跨河大橋橋面徑流收集和事故應急系統(tǒng)設計

孫淅豪

（廣東省建筑設計研究院，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，國家出臺了“國家突發(fā)環(huán)境事件應急預案”的通知[1]。各地方環(huán)境保護廳和環(huán)保局對橋梁排水系統(tǒng)設計的要求更加嚴格，基本否定了過去直排水體的設計思路，對現(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，會要求增設事故應急池措施。

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準，設計車速為60 km/h；輔道按城市次干路標準，設計車速為為40 km/h，主橋長度380m，兩側引橋總長約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。上橫瀝水道定級為內河V I級航道，河道寬約350m，根據《廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》，其主要功能為工農漁用水，水質目標為Ⅲ類。根據該項目環(huán)評報告，需設置事故應急池以收集初期雨水和事故徑流，避免直排水體。

2 橋面徑流應急排放系統(tǒng)設計

橋面徑流應急排放系統(tǒng)原理見圖1。在正常情況下，橋面排水立管末端的2號三通調節(jié)閥轉向調節(jié)池，經隔油沉淀池簡單處理后排放，1號三通調節(jié)閥轉向市政雨水管；有危險品泄露事故發(fā)生時，首先在允許應急時間內切換1號三通調節(jié)閥，隔油沉淀池出水排入事故應急池，待事故處理完畢后，切換2號三通調節(jié)閥，橋面徑流直排市政雨水管，事故應急池及隔油沉淀池內污水由運輸車運至專門的處理部門處理。

圖1 橋面徑流應急排放系統(tǒng)原理圖

3 橋面徑流收集系統(tǒng)設計

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，設格網攔截大的路面垃圾。縱向排水管雙側布置，以橋梁最高點為排水分界點，共設四個獨立的收集系統(tǒng)，在橋臺處經立管接入應急系統(tǒng)。

橋面徑流量按照Q=ψqF公式計算，式中：Q為雨水設計流量，L/s；ψ為徑流系數，取0.9；F為匯水面積，h m2；q為暴雨強度，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，就會形成水膜甚至積水，將使橋面抗滑性能變差，且濺起積水會影響駕駛員的視線，使安全行駛系數降低，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度按廣州市20 a重現(xiàn)期分公式計算，地面集水時間按5min取值[4]。

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

4 事故應急池設計

上橫瀝大橋橋下綠化帶空間充足，事故應急池可布置在橋下綠化帶，但需注意其凈空，以方便維護。事故應急池設計按同時段內僅發(fā)生一起危險品泄露事件考慮，左右兩幅橋梁可以共用同一個事故應急池，調節(jié)池和隔油沉淀池在事故應急池兩側獨立設置。

調節(jié)池主要起緩沖作用，可根據場地適當確定即可[5]。上橫瀝大橋調節(jié)池按長度2m，寬度與隔油沉淀池同寬設計，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水截面上，減小對沉淀池的擾動。

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

隔油沉淀池在有泄露事故發(fā)生時，其容積影響應急響應時間，出水管處的1號三通調節(jié)閥應在20min內切換至應急事故池，否則會有部分污水排入市政雨水管，若所需應急響應時間更長，則隔油沉淀池容積應根據計算相應加大，此時采用積分法計算會更加經濟合理。

事故應急池有效容積計算無相關規(guī)范明確，但可借鑒《事故狀態(tài)下水體污染的預防與控制技術要求》（中國石油天然氣集團公司企業(yè)標準Q S Y 1190—2013）和《水體污染防控緊急措施設計導則》（中石化建標[2006]43號）中事故儲存設施有效容積計算公式：

式中：（V1+V2-V3）max指對收集系統(tǒng)范圍內不同罐組或裝置分別計算V1+V2-V3，取其中最大值；V1為收集系統(tǒng)范圍內發(fā)生事故的一個罐組或一套裝置的物料量；V2為發(fā)生事故的儲罐或裝置的消防水量，m3，V2=2Q消t消；Q消為發(fā)生事故的儲罐或裝置的同時使用的消防設施給水流量，m3/h；t消為消防設施對應的設計消防歷時，h；V2為發(fā)生事故時可以轉輸到其他儲存或處理設施的物料量，m3；V4為發(fā)生事故時仍必須進入該收集系統(tǒng)的生產廢水量，m3；V5為發(fā)生事故時可能進入該收集系統(tǒng)的降雨量，m3。

式中：q為降雨強度，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；F為必須進入事故廢水收集系統(tǒng)的雨水匯水面積，h m2。

對運輸過程的化學品泄露事故所需應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。我國常見運油罐車和化工液體運輸車容器多在50m3以下[8]，（V1）max按 50m3計。

根據近20 a來廣州市歷史氣象資料統(tǒng)計，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，據此算得，V5=75m3，考慮到降雨的不均勻性，采用此公式計算的結果偏小。若采用20 a重現(xiàn)期的暴雨強度積分法計算，V5=ψF，其中40min指有毒、有害液體完全泄漏緩沖時間[9]，按此計算，V5約283m3，事故應急池有效容積V總約為333 m3，上橫瀝大橋的事故應急池有效容積根據場地條件最終設計為352m3，長×寬×高=20.7m×8.5m×2m。上橫瀝大橋的事故應急池系統(tǒng)平面見圖2。

5 系統(tǒng)運行及維護

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

（2）隔油沉淀池和事故應急池內廢水在泄露事故處理完畢后應統(tǒng)一轉運至專門的處理部門處理，并對池內進行清洗。

（3）事故應急池應設置液位計，當池內液體儲存高度到達距池頂50 cm時，能自動反饋電子信號提醒管理人員確認現(xiàn)場危險品是否清洗完畢，若清洗完畢，則及時切換橋面排水立管處的三通調節(jié)閥，無污染徑流直排市政雨水管，否則需考慮污水轉運措施，避免污水溢出池體。

圖2 事故應急池系統(tǒng)平面圖（單位：mm）

（4）在每次泄露事故處理完畢后，應確保1號、2號三通調節(jié)閥分別轉向市政雨水管和調節(jié)池進水管。

（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）為了更好地處理危化品泄露事故，可以在橋上設置攝像頭，一旦有危化品泄露事故發(fā)生，可及時啟動應急預案[4]。

（7）池體上方及周邊應設置柵欄，防止人畜跌落，確保安全[5]。

6 結語

隨著國家對環(huán)境保護的進一步重視，類似事故應急池的設置要求會逐漸普及，目前還沒有其相關設計的具體規(guī)范出臺，本文就事故應急系統(tǒng)的設計及相關池體的容積計算進行了探討，希望能為類似跨越敏感流域的橋梁排水設計提供參考。