跨水源保護區路面徑流處理系統
——沉淀池容積設計探討

謝海林

（上海市同宜滬工程設計咨詢有限公司，上海市200433）

跨水源保護區路面徑流處理系統
——沉淀池容積設計探討

謝海林

（上海市同宜滬工程設計咨詢有限公司，上海市200433）

對跨越水源保護區的道路路面徑流處理系統中的常用構筑物——沉淀池容積設計進行了總結，并通過實例對沉淀池容積設計方法和參數選用提出了自己的見解，可為今后類似設計提供參考。

路面徑流；沉淀池設計；跨水源保護區

1　跨水源保護區道路對水環境的影響

隨著我國城鎮化的快速推進，公路以及城市道路建設近年來也得到迅猛發展。當公路、城市道路不可避免地途經或跨越水源保護區時，其建設及運營對水源保護區的影響及保護問題受到社會各界越來越廣泛的關注。其影響一方面是各類化學危險品運輸車輛在水源保護區路段一旦發生事故導致危險品直接泄入水體，對水環境將產生極大的危害，甚至破環水生生態環境。其另一方面的影響則是雨季時其路面徑流對水環境的影響。據資料顯示，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，其主要來源于車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、汽車廢氣排放、車輛滴漏的燃油或潤滑油等。

北京市曾對部分道路路面徑流雨水污染情況進行實測，結果見表1。其結果表明，初期雨水COD非常高，部分道路初期雨水COD高達2 000 mg/L［1］。而根據《地表水環境質量標準》要求，集中式生活飲用水地表水源地二級保護區須執行《地表水環境質量標準》Ⅲ級標準，而初期雨水路面徑流主要污染物水質指標均嚴重超標。

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相關要求

交通部于2007年聯合頒布的184號文件《關于加強公路規劃和建設環境影響評價工作的通知》中第七條做出以下規定：“公路建設應特別重視對飲用水水源地的保護，路線設計時，應盡量繞避飲用水水源保護區。為防范危險化學品運輸帶來的環境風險，對跨越飲用水水源二級保護區、準保護區和二類以上水體的橋梁，在確定安全和技術可行的前提下，應在橋梁上設置橋面徑流收集系統，并在橋梁兩側設置沉淀池，對發生污染事故后的橋面徑流進行處理，確保飲用水安全”。

《公路排水設計規范》（JTG/T D33-2012）第8.6.1條規定：“水環境敏感路段的排水設計，應突出保護水體的要求，避免由于排水不當導致水體的污染”；另第8.6.5條規定：“水環境強敏感路段，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施”。

而近年來，一般涉及水源保護區的公路以及城市道路建設項目，其環境評價報告及批復中均會有設置沉淀池的相關要求。但截至目前，此沉淀池的具體設計標準尚無相關規定，各排水設計規范亦無針對性的要求。

3　現行沉淀池設計方法比較

由于各規范及設計手冊對跨水源保護區道路路面徑流收集處理系統構筑物的設計尚無針對性的要求，目前，各項目設計尚未形成權威性的標準，其處理構筑物不但名稱不一（有沉淀池、蓄毒沉淀池、蓄毒沉砂池、事故緩沖池、應急池、蓄毒池、事故徑流集水池等）、且設計標準各異，現分析如下。

3.1以控制初期雨水徑流污染為設計重點

該設計方法以應對跨水源保護區路段初期雨水徑流污染為主要目標，在跨越水源保護區范圍內的道路或橋梁布置橋面徑流收集系統，將雨水進行全面截留，使其完全不排入受保護水體。其一般做法是按特定設計暴雨重現期將降雨初期一定時段內的雨水進行截留沉淀處理，而超過這一特定時段的雨水由于其水質已較清潔則進行溢流。其在進行初期雨水污染處理的同時，兼顧化學危險品運輸事故時的應急蓄水功能。此類處理構筑物名稱主要有沉淀池、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）進行計算：

式中：V為沉淀池有效容積，m3；Q為雨水設計流量，L/s；t為降雨歷時，min；ψ為綜合徑流系數其主要影響因素則是地面覆蓋種類的透水性，道路一般取0.9～0.95；q為設計暴雨強度，L/s.hm2；F為匯水面積，hm2；P為設計暴雨重現期，a；A1、C、b、n為統計參數，根據每個地區降雨情況經統計方法計算確定。

此計算方法中，匯水面積F以及綜合徑流系數ψ均隨項目本身自然確定。而降雨歷時t以及設計暴雨重現期P的選取卻存在著較大的隨意性，表2為部分項目的設計參數匯總。

表2　部分跨水源保護區道路項目沉淀池設計參數選用表

根據表2，此設計方法降雨歷時t一般以20～30 min為主，設計暴雨重現期的選取則以1～2 a為主，但其參數選取均缺少理論或實際支撐依據。

3.2以應對化學危險品運輸泄露事故污染為設計重點

該設計方法主要以應對跨水源保護區道路或橋梁在發生化學危險品運輸泄露事故時的應急功能。其主要功能為收集液態危險化學品，以及其沖洗水。其名稱主要有應急池、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運油品的槽罐車和化工液體運輸車的容積確定。據統計，此類容積一般在2～50 m3之間，較常見的一般均小于30 m3。工程設計時一般均按極限值考慮［5］。

此設計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，對初期雨水徑流污染控制能力較弱。

4　蕪湖某項目沉淀池設計

蕪湖某大橋項目橫跨長江，長江為楊家門水廠飲用水源二級保護區，水質目標為Ⅱ類。工程距離下游楊家門水廠取水口最近距離約2.3 km，距離上游健康路水廠取水口1.9 km。該項目為特大工程，嚴禁危險品運輸車輛從橋上通行。根據該項目環評報告的要求，為控制初期雨水徑流污染對此水源二級保護區的影響，大橋全線雨水不得直排長江，須設橋面徑流收集系統，并在大橋兩端各設置一座沉淀池以處理初期徑流。同時須設立應急預案以及各種措施，嚴禁危險品運輸車輛從橋上通行。

此工程沉淀池功能為分流制排水系統徑流污染控制，考慮到現行沉淀池容積設計方法均缺乏有力的理論或實際效果支持，本項目有效容積按《室外排水設計規范》（GB50014-2006） （2014年版）第4.14.4A條雨水調蓄池容積計算，具體公式為：

式中：V為沉淀池有效容積（m3）；D為調蓄量（mm），按降雨量計，本次設計取6 mm；F為匯水面積（hm2），本項目單座沉淀池應收集初期雨水的橋梁長度為924 m、橋梁斷面寬度為32 m；ψ為徑流系數，本項目取0.9；β為安全系數，本次設計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×寬×高=10 m×9 m×2 m。具體見圖1。

此計算方法中，沉淀池容積確定應綜合考慮當地降雨特征、受納水體的環境容量、初期雨水水質水量特征等因素。其關鍵參數為調蓄量D的選取，國外有研究認為，1 h雨量達到12.7 mm的降雨能沖刷掉90%以上的地表污染物；同濟大學對上海芙蓉江、水城路等地區的雨水地面徑流研究表明，在降雨量達到10 mm時，徑流水質已基本穩定；國內還有研究認為一般控制在6～8 mm可控制60%～80%的污染量。因此，結合我國實際情況，調蓄量可取4～8 mm［6］，故本項目取6 mm是較為合理的。

圖1　沉淀池設計圖（單位：mm）

5　結論

跨水源保護區路面徑流處理系統中沉淀池有效容積的確定應按照環境評價的要求，綜合考慮初期雨水徑流污染控制以及化學危險品運輸泄露事故應急處理的要求。由于按照后者設計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行設計。

考慮到現行沉淀池容積設計方法均缺乏有力的理論或實際效果支持，且由于此沉淀池功能即為分流制排水系統徑流污染控制，故建議按照《室外排水設計規范》（GB50014-2006） （2014年版）第4.14.4A條雨水調蓄池容積計算沉淀池容積。此方法仍以降雨量為基礎，但可避免降雨歷時以及設計暴雨重現期選取的隨意性。當經濟條件允許時，建議取規范的高值或者高于規范的取值、以確保水源地安全。

［1］ 車伍，李俊奇.城市雨水利用技術與管理［M］.北京：中國建筑工業出版社，2006.

［2］ 張茂林，吳宇晟.宿新高速公路京杭運河特大橋橋面徑流收集處理系統設計［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處理系統及適宜性分析［J］.公路交通科技，2010（10）：483-487.

［4］ 區有成，張書堂.水源保護區內道路排水設計及相應的保護措施［J］.環境，2009（S1）：7-9.

［5］ 陳瑩，趙劍強.跨越敏感水域橋梁應急排水系統設計計算方法［J］.長安大學學報（自然科學版），2008（28）：81-85.

［6］ GB50014-2006，（2014年版）室外排水設計規范［S］.

環保投資需求望破10萬億大關

“十三五”期間，我國環保投資有望保持高速增長。其具體內容包括在2015年推動《大氣污染防治法》的修訂、“水十條”的出臺，《環保稅法》與土壤修復相關政策的制定。

根據測算，未來幾年環保投資需求大概在8萬億～10萬億元，這大大超過了“十一五”、“十二五”期間的全國環保投資?！笆晃濉薄ⅰ笆濉逼陂g的全國環保投資分別為2.2萬億元、4.1萬億元。

從政策層面看，2014年5月，國務院辦公廳印發《2014年-2015年節能減排低碳發展行動方案》，預計到2015年，節能環保產業總產值將達到4.5萬億元，成為國民經濟新的支柱產業。

從經濟驅動層面看，今后工作重心之一就是精心編制好環?！笆濉币巹潯＞o緊抓住改善環境質量這個核心，實施質量和總量雙管控，加強和完善環境監測體系建設，科學決策，系統治污，重點要攻克大氣、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，江西興國人，工程師，從事市政給排水設計工作。