高架道路初雨徑流污染及事故水污染控制方式探討

劉穎霞

摘 要：以重慶市某高架道路為例，分析了高架橋的橋面徑流來源、污染成分，并介紹了初期雨水徑流量、事故時橋面徑流量、事故池容量的計算方法，提出根據(jù)清污分流的原則設(shè)置事故池，分格儲存初期雨水和事故時橋面徑流。

關(guān)鍵詞：高架橋;徑流污染;事故池

中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0143-03

Abstract： Taking a viaduct in Chongqing as an example， this paper analyzed the source of deck runoff and pollution components of the viaduct， and introduced the calculation methods of initial rainwater runoff， deck runoff in case of accident and accident pool capacity. At the same time， it was proposed to set up an accident pool according to the principle of separation of clean water and sewage to store the initial rainwater and bridge deck runoff in case of accident.

Keywords： viaduct;runoff pollution;accident pool

近年來，我國道路交通快速發(fā)展，道路建設(shè)不可避免地占用土地、擾動環(huán)境，部分道路建設(shè)還涉及環(huán)境敏感區(qū)域。為分流交通、提高交通容量、緩解交通擁堵等，我國開始大力建設(shè)高架道路。高架道路系統(tǒng)相對獨立、封閉，應(yīng)急救援和緊急疏散較困難。當(dāng)運輸危險化學(xué)品的車輛發(fā)生事故時，泄漏的危險化學(xué)品、消防冷卻用水、泡沫及其他滅火劑隨橋面徑流排走，造成水環(huán)境污染。此外，初期雨水淋洗大氣和沖刷橋面會攜帶大量污染物排入水體，也會造成水環(huán)境污染。當(dāng)高架道路臨近自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、飲用水源保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)時，為防范危險化學(xué)品運輸帶來的環(huán)境風(fēng)險，在橋梁上設(shè)置橋面徑流水收集系統(tǒng)，并設(shè)置事故池和初期雨水調(diào)蓄池，以儲存、處理受污染的橋面徑流。

1 橋面徑流污染的來源及污染分析

高架道路相對于地面道路而言，交通系統(tǒng)較為獨立。高架橋的排水系統(tǒng)與地面道路的排水系統(tǒng)差別較大，高架橋的雨水系統(tǒng)設(shè)計重現(xiàn)期不低于同地區(qū)的地面道路?！妒彝馀潘O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）規(guī)定，高架道路雨水管道宜設(shè)置單獨的收集管和出水口，立體交叉道路排水系統(tǒng)宜控制徑流污染[1]。

以重慶某沿山道路為例，其與現(xiàn)狀鐵路、道路相交時，采用高架橋跨越現(xiàn)狀道路。高架橋下除鐵路、道路外，主要為山地，地勢崎嶇不平，有多道沖溝匯入下游一級飲用水源地。該高架橋段距離一級飲用水源地約200 m，橋下的自然沖溝匯入水源地。若不對橋面徑流予以收集處理，橋面污染物就會排入水源地造成水質(zhì)污染，影響用水安全。為減小立交橋運行期間初期雨水徑流污染及?；沸孤段廴緦λ畮斓挠绊懀枰占?、處理橋面徑流。

根據(jù)高水高排的原則，該高架橋排水系統(tǒng)與地面排水系統(tǒng)分開設(shè)置。在高架橋的橋墩處布置豎向雨水立管，橋面徑流隨橋面橫坡向一側(cè)匯集，經(jīng)收水孔匯集至雨水立管。橋面徑流來源于降雨時的雨水徑流、發(fā)生事故時的沖洗路面水、滅火用的消防用水、事故泄漏的物料等。雨水徑流攜帶的污染物包含泥沙、粉塵、油類以及汽車尾氣中的重金屬污染物等?！冻擎?zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51174—2017）提出，一般控制降雨量6～8 mm可控制60%～80%的污染量[2]。美國國家環(huán)保署的相關(guān)研究認(rèn)為，初期雨水的典型水質(zhì)如表1所示。

考慮到車輛攜帶的油類物質(zhì)、尾氣污染、運輸過程中的物料泄漏等因素，路面徑流污染成分更復(fù)雜，路面的初期雨水徑流中還包括陰離子表面活性劑、石油類、重金屬等。由于該道路可通行運輸危險化學(xué)品的車輛，發(fā)生事故時的沖洗路面水還可能含危險化學(xué)品[3]。

2 橋面徑流水量

2.1 雨水徑流量

橋面的雨水徑流量根據(jù)《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021）的規(guī)定確定，雨水設(shè)計流量計算公式為式（1）。

式中：[Q]為雨水設(shè)計流量，L/s;[q]為設(shè)計暴雨強度，采用2017年重慶市沙坪壩區(qū)暴雨強度修訂公式計算，見式（2）;[Ψ]為綜合徑流系數(shù)，按照地塊性質(zhì)分別取值，路面取0.95;[F]為匯水面積，hm2。該高架橋包括4條匝道和2條主線，主線各有2處高點、3處低點;匝道各有一處高點，根據(jù)橋面縱坡分段計取匯水面積。

式中：[t]為降雨歷時，[t=t1+t2]，[t1]為地面集水時間，[t2]為管道內(nèi)水流時間，本研究的[t]取2 min;[P]為重現(xiàn)期。該高架橋位于重慶市。重慶市地標(biāo)《山地城市室外排水管渠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50/T-229—2015）規(guī)定：重要的立體交叉道路排水系統(tǒng)宜采用20年。因此，該高架橋雨水系統(tǒng)設(shè)計暴雨重現(xiàn)期[P]為20年。

初期雨水調(diào)蓄量的確定可以通過式（3）計算獲得。

式中：[V]為初期雨水調(diào)蓄量，m3;[D]為單位面積調(diào)蓄深度，可取4～8 mm，該工程取6 mm;[F]為匯水面積，hm2;[Ψ]為徑流系數(shù)，取1;[β]為安全系數(shù)，取1.1。

2.2 事故時橋面徑流量

事故時橋面徑流量主要為物料泄漏量、沖洗路面水、消防事故水量等。因火災(zāi)發(fā)生時消防滅火水量遠(yuǎn)大于沖洗路面水量，故按最不利情況考慮，事故發(fā)生時橋面徑流量取火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的橋面徑流量，包括物料泄漏量和消防滅火用水量。

《道路危險貨物運輸管理規(guī)定》（交通運輸部令2013年第2號）規(guī)定：“運輸爆炸品、強腐蝕性危險貨物的罐式專用車輛的罐體容積不得超過20 m3，運輸劇毒化學(xué)品的罐式專用車輛的罐體容積不得超過10 m3?！币虼?，考慮發(fā)生物料泄漏量為20 m3。

因車輛發(fā)生事故往往引起火災(zāi)，交通堵塞，車輛緩行。消防用水?dāng)y帶了大量油污等污染水體的物質(zhì)，該工程事故池考慮將消防用水收集至事故池。參考《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974—2014）對市政消火栓的相關(guān)條文考慮消防用水量，按市政消火栓滅火考慮消防用水量為15 L/s。事故發(fā)生時，?；芳跋烙盟?jīng)橋面雨水系統(tǒng)收集。

發(fā)生事故時所需儲水容積計算公式為式（4）。

式中：[V事故徑流]表示發(fā)生事故時橋面徑流量，m3;[V1]表示1個最大容量的設(shè)備（裝置）或貯罐的物料儲存量，按危化品罐式專用車輛的罐體容積最大值20 m3;[V2]表示發(fā)生火災(zāi)爆炸或泄漏事故時的消防用水量，按一起火災(zāi)連續(xù)時間2 h考慮，消防用水量為108 m3。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（4），得出事故發(fā)生時所需儲水容積為128 m3[4]。

3 事故池設(shè)計

3.1 事故池池容

為減小立交橋運行期間初期雨水徑流污染及危化品泄露污染對水庫的影響，收集橋面徑流后排入事故池。初期雨水徑流污染較小，而事故發(fā)生時橋面徑流污染嚴(yán)重。按照清污分流的原則，初期雨水徑流與事故時橋面徑流分開儲存、處理。立交橋下事故池要定期清理。最不利情況是降雨后收集的初期雨水暫未處理，若此時發(fā)生事故，事故池需要有空間來儲存事故時橋面徑流，即事故池池容需要同時滿足儲存初期雨水徑流與事故時橋面徑流。事故池池容計算采用式（5）。

式中：[V]表示初期雨水調(diào)蓄量，m3;[V事故徑流]表示發(fā)生事故時橋面徑流量，m3。

3.2 事故池池型

綜合考慮景觀、土地利用率、安全等因素，事故池設(shè)置為地下封閉式。為保證橋面初期雨水及事故時廢水分開儲存，在事故池前設(shè)置分流井。橋面水經(jīng)過雨落管、消能池進(jìn)入分流井，分流井內(nèi)設(shè)置閘門分流排水。

高架橋面徑流中含油物質(zhì)含量較高，在事故池內(nèi)設(shè)置隔油設(shè)施。

事故池設(shè)置兩根通氣管，分別位于事故儲水池和初雨調(diào)蓄池內(nèi)，保證池內(nèi)氣壓平衡并有利于有毒有害氣體的排放。通氣管上固定安裝氣體報警檢測儀，以檢測甲烷、硫化氫氣體的含量。

事故池池型布置如圖1和圖2所示[5]。

3.3 事故池工況分析

初雨調(diào)蓄池進(jìn)水口設(shè)置閘門①，閘門①常開;事故儲水池進(jìn)水口設(shè)置閘門②，閘門②常閉。降雨時，初期雨水首先進(jìn)入分流井，再進(jìn)入初雨調(diào)蓄池，待初雨調(diào)蓄池滿后，雨水通過溢流堰、經(jīng)溢流管排放后散排至自然山體。事故發(fā)生時，維護(hù)人員先將閘門①關(guān)閉，并開啟閘門②。初期雨水進(jìn)入初雨調(diào)蓄池，事故期間產(chǎn)生的廢水進(jìn)入事故儲水池。初期雨水由維護(hù)人員視水質(zhì)情況抽排至山體或外運處理，事故發(fā)生時池內(nèi)所有固液應(yīng)通過抽排運往污水廠處理。當(dāng)初雨調(diào)蓄池水質(zhì)污染較輕，雨停后維護(hù)人員將潛水泵投入泵坑或通過吸污車將初雨調(diào)蓄池中水抽排至附近山體;水質(zhì)污染較重的初雨同事故儲水池的水一同外運處理，維護(hù)人員將潛水泵投入泵坑或通過吸污車將事故池抽空，若事故池污染較嚴(yán)重，需要用清水將池底油泥抽排（清掏）干凈。

4 結(jié)語

當(dāng)高架道路臨近自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、飲用水源保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)時，高架橋面雨水徑流、消防用水等排水直接排放將造成水環(huán)境污染、影響用水安全。因此，需要對高架橋面徑流進(jìn)行收集、處理，但目前對高架橋面的徑流污染控制無相關(guān)設(shè)計規(guī)范。本文通過對高架橋的橋面徑流來源、污染成分進(jìn)行分析，對橋面徑流進(jìn)行分類計算，根據(jù)清污分流的原則設(shè)置事故池分格儲存初期雨水和發(fā)生事故時的橋面徑流。

參考文獻(xiàn)：

[1]上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司.室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：GB 50014—2021[S].北京：中國計劃出版社，2021.

[2]上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司.城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范：GB 51174—2017[S].北京：中國計劃出版社，2017.

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