跨河大橋橋面徑流收集和事故應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫淅豪

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510000）

0 引言

自2005年11月13日哈爾濱松花江發(fā)生重大水污染事件以后，國家出臺(tái)了“國家突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案”的通知[1]。各地方環(huán)境保護(hù)廳和環(huán)保局對(duì)橋梁排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求更加嚴(yán)格，基本否定了過去直排水體的設(shè)計(jì)思路，對(duì)現(xiàn)狀直排水體的橋梁排水系統(tǒng)也要求逐步改造，新建橋梁在跨越敏感水域時(shí)，會(huì)要求增設(shè)事故應(yīng)急池措施。

1 工程概況

上橫瀝大橋位于廣州市南沙區(qū)橫瀝分區(qū)，該橋梁采用雙向六車道，主線按城市主干路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車速為60 km/h；輔道按城市次干路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車速為為40 km/h，主橋長度380m，兩側(cè)引橋總長約364m，主橋斷面形式為3m人行道+12m車行道+0.5m防撞墻+2m凈距+0.5m防撞墻+12m車行道+3 m人行道，總寬為33 m，引橋斷面形式為0.5m防撞墻+12m車行道+0.5m防撞墻+2m凈距+0.5m防撞墻+12m車行道+0.5m防撞墻，總寬為28m。上橫瀝水道定級(jí)為內(nèi)河V I級(jí)航道，河道寬約350m，根據(jù)《廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》，其主要功能為工農(nóng)漁用水，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類。根據(jù)該項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告，需設(shè)置事故應(yīng)急池以收集初期雨水和事故徑流，避免直排水體。

2 橋面徑流應(yīng)急排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)

橋面徑流應(yīng)急排放系統(tǒng)原理見圖1。在正常情況下，橋面排水立管末端的2號(hào)三通調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)池，經(jīng)隔油沉淀池簡單處理后排放，1號(hào)三通調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)向市政雨水管；有危險(xiǎn)品泄露事故發(fā)生時(shí)，首先在允許應(yīng)急時(shí)間內(nèi)切換1號(hào)三通調(diào)節(jié)閥，隔油沉淀池出水排入事故應(yīng)急池，待事故處理完畢后，切換2號(hào)三通調(diào)節(jié)閥，橋面徑流直排市政雨水管，事故應(yīng)急池及隔油沉淀池內(nèi)污水由運(yùn)輸車運(yùn)至專門的處理部門處理。

圖1 橋面徑流應(yīng)急排放系統(tǒng)原理圖

3 橋面徑流收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

橋面徑流收集系統(tǒng)主要由泄水口、排水支管、縱向排水管等組成。其中泄水管口按5m間距布置，管徑D N100，管口為鑄鐵材料，設(shè)格網(wǎng)攔截大的路面垃圾?？v向排水管雙側(cè)布置，以橋梁最高點(diǎn)為排水分界點(diǎn)，共設(shè)四個(gè)獨(dú)立的收集系統(tǒng)，在橋臺(tái)處經(jīng)立管接入應(yīng)急系統(tǒng)。

橋面徑流量按照Q=ψqF公式計(jì)算，式中：Q為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；ψ為徑流系數(shù)，取0.9；F為匯水面積，h m2；q為暴雨強(qiáng)度，規(guī)范要求不小于10 a重現(xiàn)期[2]。

若橋面雨水不能有效、迅速地排除，就會(huì)形成水膜甚至積水，將使橋面抗滑性能變差，且濺起積水會(huì)影響駕駛員的視線，使安全行駛系數(shù)降低，也是雨天橋梁上多發(fā)交通事故的誘因之一[3]，故上橫瀝大橋雨水徑流的暴雨強(qiáng)度按廣州市20 a重現(xiàn)期分公式計(jì)算，地面集水時(shí)間按5min取值[4]。

根據(jù)橋幅寬度及收水范圍，計(jì)算求得橋梁縱向排水管管徑為D N400，材質(zhì)采用304不銹鋼管，坡度與橋面縱坡一致，為0.007 4～0.04。

4 事故應(yīng)急池設(shè)計(jì)

上橫瀝大橋橋下綠化帶空間充足，事故應(yīng)急池可布置在橋下綠化帶，但需注意其凈空，以方便維護(hù)。事故應(yīng)急池設(shè)計(jì)按同時(shí)段內(nèi)僅發(fā)生一起危險(xiǎn)品泄露事件考慮，左右兩幅橋梁可以共用同一個(gè)事故應(yīng)急池，調(diào)節(jié)池和隔油沉淀池在事故應(yīng)急池兩側(cè)獨(dú)立設(shè)置。

調(diào)節(jié)池主要起緩沖作用，可根據(jù)場地適當(dāng)確定即可[5]。上橫瀝大橋調(diào)節(jié)池按長度2m，寬度與隔油沉淀池同寬設(shè)計(jì)，有效容積為24 m3，出水端采用花墻砌筑，從而使流量均勻地分布在進(jìn)水截面上，減小對(duì)沉淀池的擾動(dòng)。

隔油沉淀池有效容積參照公式V=tQmax×60[6]計(jì)算，式中：t為污水在池中停留時(shí)間(min)，不應(yīng)小于10min[7]，上橫瀝大橋隔油沉淀池計(jì)算按10min取值，Qmax可按暴雨強(qiáng)度為20 a重現(xiàn)期時(shí)單側(cè)半幅橋梁范圍內(nèi)徑流量Q=ψqF計(jì)算取值，綜合考慮收水管長度及地面集水時(shí)間，q中的參數(shù)管內(nèi)流行時(shí)間t取8 min，計(jì)算求得隔油沉淀池有效容積約217m3。若考慮暴雨強(qiáng)度隨降雨歷時(shí)逐漸減小，筆者認(rèn)為其容積計(jì)算按公式更為合理，其中時(shí)間區(qū)間8～18指受污染水在隔油沉淀池內(nèi)的水力停留時(shí)間段，按此計(jì)算，隔油沉淀池有效容積約184m3，與第一種計(jì)算結(jié)果相差不大，簡單起見，隔油沉淀池有效容積可按前公式計(jì)算，上橫瀝大橋的隔油沉淀池有效容積根據(jù)場地條件最終設(shè)計(jì)為222m3，長×寬×高=18.46m×6m×2m。

隔油沉淀池在有泄露事故發(fā)生時(shí)，其容積影響應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，出水管處的1號(hào)三通調(diào)節(jié)閥應(yīng)在20min內(nèi)切換至應(yīng)急事故池，否則會(huì)有部分污水排入市政雨水管，若所需應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間更長，則隔油沉淀池容積應(yīng)根據(jù)計(jì)算相應(yīng)加大，此時(shí)采用積分法計(jì)算會(huì)更加經(jīng)濟(jì)合理。

事故應(yīng)急池有效容積計(jì)算無相關(guān)規(guī)范明確，但可借鑒《事故狀態(tài)下水體污染的預(yù)防與控制技術(shù)要求》（中國石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q S Y 1190—2013）和《水體污染防控緊急措施設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（中石化建標(biāo)[2006]43號(hào)）中事故儲(chǔ)存設(shè)施有效容積計(jì)算公式：

式中：（V1+V2-V3）max指對(duì)收集系統(tǒng)范圍內(nèi)不同罐組或裝置分別計(jì)算V1+V2-V3，取其中最大值；V1為收集系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)生事故的一個(gè)罐組或一套裝置的物料量；V2為發(fā)生事故的儲(chǔ)罐或裝置的消防水量，m3，V2=2Q消t消；Q消為發(fā)生事故的儲(chǔ)罐或裝置的同時(shí)使用的消防設(shè)施給水流量，m3/h；t消為消防設(shè)施對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)消防歷時(shí)，h；V2為發(fā)生事故時(shí)可以轉(zhuǎn)輸?shù)狡渌麅?chǔ)存或處理設(shè)施的物料量，m3；V4為發(fā)生事故時(shí)仍必須進(jìn)入該收集系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水量，m3；V5為發(fā)生事故時(shí)可能進(jìn)入該收集系統(tǒng)的降雨量，m3。

式中：q為降雨強(qiáng)度，mm；按平均日降雨量；q=qa/n，qa年平均降雨量，mm；n為年平均降雨日數(shù)；F為必須進(jìn)入事故廢水收集系統(tǒng)的雨水匯水面積，h m2。

對(duì)運(yùn)輸過程的化學(xué)品泄露事故所需應(yīng)急池容積公式可簡化為V總=（V1）max+V5，因考慮雨水的沖刷清洗作用，不另外考慮清洗路面的污水量。我國常見運(yùn)油罐車和化工液體運(yùn)輸車容器多在50m3以下[8]，（V1）max按 50m3計(jì)。

根據(jù)近20 a來廣州市歷史氣象資料統(tǒng)計(jì)，廣州市多年平均降雨量為1 876.5mm，平均年雨日（雨量大于 0.1mm）151 d，據(jù)此算得，V5=75m3，考慮到降雨的不均勻性，采用此公式計(jì)算的結(jié)果偏小。若采用20 a重現(xiàn)期的暴雨強(qiáng)度積分法計(jì)算，V5=ψF，其中40min指有毒、有害液體完全泄漏緩沖時(shí)間[9]，按此計(jì)算，V5約283m3，事故應(yīng)急池有效容積V總約為333 m3，上橫瀝大橋的事故應(yīng)急池有效容積根據(jù)場地條件最終設(shè)計(jì)為352m3，長×寬×高=20.7m×8.5m×2m。上橫瀝大橋的事故應(yīng)急池系統(tǒng)平面見圖2。

5 系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)

（1）隔油沉淀池在無事故發(fā)生時(shí)，起隔油、沉淀處理雨水徑流的作用，應(yīng)定期對(duì)池內(nèi)淤泥、油污、雜物等進(jìn)行清理并清洗池體。

（2）隔油沉淀池和事故應(yīng)急池內(nèi)廢水在泄露事故處理完畢后應(yīng)統(tǒng)一轉(zhuǎn)運(yùn)至專門的處理部門處理，并對(duì)池內(nèi)進(jìn)行清洗。

（3）事故應(yīng)急池應(yīng)設(shè)置液位計(jì)，當(dāng)池內(nèi)液體儲(chǔ)存高度到達(dá)距池頂50 cm時(shí)，能自動(dòng)反饋電子信號(hào)提醒管理人員確認(rèn)現(xiàn)場危險(xiǎn)品是否清洗完畢，若清洗完畢，則及時(shí)切換橋面排水立管處的三通調(diào)節(jié)閥，無污染徑流直排市政雨水管，否則需考慮污水轉(zhuǎn)運(yùn)措施，避免污水溢出池體。

圖2 事故應(yīng)急池系統(tǒng)平面圖（單位：mm）

（4）在每次泄露事故處理完畢后，應(yīng)確保1號(hào)、2號(hào)三通調(diào)節(jié)閥分別轉(zhuǎn)向市政雨水管和調(diào)節(jié)池進(jìn)水管。

（5）定期檢查橋面泄水管及集水管，確保泄水口無堵塞，集水管無破損、脫落[10]。

（6）為了更好地處理?；沸孤妒鹿?，可以在橋上設(shè)置攝像頭，一旦有?；沸孤妒鹿拾l(fā)生，可及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案[4]。

（7）池體上方及周邊應(yīng)設(shè)置柵欄，防止人畜跌落，確保安全[5]。

6 結(jié)語

隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的進(jìn)一步重視，類似事故應(yīng)急池的設(shè)置要求會(huì)逐漸普及，目前還沒有其相關(guān)設(shè)計(jì)的具體規(guī)范出臺(tái)，本文就事故應(yīng)急系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)池體的容積計(jì)算進(jìn)行了探討，希望能為類似跨越敏感流域的橋梁排水設(shè)計(jì)提供參考。