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，提出根據清污分流的原則設置事故池，分格儲存初期雨水和事故時橋面徑流。

關鍵詞：高架橋;徑流污染;事故池

中圖分類號：X52 文獻標識碼：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展，道路建設不可避免地占用土地、擾動環境，部分道路建設還涉及環境敏感區域。為分流交通、提高交通容量、緩解交通擁堵等，我國開始大力建設高架道路。高架道路系統相對獨立、封閉，應急救援和緊急疏散較困難。當運輸危險化學品的車輛發生事故時，泄漏的危險化學品、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，也會造成水環境污染。當高架道路臨近自然保護區、風景名勝區、飲用水源保護區等環境敏感區時，為防范危險化學品運輸帶來的環境風險，在橋梁上設置橋面徑流水收集系統，并設置事故池和初期雨水調蓄池，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，交通系統較為獨立。高架橋的排水系統與地面道路的排水系統差別較大，高架橋的雨水系統設計重現期不低于同地區的地面道路。《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）規定，高架道路雨水管道宜設置單獨的收集管和出水口，立體交叉道路排水系統宜控制徑流污染[1]。

以重慶某沿山道路為例，其與現狀鐵路、道路相交時，采用高架橋跨越現狀道路。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危化品泄露污染對水庫的影響，需要收集、處理橋面徑流。

根據高水高排的原則，該高架橋排水系統與地面排水系統分開設置。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匯集，經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。《城鎮雨水調蓄工程技術規范》（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]。美國國家環保署的相關研究認為，初期雨水的典型水質如表1所示。

考慮到車輛攜帶的油類物質、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品的車輛，發生事故時的沖洗路面水還可能含危險化學品[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《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）的規定確定，雨水設計流量計算公式為式（1）。

式中：[Q]為雨水設計流量，L/s;[q]為設計暴雨強度，采用2017年重慶市沙坪壩區暴雨強度修訂公式計算，見式（2）;[Ψ]為綜合徑流系數，按照地塊性質分別取值，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]為管道內水流時間，本研究的[t]取2 min;[P]為重現期。該高架橋位于重慶市。重慶市地標《山地城市室外排水管渠設計標準》（DBJ50/T-229—2015）規定：重要的立體交叉道路排水系統宜采用20年。因此，該高架橋雨水系統設計暴雨重現期[P]為20年。

初期雨水調蓄量的確定可以通過式（3）計算獲得。

式中：[V]為初期雨水調蓄量，m3;[D]為單位面積調蓄深度，可取4～8 mm，該工程取6 mm;[F]為匯水面積，hm2;[Ψ]為徑流系數，取1;[β]為安全系數，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。因火災發生時消防滅火水量遠大于沖洗路面水量，故按最不利情況考慮，事故發生時橋面徑流量取火災發生時產生的橋面徑流量，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定》（交通運輸部令2013年第2號）規定：“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，運輸劇毒化學品的罐式專用車輛的罐體容積不得超過10 m3。”因此，考慮發生物料泄漏量為20 m3。

因車輛發生事故往往引起火災，交通堵塞，車輛緩行。消防用水攜帶了大量油污等污染水體的物質，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技術規范》（GB 50974—2014）對市政消火栓的相關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。事故發生時，危化品及消防用水經橋面雨水系統收集。

發生事故時所需儲水容積計算公式為式（4）。

式中：[V事故徑流]表示發生事故時橋面徑流量，m3;[V1]表示1個最大容量的設備（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]表示發生火災爆炸或泄漏事故時的消防用水量，按一起火災連續時間2 h考慮，消防用水量為108 m3。將相關數據代入式（4），得出事故發生時所需儲水容積為128 m3[4]。

3 事故池設計

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，而事故發生時橋面徑流污染嚴重。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]表示初期雨水調蓄量，m3;[V事故徑流]表示發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，在事故池前設置分流井。橋面水經過雨落管、消能池進入分流井，分流井內設置閘門分流排水。

高架橋面徑流中含油物質含量較高，在事故池內設置隔油設施。

事故池設置兩根通氣管，分別位于事故儲水池和初雨調蓄池內，保證池內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

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

4 結語

當高架道路臨近自然保護區、風景名勝區、飲用水源保護區等環境敏感區時，高架橋面雨水徑流、消防用水等排水直接排放將造成水環境污染、影響用水安全。因此，需要對高架橋面徑流進行收集、處理，但目前對高架橋面的徑流污染控制無相關設計規范。本文通過對高架橋的橋面徑流來源、污染成分進行分析，對橋面徑流進行分類計算，根據清污分流的原則設置事故池分格儲存初期雨水和發生事故時的橋面徑流。

參考文獻：

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

[2]上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司.城鎮雨水調蓄工程技術規范：GB 51174—2017[S].北京：中國計劃出版社，2017.

[3]陳偉偉，張會敏，張建斌，等.城區路面徑流水質特征與初期徑流量研究[J].水利與建筑工程學報，2013（5）：123-125.

[4]馬卓犖，孫浩，肖許沐，等.飲用水水源地交通事故水污染防治應急系統設計探討[J].廣東化工，2015（18）：128-129.

[5]王革來.橋梁排水事故收集池設計研究[J].低碳世界，2016（9）：215-216.

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