跨水源保護(hù)區(qū)路面徑流處理系統(tǒng)
——沉淀池容積設(shè)計(jì)探討

謝海林

（上海市同宜滬工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，上海市200433）

跨水源保護(hù)區(qū)路面徑流處理系統(tǒng)
——沉淀池容積設(shè)計(jì)探討

謝海林

（上海市同宜滬工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，上海市200433）

對(duì)跨越水源保護(hù)區(qū)的道路路面徑流處理系統(tǒng)中的常用構(gòu)筑物——沉淀池容積設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，并通過(guò)實(shí)例對(duì)沉淀池容積設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選用提出了自己的見(jiàn)解，可為今后類(lèi)似設(shè)計(jì)提供參考。

路面徑流；沉淀池設(shè)計(jì)；跨水源保護(hù)區(qū)

1　跨水源保護(hù)區(qū)道路對(duì)水環(huán)境的影響

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，公路以及城市道路建設(shè)近年來(lái)也得到迅猛發(fā)展。當(dāng)公路、城市道路不可避免地途經(jīng)或跨越水源保護(hù)區(qū)時(shí)，其建設(shè)及運(yùn)營(yíng)對(duì)水源保護(hù)區(qū)的影響及保護(hù)問(wèn)題受到社會(huì)各界越來(lái)越廣泛的關(guān)注。其影響一方面是各類(lèi)化學(xué)危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛在水源保護(hù)區(qū)路段一旦發(fā)生事故導(dǎo)致危險(xiǎn)品直接泄入水體，對(duì)水環(huán)境將產(chǎn)生極大的危害，甚至破環(huán)水生生態(tài)環(huán)境。其另一方面的影響則是雨季時(shí)其路面徑流對(duì)水環(huán)境的影響。據(jù)資料顯示，路面徑流初期雨水的主要污染物有SS、COD、重金屬、N、P、油脂等，其主要來(lái)源于車(chē)輛輪胎與路面摩擦脫落的橡膠屑、筑路材料磨損顆粒（如瀝青、混凝土等）、大氣降塵、汽車(chē)廢氣排放、車(chē)輛滴漏的燃油或潤(rùn)滑油等。

北京市曾對(duì)部分道路路面徑流雨水污染情況進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。其結(jié)果表明，初期雨水COD非常高，部分道路初期雨水COD高達(dá)2 000 mg/L［1］。而根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求，集中式生活飲用水地表水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)須執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，而初期雨水路面徑流主要污染物水質(zhì)指標(biāo)均嚴(yán)重超標(biāo)。

表1　地面徑流污染物濃度表（單位：mg/L）［1］

2　路面徑流收集處理系統(tǒng)相關(guān)要求

交通部于2007年聯(lián)合頒布的184號(hào)文件《關(guān)于加強(qiáng)公路規(guī)劃和建設(shè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的通知》中第七條做出以下規(guī)定：“公路建設(shè)應(yīng)特別重視對(duì)飲用水水源地的保護(hù)，路線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量繞避飲用水水源保護(hù)區(qū)。為防范危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)跨越飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)和二類(lèi)以上水體的橋梁，在確定安全和技術(shù)可行的前提下，應(yīng)在橋梁上設(shè)置橋面徑流收集系統(tǒng)，并在橋梁兩側(cè)設(shè)置沉淀池，對(duì)發(fā)生污染事故后的橋面徑流進(jìn)行處理，確保飲用水安全”。

《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D33-2012）第8.6.1條規(guī)定：“水環(huán)境敏感路段的排水設(shè)計(jì)，應(yīng)突出保護(hù)水體的要求，避免由于排水不當(dāng)導(dǎo)致水體的污染”；另第8.6.5條規(guī)定：“水環(huán)境強(qiáng)敏感路段，路面表面水集中水處理宜采用多功能處理池、人工濕地或干式沉淀池等設(shè)施”。

而近年來(lái)，一般涉及水源保護(hù)區(qū)的公路以及城市道路建設(shè)項(xiàng)目，其環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告及批復(fù)中均會(huì)有設(shè)置沉淀池的相關(guān)要求。但截至目前，此沉淀池的具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)相關(guān)規(guī)定，各排水設(shè)計(jì)規(guī)范亦無(wú)針對(duì)性的要求。

3　現(xiàn)行沉淀池設(shè)計(jì)方法比較

由于各規(guī)范及設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)跨水源保護(hù)區(qū)道路路面徑流收集處理系統(tǒng)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)尚無(wú)針對(duì)性的要求，目前，各項(xiàng)目設(shè)計(jì)尚未形成權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)，其處理構(gòu)筑物不但名稱(chēng)不一（有沉淀池、蓄毒沉淀池、蓄毒沉砂池、事故緩沖池、應(yīng)急池、蓄毒池、事故徑流集水池等）、且設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)各異，現(xiàn)分析如下。

3.1以控制初期雨水徑流污染為設(shè)計(jì)重點(diǎn)

該設(shè)計(jì)方法以應(yīng)對(duì)跨水源保護(hù)區(qū)路段初期雨水徑流污染為主要目標(biāo)，在跨越水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的道路或橋梁布置橋面徑流收集系統(tǒng)，將雨水進(jìn)行全面截留，使其完全不排入受保護(hù)水體。其一般做法是按特定設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期將降雨初期一定時(shí)段內(nèi)的雨水進(jìn)行截留沉淀處理，而超過(guò)這一特定時(shí)段的雨水由于其水質(zhì)已較清潔則進(jìn)行溢流。其在進(jìn)行初期雨水污染處理的同時(shí)，兼顧化學(xué)危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故時(shí)的應(yīng)急蓄水功能。此類(lèi)處理構(gòu)筑物名稱(chēng)主要有沉淀池、蓄毒沉砂池、蓄毒沉淀池以及事故緩沖池。其有效容積按式（1）～式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中：V為沉淀池有效容積，m3；Q為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；t為降雨歷時(shí)，min；ψ為綜合徑流系數(shù)其主要影響因素則是地面覆蓋種類(lèi)的透水性，道路一般取0.9～0.95；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/s.hm2；F為匯水面積，hm2；P為設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期，a；A1、C、b、n為統(tǒng)計(jì)參數(shù)，根據(jù)每個(gè)地區(qū)降雨情況經(jīng)統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算確定。

此計(jì)算方法中，匯水面積F以及綜合徑流系數(shù)ψ均隨項(xiàng)目本身自然確定。而降雨歷時(shí)t以及設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期P的選取卻存在著較大的隨意性，表2為部分項(xiàng)目的設(shè)計(jì)參數(shù)匯總。

表2　部分跨水源保護(hù)區(qū)道路項(xiàng)目沉淀池設(shè)計(jì)參數(shù)選用表

根據(jù)表2，此設(shè)計(jì)方法降雨歷時(shí)t一般以20～30 min為主，設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期的選取則以1～2 a為主，但其參數(shù)選取均缺少理論或?qū)嶋H支撐依據(jù)。

3.2以應(yīng)對(duì)化學(xué)危險(xiǎn)品運(yùn)輸泄露事故污染為設(shè)計(jì)重點(diǎn)

該設(shè)計(jì)方法主要以應(yīng)對(duì)跨水源保護(hù)區(qū)道路或橋梁在發(fā)生化學(xué)危險(xiǎn)品運(yùn)輸泄露事故時(shí)的應(yīng)急功能。其主要功能為收集液態(tài)危險(xiǎn)化學(xué)品，以及其沖洗水。其名稱(chēng)主要有應(yīng)急池、蓄毒池、事故緩沖池、事故徑流集水池等。其有效容積一般根據(jù)運(yùn)油品的槽罐車(chē)和化工液體運(yùn)輸車(chē)的容積確定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此類(lèi)容積一般在2～50 m3之間，較常見(jiàn)的一般均小于30 m3。工程設(shè)計(jì)時(shí)一般均按極限值考慮［5］。

此設(shè)計(jì)方法雖能考慮一部分初期雨水徑流污染的處理，但由于其體積較小，對(duì)初期雨水徑流污染控制能力較弱。

4　蕪湖某項(xiàng)目沉淀池設(shè)計(jì)

蕪湖某大橋項(xiàng)目橫跨長(zhǎng)江，長(zhǎng)江為楊家門(mén)水廠(chǎng)飲用水源二級(jí)保護(hù)區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類(lèi)。工程距離下游楊家門(mén)水廠(chǎng)取水口最近距離約2.3 km，距離上游健康路水廠(chǎng)取水口1.9 km。該項(xiàng)目為特大工程，嚴(yán)禁危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛從橋上通行。根據(jù)該項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告的要求，為控制初期雨水徑流污染對(duì)此水源二級(jí)保護(hù)區(qū)的影響，大橋全線(xiàn)雨水不得直排長(zhǎng)江，須設(shè)橋面徑流收集系統(tǒng)，并在大橋兩端各設(shè)置一座沉淀池以處理初期徑流。同時(shí)須設(shè)立應(yīng)急預(yù)案以及各種措施，嚴(yán)禁危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛從橋上通行。

此工程沉淀池功能為分流制排水系統(tǒng)徑流污染控制，考慮到現(xiàn)行沉淀池容積設(shè)計(jì)方法均缺乏有力的理論或?qū)嶋H效果支持，本項(xiàng)目有效容積按《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006） （2014年版）第4.14.4A條雨水調(diào)蓄池容積計(jì)算，具體公式為：

式中：V為沉淀池有效容積（m3）；D為調(diào)蓄量（mm），按降雨量計(jì)，本次設(shè)計(jì)取6 mm；F為匯水面積（hm2），本項(xiàng)目單座沉淀池應(yīng)收集初期雨水的橋梁長(zhǎng)度為924 m、橋梁斷面寬度為32 m；ψ為徑流系數(shù)，本項(xiàng)目取0.9；β為安全系數(shù)，本次設(shè)計(jì)β取1.1。

故，V=10×6×924×32/10 000×0.9×1.1= 175.6 m3，本工程取180 m3，即沉淀池有效容積為長(zhǎng)×寬×高=10 m×9 m×2 m。具體見(jiàn)圖1。

此計(jì)算方法中，沉淀池容積確定應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)亟涤晏卣鳌⑹芗{水體的環(huán)境容量、初期雨水水質(zhì)水量特征等因素。其關(guān)鍵參數(shù)為調(diào)蓄量D的選取，國(guó)外有研究認(rèn)為，1 h雨量達(dá)到12.7 mm的降雨能沖刷掉90%以上的地表污染物；同濟(jì)大學(xué)對(duì)上海芙蓉江、水城路等地區(qū)的雨水地面徑流研究表明，在降雨量達(dá)到10 mm時(shí)，徑流水質(zhì)已基本穩(wěn)定；國(guó)內(nèi)還有研究認(rèn)為一般控制在6～8 mm可控制60%～80%的污染量。因此，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，調(diào)蓄量可取4～8 mm［6］，故本項(xiàng)目取6 mm是較為合理的。

圖1　沉淀池設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

5　結(jié)論

跨水源保護(hù)區(qū)路面徑流處理系統(tǒng)中沉淀池有效容積的確定應(yīng)按照環(huán)境評(píng)價(jià)的要求，綜合考慮初期雨水徑流污染控制以及化學(xué)危險(xiǎn)品運(yùn)輸泄露事故應(yīng)急處理的要求。由于按照后者設(shè)計(jì)其有效容積一般均較小，故建議按初期雨水徑流污染控制的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

考慮到現(xiàn)行沉淀池容積設(shè)計(jì)方法均缺乏有力的理論或?qū)嶋H效果支持，且由于此沉淀池功能即為分流制排水系統(tǒng)徑流污染控制，故建議按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006） （2014年版）第4.14.4A條雨水調(diào)蓄池容積計(jì)算沉淀池容積。此方法仍以降雨量為基礎(chǔ)，但可避免降雨歷時(shí)以及設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期選取的隨意性。當(dāng)經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)，建議取規(guī)范的高值或者高于規(guī)范的取值、以確保水源地安全。

［1］ 車(chē)伍，李俊奇.城市雨水利用技術(shù)與管理［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］ 張茂林，吳宇晟.宿新高速公路京杭運(yùn)河特大橋橋面徑流收集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.江蘇交通科技，2014（3）：33-35.

［3］ 李華，孔亞平，劉勇.跨敏感水體特大橋橋面徑流串聯(lián)處理系統(tǒng)及適宜性分析［J］.公路交通科技，2010（10）：483-487.

［4］ 區(qū)有成，張書(shū)堂.水源保護(hù)區(qū)內(nèi)道路排水設(shè)計(jì)及相應(yīng)的保護(hù)措施［J］.環(huán)境，2009（S1）：7-9.

［5］ 陳瑩，趙劍強(qiáng).跨越敏感水域橋梁應(yīng)急排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（28）：81-85.

［6］ GB50014-2006，（2014年版）室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

環(huán)保投資需求望破10萬(wàn)億大關(guān)

“十三五”期間，我國(guó)環(huán)保投資有望保持高速增長(zhǎng)。其具體內(nèi)容包括在2015年推動(dòng)《大氣污染防治法》的修訂、“水十條”的出臺(tái)，《環(huán)保稅法》與土壤修復(fù)相關(guān)政策的制定。

根據(jù)測(cè)算，未來(lái)幾年環(huán)保投資需求大概在8萬(wàn)億～10萬(wàn)億元，這大大超過(guò)了“十一五”、“十二五”期間的全國(guó)環(huán)保投資。“十一五”、“十二五”期間的全國(guó)環(huán)保投資分別為2.2萬(wàn)億元、4.1萬(wàn)億元。

從政策層面看，2014年5月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《2014年-2015年節(jié)能減排低碳發(fā)展行動(dòng)方案》，預(yù)計(jì)到2015年，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到4.5萬(wàn)億元，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的支柱產(chǎn)業(yè)。

從經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)層面看，今后工作重心之一就是精心編制好環(huán)保“十三五”規(guī)劃。緊緊抓住改善環(huán)境質(zhì)量這個(gè)核心，實(shí)施質(zhì)量和總量雙管控，加強(qiáng)和完善環(huán)境監(jiān)測(cè)體系建設(shè)，科學(xué)決策，系統(tǒng)治污，重點(diǎn)要攻克大氣、水體、土壤污染防治。

TU992.24

B

1009-7716（2015）05-0126-03

2015-01-13

謝海林（1981-），男，江西興國(guó)人，工程師，從事市政給排水設(shè)計(jì)工作。