диаметр отводящего коллектора, что в городских условиях часто является единственным способом вписать реконструкцию ливневой сети в существующие габариты коллекторов без их полной замены. Согласно СП 32.13330.2018 (прил. И), аккумулирование обязательно при реконструкции сетей с недостаточной пропускной способностью, а также для объектов с высокой долей твёрдого покрытия (>70%), где пиковый расход после застройки превышает естественный в 3-5 раз. В статье рассмотрена методика расчёта объёма аккумулирующей ёмкости методом «предельных интенсивностей» и альтернативным методом SCS (Soil Conservation Service), конструктивные типы резервуаров и экономическое обоснование.
1. Методика расчёта объёма по СП 32.13330.2018
Метод предельных интенсивностей (основной)
Требуемый объём аккумулирующей ёмкости Vак (м³) определяется как разница между объёмом стока за расчётный дождь Wд и объёмом, который может быть отведён коллектором за время дождя Wотв:
Vак = Wд − Wотв
Wд = 10 × ha × F × ψmid, где ha — максимальный слой осадков за дождь расчётной продолжительности (мм), определяемый по формуле: ha = q20 × (20/tr)n × tr / 60; tr — расчётная продолжительность дождя (мин), равная времени добегания от наиболее удалённой точки водосбора до аккумулирующей ёмкости; n — показатель степени климатической кривой (табл. 9 СП 32.13330.2018).
Wотв = Qкол × tr × 60 / 1000, где Qкол — пропускная способность отводящего коллектора (ограниченная существующим диаметром или ЛОС), м³/с.
Пример расчёта
Исходные данные: микрорайон, F=12 га, ψ=0,55, Московская обл. Существующий коллектор d=400 мм с уклоном i=0,005: Qкол=0,174 м³/с (174 л/с при наполнении 0,75). Расчётный расход без аккумулирования: Qr = 80×0,55×12 = 528 л/с — коллектор не справляется (дефицит 67%). Время добегания tr=20 мин (от границы микрорайона до ёмкости). n=0,59 (Московская обл.).
ha = 80×(20/20)0,59×20/60 = 80×1×0,333 = 26,7 мм. Wд = 10×26,7×12×0,55 = 1 762 м³.
Wотв = 0,174×20×60 = 209 м³.
Vак = 1 762−209 = 1 553 м³ — требуемый объём аккумулирующей ёмкости.
Габариты при глубине h=3 м: площадь S = 1 553/3 = 517 м² → 23×23 м. При стоимости строительства ж/б резервуара 15 000 ₽/м³: 1 553×15 000 ≈ 23,3 млн ₽.
Альтернатива: замена коллектора
Требуемый коллектор для Q=528 л/с при i=0,005: d=800 мм (Q=1 100 л/с с запасом). Стоимость замены 1 км коллектора (открытый способ): 1 000×29 000 ≈ 29,0 млн ₽. Аккумулирующая ёмкость дешевле на 20% и не требует перекрытия улиц на 2-3 месяца.
2. Альтернативный метод SCS (NRCS) — для водосборов со сложным рельефом
Метод SCS (Soil Conservation Service, США) позволяет учесть не только площадь водосбора, но и тип грунта, влажность и растительность через безразмерный параметр CN (Curve Number). Для российских условий метод не является нормативным, но широко применяется при моделировании в SWMM и для проектов, сертифицируемых по LEED/BREEAM.
Qстока = (P − 0,2×S)² / (P + 0,8×S), где:
P — слой осадков (мм); S — параметр удержания (мм), S = (25400/CN) − 254.
CN — номер кривой стока (табличный параметр, учитывающий тип грунта и покрытия): асфальт, бетон — CN=98; кровли — CN=95; брусчатка с заполненными швами — CN=85; газон на суглинке — CN=70; лес — CN=55.
Пример сравнения с методом СП
Микрорайон 12 га: 40% — асфальт (CN=98), 20% — кровли (CN=95), 10% — брусчатка (CN=85), 30% — газон (CN=70). Средневзвешенный CN = 0,4×98+0,2×95+0,1×85+0,3×70 = 89,7. S = 25400/89,7−254 = 29,2 мм. При P=26,7 мм (тот же дождь, что в расчёте по СП): Qстока = (26,7−0,2×29,2)²/(26,7+0,8×29,2) = (26,7−5,84)²/(26,7+23,36) = 434,0/50,06 = 8,67 мм. Объём стока: WSCS = 10×8,67×12 = 1 040 м³ — на 41% ниже, чем по СП (1 762 м³). Почему? Метод SCS учитывает инфильтрацию на газонах и брусчатке, которую СП игнорирует (ψ=0,55 — средний, без дифференциации). Для российских условий консервативный метод СП даёт запас, что снижает риск ошибки, но завышает объём ёмкости. Разумный компромисс: расчёт по СП, затем оптимизация в SWMM с учётом фактической инфильтрации — позволяет снизить объём на 15-25%.
3. Конструктивные типы аккумулирующих ёмкостей
| Тип | Материал | Объём, м³ | Преимущества | Недостатки | Стоимость, ₽/м³ |
|---|---|---|---|---|---|
| Железобетонный подземный резервуар | Монолитный ж/б B25, W8 | 100-10 000 | Долговечность 50+ лет, любая конфигурация, ремонтопригодность | Высокая стоимость, длительный срок строительства (2-4 мес.), требует котлована с креплением стенок | 12 000-18 000 |
| Открытый пруд-отстойник (земляной) | Грунт + гидроизоляция (глиняный замок или геомембрана) | 100-50 000 | Минимальная стоимость (земляные работы), экологичность (биоплато на поверхности), эстетика | Занимает площадь (0,5-3 га). Санитарно-защитная зона (50-100 м). Сезонность: зимой промерзает, эффективность падает | 1 500-4 000 |
| Стеклопластиковый/полиэтиленовый резервуар (заводского изготовления) | GRP (стеклопластик) или HDPE | 10-500 | Быстрый монтаж (1-3 дня), полная заводская готовность, химстойкость | Ограниченный объём, требуется утепление (XPS) при глубине <1,5 м, стоимость выше ж/б для V>500 м³ | 18 000-25 000 |
Нормативная база
- СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети» (прил. И — расчёт аккумулирующих ёмкостей)
- Рекомендации ВНИИ ВОДГЕО по расчёту регулирующих ёмкостей (2016)
- Методика SCS (NRCS), USDA, Technical Release 55