给水工程论文参考外文文献

概述 工程概况 本工程为淄博民信食品有限责任公司污水处理站工程，其污水主要为宰鸭过程中产生的生产废水和生活废水。 该公司在生产过程中产生的废水主要来源于屠宰前的冲洗水,屠宰后的清洗水和屠宰设备及车间地面的冲洗水。该污水具有水质、水量变化大,有机物含量高，可生化性好,固体悬浮物含量高等特点，若不经处理直接排入水体中，会导致水体严重富营养化，破坏水体的生态平衡，对环境造成严重污染。 淄博民信食品有限公司为淄博优秀民营企业，隶属于山东民信集团，企业位于淄博齐城农业高新技术开发区，现有生产线每天可屠宰鸭子4万只。目前生产不饱和，每天的产量为1-2万只。企业的生产时间为每天早上6：00至晚上8：00，现有两个10×10×6m的池子可利用。企业领导本着提高企业效益与保护环境的理念，根据国家及山东省相关环保法规制度的要求，拟建污水处理设施，对生产废水进行处理，使废水达到国家一级排放标准后排放。 生产工艺中各部分排水水质及水量情况1.2.1生产工艺中各部分排水水质情况 屠宰废水主要来源于屠宰车间，包括①屠宰前冲洗活鸭产生的废水；②屠宰鸭时产生的废水；③羽绒洗涤水；④冲洗鸭肉体时产生的废水；⑤取内脏、内脏物去除、食用油脂提取时产生的废水；⑥冲洗车间地面、屠宰设备时产生的废水；⑦冲洗活鸭圈栏时产生的废水。 由于甲方未提供水质数据，通过参照同类型企业生产废水的排放水质，并结合以上分析，可知该厂废水具有以下几个特点：含有大量的血污、羽绒、碎肉、内脏杂物、粪便等污染物，悬浮浓度高；屠宰废水呈红褐色并有明显的腥臭味；废水中含有非溶解性蛋白质、脂肪、碳水化合物等；屠宰废水属有害无毒的高浓度有机废水。1.2.2 生产工艺中各部分排水水量情况 由于屠宰加工生产一般有明显的季节性——淡季和旺季，致使肉类加工厂的废水流量变化较大，又由于肉类加工生产本身的特点——非连续性生产，因此废水量在一天之中的变化也较大。从屠宰及加工工艺可以看出，在生产过程中废水主要来自屠宰工段的屠宰废水，约占总水量的50%左右，废水含有大量的血污和蛋白质物质，废水呈红褐色，BOD5值和悬浮物含量较高。 根据淄博民信食品有限责任公司提供的来水数据，将本厂污水设计处理量定为400m3/d。1.3 废水处理目标 采用经济、合理的处理工艺，最大限度的减少废水对周围环境的污染。1.4 项目可行性的设计依据、资料、原则、内容1.4.1 设计依据（1）《肉类加工工业水污染物排放标准》(GB13457-92)（2）《环境工程手册》(水污染防治卷)（4）《环境工程实用技术手册》（5）由建设单位提供的技术资料1.4.2 设计原则 （1）选用先进成熟的产品、技术与工艺，降低运行费用的原则。 （2）工艺处理构筑物选用结构形式简单、操作管理方便、运行安全可靠的原则。 （3）优化工程、争创优良工程的原则。 （4）执行环境保护有关法规和规定。1.4.3 设计内容与设计范围本工程设计范围和内容为污水处理站范围内的道路、管线、建筑安装工程以及污水处理工艺所需的设备、构筑物与辅助生产构筑物。 设计概要 总体设计2.1.1 设计标准排放出水按《肉类加工工业水污染物排放标准》(GB13457-92)一级排放标准进行设计,即出水主要水质标准为:COD ≤100 mg/LBOD5≤30 mg/LSS ≤ 70 mg/LpH 6.0-9.02.1.2 设计水质 本方案设计水质COD是由甲方提供，其他是根据同类型生产企业废水排放指标平均值设计，具体如下：项目 CODCr BOD5 SS 油脂 指标 1200mg/l 600mg/l 600mg/l 80mg/l 2.1.3 设计规模 根据甲方提供的水量，本项目日处理水量为400m3/d，时变化系数取1.7，具体如下：(1) 日处理水量：400m3/d 设计处理规模：16.7m3/h 系统运行时间：24h/d(4) 最大时排水量：28m3/h 处理工艺的选择 对屠宰废水的处理主要是去除废水中的悬浮物和各种形态的有机污染物，因此，宜采用以生物处理为主体的处理工艺流程。2.2.1 预处理工艺的选择 针对屠宰加工废水的特点：含有大量的血污泡沫、碎肉、内脏杂物、粪便等污染物，造成废水的悬浮物浓度高；同时在清除内脏时大量的油脂溶入水中，使废水油脂含量较高；同时废水中含非溶解性蛋白质、脂肪等。我们在预处理中强化了除渣过程，采用间隙为10㎜的粗格栅和间隙为0.5㎜的细格栅，去除废水中的泥砂、碎肉、杂物以及油脂等细小悬浮物。同时由于该废水中泥砂、杂物含量较高，在粗格栅后增加沉砂池，以减轻后续机械和管道的磨损。2.2.2 主体处理工艺的选择 屠宰废水水量、水质变化大，屠宰行业季节性十分明显，屠宰量和生产废水量随季节和日时大幅度变化，有机物含量高、可生化性好、固体悬浮物含量高，且含有大量的血污、油脂、羽绒、内脏杂物、未消化食物、粪便等污物，针对上述特点，采用SBR工艺作为处理该废水的主体工艺，它具有如下优点：工艺简单，流程短，处理效率高，不需设置调节池和污泥回流设施。工程实践证明该工艺有很强的调节能力，对PH值有较强的中和和缓冲能力，具有较强的抗冲击负荷能力，可控制丝状菌生长繁殖，不宜产生污泥膨胀，产泥率低，无需增加化学药剂和设备，就能达到除氮的目的。2.2.3 曝气方式的选择 本系统采用潜水射流曝气机曝气，氧转移率高、充氧能力氧转移速率快，运行噪声较小，并且其轴功率不随潜没深度的变化而变化，进气量可以调节；省去了布气管路和曝气头及鼓风机房。2.2.4污泥处理系统 对于处理过程中产生的剩余污泥，我们在系统内部采用A-O-A-O运行方式，使污泥在系统内部消减，减少污泥产量的基础上，对剩余污泥进行浓缩、脱水处理，泥饼外运填埋或作农作物的肥料，减少了污泥所造成的二次污染。 污水处理工艺2.3.1 工艺流程框图（见附图） 2.3.2 工艺说明① 预处理段 原水先经过机械格栅除去较大的污染物颗粒及其他杂物，以避免后续的水泵被堵塞、缠绕；然后进入曝气沉砂池，去除废水中密度较大的无机颗粒，保护水泵和管道免受磨损；沉砂池出水进集水井，经泵提升后进入后续生化处理段。② 生化处理段 本项目采用SBR作为生化处理的主工艺，SBR反应池的运行包括五个阶段，即进水、曝气、沉淀、排水（排泥）及闲置阶段，为一个工作周期。考虑到屠宰废水污泥量多，沉淀性差，每个运行周期后闲置一段时间，可以改善污泥的性质，减少污泥量。本项目SBR反应池拟采用连续进水、间歇排水方式，24小时为一周期，间断曝气方式，其中进水4.0h，曝气10.0h（进水4.0h后开始曝气，间歇时间根据实际运行情况确定），沉淀1.5h，滗水2.0 h，排泥与闲置1-4h（根据实际运行情况调整）。 SBR反应池运行过程采用程序控制：进水采用进水电动蝶阀，按时间和液位自动切换电动阀的开启与关闭；曝气、沉淀采用进气电动蝶阀按时间自动切换电动阀的开启与关闭；排水采用专用滗水器按液位和时间进行控制 ③污泥处理段 对于处理过程中产生的剩余污泥，拟采用浓缩后去干化场进行处理。泥饼外运填埋或作农作物的肥料。2.3.3 工艺特点SBR工艺低负荷运行，对进水负荷的适应性强，耐冲击负荷，出水水质良 好、稳定； 效果稳定可靠、运行调节灵活方便、节省占地； 系统控制自动化程度较高、管理方便。 采用膜片微孔曝气器进行曝气，氧转移率高、充氧能力强。2.3.4 处理效果预测 CODcr(mg/l) BOD5(mg/l) SS(mg/l) 进水 出水 去除率 进水 出水 去除率 进水 出水 去除率 预处理工艺 1300 845 35% 600 420 30% 600 240 60% SBR工艺 845 76 91% 420 17 96% 240 48 80% 2.3.5 主要设备及构筑物格栅井： 尺寸：500×300×1800㎜（高度可跟据现场情况调整） 结构：钢砼 数 量：1座内置机械格栅一台，拦截污水中的污染物颗粒及其他杂物。 尺寸：宽300㎜，高度据现场情况确定 栅隙：5mm 数 量：1台曝气沉砂池： 兼起预曝气的作用，每立方米废水的曝气量为0.3m3空气。 规格：5000×2000×2500㎜ 结构：钢砼 数量：1座集水井： 规格：3000×2000×3000㎜ 内置污水提升泵2台，将废水提升至后续SBR反应池。污水提升泵 型 号：65WQ37-13-3 数 量：2台（1用1备） 流 量：Q=37m3/h 扬 程：H=13m 功 率：3.0kWSBR反应池 废水在此通过厌氧、兼氧、好氧生化过程降解COD、BOD，完成序批式处理过程。由现有的两个池子改建为SBR反应池，两池底部采用特殊方式连接，采用连续进水、间歇曝气、间歇排水的方式，24小时为一周期。反应池内设置低速推流搅拌机进行推流搅拌，每池设置1台。曝气方式采用罗茨鼓风机，曝气装置采用膜片式微孔曝气器，排水采用专用排水装置滗水器。 规格尺寸：L×B×H=10000×10000×6000㎜ 数量：2座 有效体积：V=1000m3 结构：钢砼 低速推流搅拌机： 型号：QJB3/4-1800/2-56/P 功率：3.0kW 数量：2台 滗水器： 型号：XBS-300 滗水量：200-300m3/h 功率：0.75kW 数量：1台 微孔曝气器： 型号：Φ215 空气流量：1.5-3.0m3/个.h 数量：320个 贮水池 贮水池贮存SBR池出水，因水位较低，固在该池内设置排水泵3台。 规格：L×B×H=4000×5000×6000m 有效水深：5.0m 结构：钢砼 数量：1座 排水泵： 型号：QS100-12-5.5 数量：3台（2用1备） 流量：Q=100m3/h 扬程：H=12m 功率：5.5kW污泥浓缩池 采用重力浓缩方式对污泥进行预处理。 浓缩时间：T=12 h 数量：1座 规格：L×B×H=3.0×3.0×4.5m 结构：钢砼鼓风机房 规格：5.4×3.3×4.0m 结构：砖混结构 数量：1间 内设鼓风机3台。 型号：LSR-WD100㎜ 数量：3台（2用1备） 流量：Q=7.12m3/min 风压：58.8kPa 功率：11kW值班室及控制室： 规格：5.4×3.3×4.0m 结构：砖混结构 数量：1间2.3.6 主要建、构筑物表序号 名 称 规 格 单位 数量 备注 1 格栅井 0.5×0.3×1.8m 座 1 钢砼 2 沉砂池 5.0×2.0×2.5m 座 1 钢砼 3 集水井 3.0×2.0×3.0m 座 1 钢砼 4 SBR反应池 10.0×10.0×6.0m 座 2 钢砼（已建） 9 贮水池 4.0×1.8×4.5m 座 1 钢砼 13 鼓风机房 5.4×3.3×4.0m 间 1 砖混 14 值班室及控制室 5.4×3.3×4.0m 间 1 砖混 2.3.7 主要设备表序号 名 称 型 号 参 数 数量 厂家 1 机械格栅 XG-300 b=5mm，N=0.75KW 1套 2 污水提升泵 65WQ37-13-3 Q=37m3/h,H=13m,N=3.0kW 2台 姜堰市潜水泵 3 滗水器 XBS-300 N=0.75kW 1台 4 推流搅拌机 QJB3/4-1800/2-56/P N=3kW 2台 南京布鲁克林 5 排水泵 QS100-12-5.5 Q=100m3/h,H=12m,N=5.5kW 3台 姜堰市潜水泵 6 鼓风机（含进出口消音器） LSR-WD100㎜ Q=7.12m3/min，风压：58.8kPa ，N=11kw 3台 江苏吉腾 7 转子流量计 DN100 —— 3套 13 微孔曝气器 Φ225 服务面积：0.4m2 320个 北京基亚特 16 液位控制器 通用 国标 配套 17 处理系统管道、阀门及安装材料 配套 通用 18 电气控制系统 配套 通用 建筑及结构设计2.4.1 工程地质本方案中所涉及的构、建筑物结构措施，待中标后依据厂方详细的地质资料，进行适当的调整。2.4.2 构筑物结构措施本工程地处东北地区，处理站中所有构筑物均为地下式钢筋混凝土结构，基础形式采用砂加石整片垫层，分层压实，厚约0.8m(根据施工情况适当调整)，压实系数为0.94。C15混凝土垫层厚0.2m，0.24红砖1:2水泥沙浆砌筑池壁外抹，SBS防水卷材两油一毡,池底、池壁C30钢筋混凝土0.30m厚，钢筋采用A3、Ι级。工种工房为单层砖混结构，地基处理按规范规定，采用3:7灰土垫层深0.5m，压实系数0.94，C15混凝土垫层0.2m，红砖大放脚基础，C25钢筋混凝土构造柱，C25钢筋混凝土地梁，地梁以上为墙体，C25钢筋混凝土圈梁，屋面采用C25钢筋混凝土现浇。铝合金窗，木质双层隔音门。上部结构墙体中按抗震要求加构造柱。外墙水泥沙浆抹面，外饰外墙涂料。内墙混合沙浆抹面，外饰内墙涂料。 电气仪表设计2.5.1 电气供电电源本工程属一般给水排水工程，供电负荷按三级负荷考虑，供电电源由变配电所引来380/220V电源一路。计量及功率因数补偿 配电室内低压配电柜进线处设低压计量，功率因数补偿由配电所集中补偿。液位控制本工程液位控制系统按照满足工艺检测要求，安全可靠性高、免于调试的原则进行选型。液位控制：在曝气调节池内均设置液位控制器，以控制水泵的自动运行。2.5.2 机械设计本工程设计采用的机械设备均为标准定型产品，不需特殊设计。工程中所用设备选型力求技术先进，性能可靠，效率高，节能省电。2.5.3 环境保护设计（1） 外部环境对污水场的影响本工程污水处理场所在位置周围没有排出有害物的其他工厂或建筑物，外部环境对污水厂没有不良影响。 （2） 污水处理场对外部环境影响污水处理场排放的污水污水处理场排放的污水是指处理场处理后的尾水和场内自身排放的污水。本工程采用全套自动化污水处理工艺，在技术上成熟。该套自动化污水处理设备主要选用国内外优质产品，因此，污水场的正常运转都是有保证的，都能达到所要求的出水水质，不会造成污染。污水处理场产生的污泥在厌氧水解池、沉淀池中所产生的主要是残渣和剩余污泥经过干化后可外运填埋或作农作物的肥料，不会引起二次污染。噪声控制场内噪声主要产生于污水提升泵和曝气池的鼓风机房。场内鼓风机房是产生噪声最大的设备，本工艺选用的低噪声鼓风机，把噪声控制到最小程度，鼓风机房设计中采用隔音处理，使对外噪声控制在《工业企业噪声卫生标准》要求的范围内。定员、经营管理与劳动保护 管理机构及定员编制3.1.1管理机构 本污水处理工程隶属业主经营管理。 3.1.2 定员编制本设备是全自动化生产过程、根据管理范围的实际需要，进行劳动定员编制，设兼职管理人员1人。3.1.3 劳动保护劳动安全保护除了加强安全教育，制定安全操作规程和安全管理制度之外，在工程设计方案方面采取如下措施：● 所有架空走道，处理构筑物池壁上的走道板和上、下楼梯均设置双面栏杆，楼梯均采用防滑梯。● 鼓风机房内设置隔音进出口消声等措施，减少噪音。● 全场所有构筑物外露的电气设备均加安全防护罩，采用防潮型设备，并设立明显标志。所有电气设备均按《工厂电力设计技术规程》等有关规范要求采取防雷、接地等安全保护措施。● 整个场区设置高杆照明灯，方便工人夜间巡视、操作或处理其它故障。● 所有易燃易爆和有害物品，危险品等单独存放，并派专人保管。工程概算及运行成本分析 《全国建筑工程概算定额》。 《全国统一安装工程预算定额》。 建设部颁发的《全国市政工程投资估算指标》。 其他费用取费按建设部建标[1996]628号文《市政工程可行性研究投资估算办法》计算。 监理费依据国家物价局、建设部[1992]价费字479号文计取。 《当地工程造价信息》。 概算表4.1.1土建部分 单位：万元序号 名 称 规 格 数量 备注 1 格栅井 0.5×0.3×1.8m 1座 0.02 2 沉砂池 5.0×2.0×2.5m 1座 1.20 3 集水井 3.0×2.0×3.0m 1座 0.90 4 SBR反应池 由原有池子改造 5.50 9 贮水池 4.0×1.8×4.5m 1座 1.50 13 鼓风机房 5.4×3.3×4.0m 1间 1.20 14 值班室及控制室 5.4×3.3×4.0m 1间 1.20 小计 11.52 4.1.2设备器材部分 单位：万元序号 名 称 型 号 数量 单价 总价 1 机械格栅 XG-300 1套 2 污水提升泵 65WQ37-13-3 2台 3 滗水器 XBS-300 1台 4 推流搅拌机 QJB3/4-1800/2-56/P 2台 5 排水泵 QS100-12-5.5 3台 6 鼓风机（含进出口消音器） LSR-WD100㎜ 3台 7 转子流量计 DN100 3套 13 微孔曝气器 Φ225 320个 16 液位控制器 通用 配套 小计 4.1.3直接费 土建费(1) 万元 设备及材料费(2) 万元 直接费(1)+(2) 万元4.1.4间接费 安装费(3) (2)×7% 万元 调试费(4) (2)×5% 万元 税金及管理费 [ (2)+(3)+(4)]×6% 万元4.1.5工程投资 直接费+间接费 万元 运行成本分析本处理站设计日处理水量为500m3，每小时处理规模为50m3，系统每天运行10h。构成本处理站日常运行费用的因素有：电费、药剂费、人工费，以下为本处理站日常运行成本分析： 1、直接运行费用动力费E1(0.5元/度计) （1）总装机容量：103.9KW （2）运行容量：51.4KW 吨水耗电量：51.34×10÷500=1.03/m3.水 每吨水耗电费：E1=1.03×0.50=0.51元/m3水 2、药剂费： （1）絮凝剂的用量：27Kg/d （2）PAM的用量：0.2kg/d 药剂费：E2= 0.16元/m3水 3、人工费： 本处理站设工程管理操作人员1人，人工费按800元/人.日计 E3= 800/30/500 =0.05元/m3水 吨水运行成本：E1+E2+E3 = 0.51+0.16+0.05 = 0.72元/m3水 经济指标 主要技术经济指标总投资 占 地 电耗 运行费用 万元 m2 度/m3(水) 元/m3(水) 164.6 470 1.10 0.72 结论 通过以上分析，我们可以知道对屠宰过程中产生的废水加以处理并回收利用，可以产生以下的效益：大大降低了废水中污染物浓度，每天的COD削减量为480kg/d, BOD削减量为240kg/d；每年COD的削减量为175吨，BOD的削减量为88吨，这样就有效的避免了污染物对周围环境的污染； 因此，建立此污水处理站可以给企业带来很大的环境效益、经济效益和社会效益。 附图：工艺流程框图： 来水达标排放图例： 污水管 空气管 排泥管

我毕业设计的，虽说语言有点生涩，不过是自己翻译的，应该符合老师的要求。英文是PDF格式的建筑物服务工程设计与技术屋顶排水设计性能的近期与远期优势最近十年见证了屋顶排水系统设计方面的巨大变化，特别的是，虹吸雨水排水系统已经得到逐步改善，并且有可能得到重点应用。发生这些变化的同时，城市排水系统设计已经发生了巨大的变化，因为适用范围更广的可持续发展城市排水系统设计，还有人们对于气候变化带来的洪水泛滥的更多关注。这篇文章的主要内容就是，如何设计屋顶雨水排水系统并使之有良好的运行性能。需要特别注意的是如何改掉已经形成的不良设计习惯，同时还要需要考虑屋顶排水系统的创新，如绿色屋顶和雨水收集系统。实际应用：在过去几年，屋顶雨水排水系统的设计已经发生了巨大的变化。在大型建筑物上，虹吸雨水排水技术已经很常见，还有绿色屋顶由于其有利于绿色发展，正得到越来越多的应用。考虑到正在进行的研究，本文主要介绍如何有效地设计各种不同的屋顶雨水排水系统，并使其达到理想的设计效果。1.绪论在过去十年，城市与水排水系统设计已经想着广为接受的可持续发展城市排水系统或者最优管理方向发展。设计这些系统主要原则是，既要有符合当地发展水平的质量，又要为投资者创造一定的经济效益。这种原则已经引发了集水池发展方式新的变化。尽管这种装置的应用正在逐渐减少，但是城市环境要求比较高的地区仍然要求100%防水且排水迅速，例如屋顶。通常屋顶排水系统在设计、建造和维护时并没有受到应有的重视。尽管排水系统的投资费用只占建筑总投资的一小部分，但是，并不能据此来判断设计不良带来的损失。主要有两种不同形式的屋顶排水系统设计方法，分别是传统的和虹吸式方法。传统的系统依靠大气压力工作，其驱动压头受到水槽流动深度的影响。因此传统的屋顶排水系统需要一个直径相当大的垂直下降管，在排放之前，所有的装置都必须连接到地下水收集管网。与此相反，虹吸式屋顶排水系统通常设计成满管流（紊流状态意味着只需要较小的排气管），从而会形成负压，较大的压头和较大的流速。通常虹吸式系统需要较少的下降管，在负压状态下工作，意味着给水管网可以较高的高度上工作，从而减少地下管网量。两种系统都由三部分组成：屋顶，雨水收集管道，系统管网。所有这些部分都能够改变系统的水压分布。这部分主要关注各部分的作用和性能。由于虹吸系统的工作原理并没有得到很好的理解，得到的论证比较少，本文将会重点介绍虹吸系统。2.屋顶通常屋顶是由建筑师设计的，而不是由排水设计者设计的。主要有三种屋顶。2.1平屋顶平屋顶主要应用在降雨量比较少的地区和发达国家的工业建筑。这种屋顶并不完全是平的，而是低于所规定的屋顶最小坡度。例如，英国规定最大坡度为10°。设定最小坡度是为了避免任何不必要的积水。尽管平屋顶如果得不到正确的维护会产生较多的问题，但它会减少建筑物内的死区，且比斜屋顶有利于室内气流组织。2.2斜屋顶大多数居住建筑和商业建筑都是斜屋顶，斜屋顶最大的优点是可以迅速排水，从而可以减少漏水。在温带地区，不需要考虑屋顶承载的降雪载重。一旦下雨，斜屋顶通过的降雨量就可以通过计算确定。当有降雨资料可以利用时，可以使用运动学理论来解决这类问题。2.3绿色屋顶（平的或者是斜的）可以证明最老的屋顶就是绿色屋顶，它包括可以减少或驱散降雨的种有植物的屋顶。它可以是种有树和灌木的屋顶花园，也可以是长有植被的轻型屋顶地毯。其中后一种技术已经得到广泛应用。其中一些应用趋向于侧重美学要求并经常应用于绿色发展。由于审美要求和水压要求，绿色屋顶还有热绝缘的功能，减少热岛效应，有消声作用，延长屋顶的使用寿命。绿色屋顶在德国应用最为广泛，在北美地区次之，但是要考虑美学上的影响。德国是目前为止最有经验的国家，早在19世纪就有实际应用，当时作为在城市地区替代焦油屋顶降低火灾危险的一种选择。目前德国主要研究放在种植问题上，对城市的其它问题考虑较少。从1987年到1989年的一项研究工作，发现装有70毫米厚的绿色屋顶可以减少60%-80%的热损失。在加拿大的一项基于电脑模型的工作，表明在屋顶只要集水器是、的面积能够达到屋顶面积的70%，在一年内就能减少60%，同样的模型也被用于人工降雨，其结果都表明集水器在降雨季有助于雨水排走。但是这些研究都没有表明绿色屋顶在降雨季可以发挥多大的作用，或者给水管的收集效率有多高。美国做了一些测验，只要对绿色屋顶经常的浇灌，就可以在一次降雨中减少65%的径流量。美国最有权威的绿色屋顶指导原则是由新泽西州环保部门颁布的。这项原则主要是解决轻型结构问题，以及如何在两年之后还能正常的排水。降雨周期是根据是根据失败的概率决定的。通常的系统是根据暴雨期间两分钟的降雨量，这两分钟是有选择的。尽管这种模型会得到更高的流量，但是没有其他更好的替代方法。研究表明，传统模型应用于绿色屋顶的研究是是不成熟的。流失量系数比传统屋顶记录的要小，大约为98.7%.峰值流量也会减少，虽然没有渗透，但是表面粗糙度也会产生显著的影响。集中降雨的时间要比两分钟要长，特别是对面积较大的屋顶，如公共建筑、商业建筑、工业建筑。城市排水设计还要考虑其他一些因素，对于一个复杂的系统来说，一个绿色屋顶在一场降雨中是不够的。流量水位曲线显示的持续期要比传统系统长。并且两场独立的将与之间的影响也是有可能的，这需要更加精确的时间周期。3.雨水收集器雨水收集器的基本要求是要能够容纳设计暴雨时的降雨量。尽管通常情况下可以通过让屋顶稍微倾斜来达到排水的目的，但是建筑工业的性质及建筑物的沉降都会式屋顶变得平坦，在水平放置的水槽中，水的剖面是向外倾斜的，这是流体静力学的作用。3.1排水沟出口的深度判断雨水收集器是否具有足够容积的关键是集水器外部出口的设置情况。还会影响流入雨水排水系统管道的流速，还会影响集水器的积水深度。尽管集水器的深度不会带来什么特别的问题，但是过深会导致集水器过高。20世纪80年代的大量研究表明，传统屋顶排水系统的出水口的流动情况可以分为两种情况。这取决于水深与出口尺寸的大小。当水深小于出口直径的一半时，流动情况是第一种类型，并且出口的流动情况可以通过合适的方程计算出；随着水深的增加，出口会被慢慢堵塞，流动形式会变成另一种形式，同时，出口的流动情况可以通过其他方程得出。尽管传统屋顶排水系统被设计成可以自由排水，但是设计中遇到限制可能会使出流不是自由的。在这种情况下，就会需要额外的深度。在虹吸式屋顶排水系统中，出水口被设计成淹没出流，。在这种情况下，决定出水口的深度比较复杂的，因为集水器的设计取决于流动情况。近期的研究表明，传统的屋顶雨水排水系统使用各种非标准的集水器，它们的深度和高度，都要比出口的直径大。这最终会造成虹吸作用。对于一个给定的集水器，始端的流动情况取决于下降管的直径。类似的现象也被用于研究标准的集水器，在这些情况下，受限的虹吸作用只发生在离出口比较近的距离内。3.2槽内的流动分类在集水槽复杂流动出口的流动分类中，可以从表2a中看出，流动会出现均匀的分层，而不管入口的流动情况是否相同。表2b和2c表明，出口的分布会极大的影响流动情况。当出口不是自由射流时，集水槽中复杂出口的流动情况分类是很难描述的。因为每个集水槽内的压力都有可能是合并的。例如，虹吸系统中的管子在靠近设计点时是充满射流，出口的流动分类取决于每个支路的能量损失。3.3静水剖面集水器中水表面的形状可以根据渠内流动方程进行分类。在大多数情况下，低流速意味着有较小的摩擦损失，如果出口是自由射流，那么摩擦损失是可以忽略的，静水剖面可以通过方程1来决定水平距离。式中Q--流量(m3/s)T—表面宽度（m）g—重力加速度（m/s2）F—流动面积（m2）方程1在摩擦力不可忽略时需要进行修正（管道很长或流速很大时），或者不是自由射流。3.4现行的设计方法先前的讨论已经强调了设计与水槽时应该考虑的主要因素。然而如果不借助于一定的数量模型，计算屋顶排水系统的静水剖面、集水槽容积是不可能的。这对大型商业和制造业来说，是一个发展机会，可以合并几千米的水管路线。因此，传统的排水系统的集水槽的设计方法主要是根据经验，并假定出口是自由射流。集水槽在建筑物中的位置，可能会造成失败的例子。不同的集水槽界面除了上面列举的情况外，还允许设计者采用经验数据。3.5数字模型大量的数字模型可以用来准确描述任何形式的集水槽内的流动情况，不管屋顶流量是否稳定。这种组合模型的一个例子是屋顶网模型。这种模型使用户能够对不同方面的数据进行分类说明，包括：雨季降雨情况的详细情况，屋顶表面排水的详细情况等。运动学也被用于研究雨水从流动到集水槽中的研究。一种典型的方法是基于解决开式系统中一位空间流动基本问题。这种模型自动解决集水槽出口流动情况，还能处理自由射流的情况，也能模拟空间中的受限流动以及淹没出流。输出值包括深度、流速等。目前，各种模型本质上还只是研究工具，还需要经过实际工程的检验。然而，我们应该正视模型的各种作用。4系统管组管组的组成形式和范围决定了屋顶排水系统主要依靠的是传统系统还是虹吸作用。4.1传统雨水系统传统屋顶雨水系统中，地面管网上面通常是垂直管网，连接着集水槽的出口和地下排水系统，重要的系统中还有补偿管。应该强调的是，补偿管与地面夹角小于10°。整个系统的能力主要依靠的是出水口而不是下降管。垂直管内的流动通常是自由流动，充满度只有33%，其效率取决于多余的管长。如果下降管足够长（通常大于5m），就有可能出现环形流动。同样的，补偿管内的流动通常情况下也是自由流动，充满度可达70%。这样设计的管路既可以用于设计，也可以用各种方程。4.2虹吸式屋顶排水系统与传统排水系统相反，虹吸式屋顶排水系统依靠系统外的空气流动，并且管内流动是满管流。通常的设计都做了这样的假设，对于设计的暴雨，虹吸系统能够迅速排出雨水。这种假设可以让虹吸系统应用水静压理论。经常用到稳定流能量方程。尽管这种方法忽略了进口处少量的能量损失，但经过实验表明还是有利于实际应用。然而稳定状态的设计方法在虹吸系统暴露在雨水系统时的标准不符合要求或者降雨强度的变化很大时是不能应用的。在第一种情况中，将会有一定质量的空气混入，出现环状流。这些问题在系统不是一个整体时更为严重。由于通常设计的降雨都是普通的，很明显现在的设计方法随着时间的推移可能会不适用于虹吸式系统。这是一个主要的缺点，因为设计中的主要问题是噪声和振动问题。尽管现有的设计方法有缺点，但世界上大量的工程却很少有失败的报告。当出现失败时，很有可能是下面的原因：对操作要点理解不正确不合格的原材料明细表安装缺陷维护管理不当为了克服这些缺点，最近已经开展了一系列研究工程，来讨论虹吸式系统，并发展数字模型。从这项工作中我们学到很多。与现有设计方法相反的一些假设，虹吸式系统主要有以下几个方面：1) 系统中的流动是非充满流动2) 水平流动的某些管段存在满管流3)满管流向下游传播，通过垂直管，上升管等4) 满管流出现在垂直段，系统内压力降低5）下降管内是满管流，将会出现气塞6）出现完全的虹吸作用，直到进入系统的空气低于一定的水平表4a列的数据表明，在低于设计点时，虹吸式系统会出现不稳定的流动，集水槽内的深度不足以维持虹吸作用。表4b表明非稳定流在虹吸式系统中何时会出现。表5列举了一个数字模型输出的数据。可以看出，这种模型能够准确描述虹吸作用，以及稳定虹吸状态，数据也表明该模型能够准确描述复杂的虹吸作用。5结论本文已经图示说明了屋顶排水系统的关键，但这些在城市排水系统设计中往往被人们忽视。本文也表明设计过程是一个复杂的过程，主要依靠出口的性能。下面这些结论是根据设计总结出来的：1） 运行依靠三个相互作用的部分：屋顶、集水槽、水管2） 绿色屋顶可以减少流量，美化城市3） 出口对系统的性能至关重要4） 虹吸式排水系统在大型工程中有较大的优势，但是必须考虑高昂的维修费用5） 设计虹吸式排水系统应该考虑额外的容量和操作问题尽管绿色屋顶是比较有吸引力的一种选择，但是传统屋顶在国内建筑物中将会持续占统治地位。绿色屋顶将会逐步发展，并逐步被人们广泛接受。同样的，屋顶排水系统所显示的高效表明它将会在商业建筑的排水系统中持续发挥巨大的作用。屋顶排水系统的最大威胁来自气候变化，现有的系统并不是简单的趋向于老化；降雨形式的变化将会导致低效的运行，自我清洁的速率也会降低。而且屋顶风速的变化也会加速屋顶的老化，因此十分有必要进行维修保养。考虑到气候的变化，材料的增多，收集屋顶的雨水将会更为广泛。目前，全球的雨水量大约为7到300升每人每天，在英国，平均消耗量为145L/h/d，这其中只有大约1升是人使用的，有大约30%用于厕所，研究表明，如果水资源短缺，收集屋顶雨水对发达国家和发展中国家都是值得推荐的方法。Recent and future advances in roof drainage design and performanceRecent and future advances in roof drainage designand performanceS Arthur BEng (Hons) PhD and GB Wright MEng PhDSchool of the Built Environment, Heriot-Watt University, Edinburgh, UKThe past 10 years have witnessed significant changes in the way roof drainagesystems are understood and designed. In particular, there has been a stepchangein the confidence with which siphonic roof drainage systems may bespecified and expected to perform. These changes have occurred whilst urbandrainage design in general has been revolutionized by wider acceptance ofSustainable Urban Drainage Systems and greater public concern regardingpluvial flooding within the context of climate change. This text considers, indetail, both how roof drainage systems are designed and how they should beexpected to perform. Particular attention is drawn to weaknesses in accepteddesign methods. Consideration is also given to ‘innovative’ roof drainage relatedapproaches such as green roofs and rainwater harvesting.Practical application: Over the past few years there have been many changes inhow roof drainage systems are specified and designed. On large buildings,technologies such as ‘siphonic roof drainage’ are now commonplace and there isan ever increasing demand for ‘green roofs’ to be specified due to their potentialto ‘green’ developments. Based on ongoing research, this paper details howthese different types of roof drainage solutions can be efficiently designed andwhat levels of performance can be expected.1 IntroductionOver the past decade urban drainage systemshave moved towards what are now commonlyknown as ‘Sustainable Urban Drainage Systems’(SUDS) or ‘Best Management Practice’(BMP). Fundamental to the implementationof these systems is addressing both runoffquantity and quality at a local level in amanner which may also have the potential tooffer amenity benefits to stakeholders. This hasled to a change in the way new developmentsnow look and interact within catchments.However, despite the availability of such toolsto reduce, attenuate and treat urban runoff,substantial areas of the urban environment arestill 100% impermeable and drain rapidly;namely roof surfaces. Normally, roof drainagesystems do not always receive the attentionthey deserve in the area of design, constructionand maintenance. Although the cost of asystem is usually only a small proportion of abuilding’s total cost, it can be far outweighedby the costs of the damage and disruptionresulting from a failure of the system to providethe degree of protection required.Address for correspondence: Scott Arthur, School of the BuiltEnvironment, Heriot-Watt University, Edinburgh EH14 4AS,UK. E-mail: s.arthur@hw.ac.ukBuilding Serv. Eng. Res. Technol. 26,4 (2005) pp. 337 /348# The Chartered Institution of B©u i2l0d0i5n SgASGeEr PvuicbeliscaEtionngsi.n Aelel rrisgh2ts0 0re5served. Not for commercial use or unauthorized distribution. 10.1191/0143624405bt127tnDownloaded from at Heriot - Watt University on January 31, 2007There are basically two different types ofroof drainage system, namely conventionaland siphonic (see Figure 1). Conventionalsystems operate at atmospheric pressure, andthe driving head is thus limited to the gutterflow depths. Consequently, conventional roofdrainage systems normally require a considerablenumber of relatively large diameter verticaldownpipes, all of which have to connectinto some form of underground collectionnetwork before discharging to the surfacewater drain. In contrast, siphonic roof drainagesystems are designed to run full-bore(turbulent gutter conditions mean that therewill always be a small percentage of entrainedair within the system, typically 5%), resultingin sub-atmospheric system pressures, higherdriving heads and higher system flowvelocities. Hence, siphonic systems normallyrequire far fewer downpipes, and the depressurizedconditions also mean that much of thecollection pipework can be routed at highlevel, thus reducing the extent of any undergroundpipework.Both types of drainage system comprisethree basic interacting components:. the roof surface;. the rainwater collection gutters (includingoutlets);. the system pipework.Each of these components has the ability tosubstantially alter the runoff hydrograph as itis routed through the system. This text willfocus on the role and performance of each ofthese components. As the principles of siphonicdrainage are generally less well understood,and certainly less well documented,particular emphasis will be placed on theperformance of siphonic roof drainage systemsin this text.

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