高速公路橋面徑流智能應(yīng)急處置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

孟利強(qiáng)

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

近年來高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，不可避免地加劇了影響范圍內(nèi)水環(huán)境的污染，危化品在運(yùn)輸過程中泄漏引起的水環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻[1-3]。我國環(huán)保部門制定的一系列公路水環(huán)境預(yù)防處置政策中明確規(guī)定：公路建設(shè)應(yīng)特別重視飲用水源的保護(hù)，對(duì)于國內(nèi)有關(guān)自然保護(hù)區(qū)、水環(huán)境敏感區(qū)域及跨越河流的橋梁橋面徑流應(yīng)有合理的保護(hù)措施，避免水資源污染。高速公路在通車運(yùn)營階段，運(yùn)輸危化品的車輛可能會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)品泄漏事故，雨水、雪水沖刷路面形成徑流，攜帶了大量的有害污染物質(zhì)，如果預(yù)防措施不到位，污染物隨著徑流進(jìn)入到河流、水源保護(hù)地等敏感水體中，將會(huì)嚴(yán)重影響周圍居民用水安全。

為有效預(yù)防危化品泄漏事故可能造成的嚴(yán)重污染，需對(duì)在水源敏感地周圍的橋梁合理設(shè)置應(yīng)急處置系統(tǒng)[4-5]，以保障飲用水源的安全性。本文基于現(xiàn)有橋面徑流應(yīng)急處理存在的問題和有關(guān)環(huán)保要求，從泄漏事故及時(shí)監(jiān)測(cè)和危化品徑流有效儲(chǔ)存處置兩方面入手，對(duì)橋面徑流應(yīng)急處置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 橋面徑流應(yīng)急處置系統(tǒng)存在的問題

目前橋面徑流設(shè)計(jì)主要考慮的是及時(shí)排水，以保證行車安全，對(duì)危化品泄漏的應(yīng)急事故缺乏針對(duì)性設(shè)計(jì)，橋面徑流應(yīng)急處置系統(tǒng)存在的主要問題如下：

a）現(xiàn)有應(yīng)急處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)尚無相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)不合理、不規(guī)范，設(shè)施簡(jiǎn)單，大多數(shù)是經(jīng)橋梁兩側(cè)的縱向排水管引至收集池中，有些甚至直接從縱向排水管排入水體環(huán)境中，不能有效應(yīng)對(duì)危化品泄漏事故，無法滿足使用需求。

b）高速公路地理位置偏僻，而危化品泄漏發(fā)生的隨機(jī)性和突發(fā)性強(qiáng)，徑流處置系統(tǒng)無法設(shè)置專人值守，監(jiān)管不能及時(shí)到位，應(yīng)急處置存在滯后性。而且現(xiàn)有設(shè)施缺乏遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警功能，無法對(duì)橋面徑流水中污染物指標(biāo)及時(shí)主動(dòng)監(jiān)測(cè)，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏應(yīng)急事件，無法對(duì)應(yīng)急事故處理及時(shí)作出響應(yīng)。

c）無法對(duì)事故處理池是否有足夠的應(yīng)急納蓄能力及時(shí)作出判斷。集水池未設(shè)置有效的液位控制和自動(dòng)排空系統(tǒng)，池內(nèi)液體主要以蒸發(fā)的方式減少，大部分液體仍留在池中，降低集水池的有效利用率。尤其是在夏季多雨時(shí)節(jié)，一旦發(fā)生危化品泄漏，池內(nèi)無法有效收集有毒有害物質(zhì)，將產(chǎn)生不可估量的后果。

d）現(xiàn)有設(shè)施危化品橋面徑流和正常狀況下的橋面徑流共用一個(gè)池子，沒有做到“分而治之”。當(dāng)危化品徑流水量較大時(shí)，需對(duì)整池水外運(yùn)后進(jìn)行處理，處理量大。在后端設(shè)有人工濕地和土地凈化處理設(shè)施的地方，會(huì)受到嚴(yán)重污染，產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。

綜上所述，現(xiàn)有橋面徑流應(yīng)急處置系統(tǒng)無法有效解決危化品泄漏事故，潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增大，這對(duì)保證危化品橋面徑流應(yīng)急處置的及時(shí)性、有效性和保護(hù)周圍水資源的安全性提出了更高的要求。基于水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范的橋面徑流智能應(yīng)急處置系統(tǒng)由橋面徑流應(yīng)急儲(chǔ)存處置系統(tǒng)、橋面徑流智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)兩大部分組成，如圖1。其中智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)利用遠(yuǎn)程監(jiān)控中心將危化品泄漏監(jiān)控系統(tǒng)、氣象監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)電控系統(tǒng)發(fā)來的指令進(jìn)行識(shí)別、判斷和控制。

圖1 橋面徑流智能應(yīng)急處置系統(tǒng)組成示意

2 橋面徑流應(yīng)急儲(chǔ)存處置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

應(yīng)急儲(chǔ)存處置系統(tǒng)基于正常徑流和事故徑流分流而治的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，將兩種不同情況下的處置措施置于同一系統(tǒng)內(nèi)部，由調(diào)節(jié)池、隔油沉淀池、應(yīng)急處理池和配套的閥門、管件等組成，同時(shí)各個(gè)池內(nèi)均設(shè)置液位計(jì)，通過現(xiàn)場(chǎng)電控柜與監(jiān)控中心聯(lián)動(dòng)控制，協(xié)調(diào)各池內(nèi)水量，其工藝流程見圖2。

圖2 橋面徑流應(yīng)急儲(chǔ)存處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝流程

橋面徑流經(jīng)縱向收集管匯集至調(diào)節(jié)池內(nèi)，徑流水中不含危化品時(shí)，正常徑流閥門在監(jiān)控中心指揮下開啟，進(jìn)入到隔油沉淀池中。初期雨水發(fā)生在形成徑流后的30 min，這段時(shí)期內(nèi)徑流水中油類物質(zhì)、SS（懸浮固體）、COD（化學(xué)需氧量）等污染物濃度高，隨著降雨歷時(shí)的增長，污染物含量逐漸降低，達(dá)到可直接排放的要求，故此時(shí)通過遠(yuǎn)程控制功能關(guān)閉正常徑流閥門，打開調(diào)節(jié)池的排水閥直接排放調(diào)節(jié)池內(nèi)的雨水。由于高速公路的主要功能為運(yùn)輸，徑流水質(zhì)中的油類化合物和固體物質(zhì)含量高，本系統(tǒng)應(yīng)用集除油和去除固體物質(zhì)功能于一體的隔油沉淀池，油類易漂浮在水面上，降水經(jīng)導(dǎo)流墻進(jìn)入主處置區(qū)后，在隔油沉淀池內(nèi)流經(jīng)兩道隔墻后，被隔離在兩道隔墻之間的液體表面，達(dá)到除油目的，固體物質(zhì)在自身重力作用下沉淀于池底，最終實(shí)現(xiàn)“上浮下沉”的目的，有效去除初期雨水中的污染物質(zhì)。對(duì)于車流量大和重型車輛占比大的橋梁，可根據(jù)實(shí)際需求情況在現(xiàn)有徑流處置系統(tǒng)后增設(shè)人工濕地、濾池等后續(xù)處理單元。

當(dāng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)檢測(cè)到危化品進(jìn)入系統(tǒng)中時(shí)，開啟事故閥門，徑流水進(jìn)入到應(yīng)急處理池中，液位計(jì)實(shí)時(shí)傳輸液位信息，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定報(bào)警值時(shí)，在條件允許情況下對(duì)池內(nèi)過量的徑流水進(jìn)行抽取；若無法進(jìn)行抽取，由監(jiān)控中心人員遠(yuǎn)程控制，關(guān)閉應(yīng)急閥門，開啟正常徑流閥門，臨時(shí)啟用沉淀池作為應(yīng)急儲(chǔ)存池，充分保證在氣候條件惡劣的條件下橋梁周圍水環(huán)境的安全性。對(duì)于路段周邊環(huán)保要求高的水體環(huán)境，且危化品泄漏發(fā)生概率大的高速公路，根據(jù)實(shí)際情況儲(chǔ)備相關(guān)應(yīng)急事故處理藥劑，以應(yīng)對(duì)可能會(huì)發(fā)生的危化品泄漏事故。同時(shí)應(yīng)急處理池也可作為路面危化品泄漏后，直接在路面上用流水沖刷的臨時(shí)危化品收集池。

3 橋面徑流智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 危化品泄漏監(jiān)控系統(tǒng)

橋面監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)輸危化品的車輛在橋上的運(yùn)輸過程，根據(jù)橋梁長度確定攝像頭布設(shè)位置和數(shù)量，通常會(huì)在橋頭和橋尾各布設(shè)1個(gè)，以保證監(jiān)控范圍覆蓋橋梁全部范圍，攝像頭收集到的異常視頻信號(hào)通過通訊線路傳輸至監(jiān)控中心[6-7]。同時(shí)，根據(jù)高速公路設(shè)施布置要求，在橋梁上適宜位置布設(shè)報(bào)警電話，一旦有現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)危化品泄露，及時(shí)向監(jiān)控中心上報(bào)。經(jīng)監(jiān)控中心專人對(duì)異常視頻信號(hào)和報(bào)警電話確認(rèn)后，首先與相關(guān)事故處理部門取得聯(lián)系，以在形成橋面徑流將危化品帶入儲(chǔ)存系統(tǒng)前對(duì)危化品進(jìn)行處理，同時(shí)監(jiān)控中心人員做好氣象監(jiān)控系統(tǒng)反饋回降雨信息的應(yīng)急操作準(zhǔn)備。

3.2 氣象監(jiān)控系統(tǒng)

氣象監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)橋梁周邊的天氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，選取濕度、雨量、能見度和溫度等氣象參數(shù)，向監(jiān)控中心傳輸氣象參數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)分析后判定該路段不良?xì)庀螅ㄖ饕獮橛辍⒀?huì)對(duì)路面沖刷產(chǎn)生徑流的氣象）發(fā)生的概率[8]，預(yù)警提醒監(jiān)控中心工作人員加強(qiáng)該路段的即時(shí)監(jiān)測(cè)，減少泄漏事件發(fā)生后的確認(rèn)時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間，極大地降低危化品污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)概率。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)電控系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)電控系統(tǒng)作為信息遠(yuǎn)傳和現(xiàn)場(chǎng)指令執(zhí)行的操作體系，主要完成兩方面的任務(wù)：a）危化品泄漏后，相關(guān)處理部門前期在路面上處理不徹底或未進(jìn)行處理時(shí)，水質(zhì)指標(biāo)分析便很有必要。經(jīng)集水井內(nèi)的徑流水水質(zhì)在線檢測(cè)分析后，檢測(cè)結(jié)果通過電控系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對(duì)水質(zhì)指標(biāo)和設(shè)定的閾值比較分析，作出徑流中是否含有危化品的判斷和相應(yīng)收集池閥門控制響應(yīng)。b）電控系統(tǒng)對(duì)隔油調(diào)節(jié)池、沉淀池和應(yīng)急處理池3個(gè)池子的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保各個(gè)處理池保持安全水位，并及時(shí)作出對(duì)不同處理池的液位調(diào)整的判斷。

3.4 橋面徑流智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行

監(jiān)控中心是對(duì)監(jiān)測(cè)到的信息及時(shí)分析并做出操控的綜合控制中心，對(duì)危險(xiǎn)品泄漏事故及時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)、根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件和污染物指標(biāo)檢測(cè)情況及時(shí)下達(dá)正常徑流閥門和應(yīng)急閥門切換指令以及液位控制指令。監(jiān)控中心和上述3個(gè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的流程圖見圖3。

圖3 橋面徑流智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行流程

4 結(jié)論

為有效規(guī)避水體環(huán)境受橋面徑流的污染風(fēng)險(xiǎn)，本文對(duì)橋面徑流應(yīng)急處置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出橋面徑流智能應(yīng)急處置系統(tǒng)，以及時(shí)準(zhǔn)確地辨認(rèn)應(yīng)急事故，采取高效解決措施。

a）提出一種集“監(jiān)測(cè)+智能控制+處置”功能于一體的高速公路橋面徑流智能應(yīng)急處置系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合考慮橋面危化品泄漏后清理不徹底或不及時(shí)的影響因素，從危化品泄漏事故監(jiān)測(cè)和氣象預(yù)報(bào)的前端監(jiān)控，到徑流發(fā)生時(shí)的過程聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，全方位地對(duì)事故徑流監(jiān)控、處置，充分保障水源地的水質(zhì)安全。

b）橋面徑流應(yīng)急儲(chǔ)存處置系統(tǒng)將正常徑流處置設(shè)施和事故徑流應(yīng)急處置設(shè)施設(shè)置于同一系統(tǒng)內(nèi)部，既保證正常徑流時(shí)的橋面污染物質(zhì)的處理，又保證泄漏事故發(fā)生時(shí)徑流水的有效處置和儲(chǔ)存，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的不同處理池可作為不同條件下的擴(kuò)容池以應(yīng)對(duì)極端惡劣情況。