跨水源保護區橋梁應急排水系統設計要點

劉碧嫻

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引言

通常橋梁跨越水體時，一般設置橋面落水井收集橋面雨水后直接排入河涌。當運輸危險化工材料車輛在跨越水源保護地等敏感水體的橋梁上發生事故時，泄漏的危險品將通過橋面排水系統直接排入水體，將對城市水源造成嚴重污染。

2007年，國家環境保護總局印發了《關于加強公路規劃和建設環境影響評價工作的通知》（環發〔2007〕184號），規定公路建設設計路線應盡量避開飲用水水源保護區。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，為防范危險化學品運輸帶來的環境風險，應在橋梁上設計橋面徑流水收集系統，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，確保飲用水的安全。

隨著我國基礎交通設施建設的發展，橋梁跨越水源保護地的情形時有發生。從這一實際情況出發，橋梁應急排水的研究顯得尤為重要。橋梁應急排水系統主要包括監控報警系統、橋面徑流收集系統及應急儲存系統。

本文結合廣州空港大道跨越流溪河特大橋應急排水系統設計，闡述了橋梁應急排水系統的相關設計要點，旨在為橋梁應急排水系統的設計提供參考和借鑒。

1 工程概況

某特大橋位于廣州市白云區，跨越流溪河，長約1.92 km。流溪河屬于二級飲用水源保護區。應環境評價要求，為確保流溪河特大橋事故徑流不直接進入水體，該項目需在穿越流溪河飲用水源保護區路段（二級飲用水源保護區外）設置應急排水系統。受污染的路面徑流、消防用水、有毒液體等引入應急事故水池收集后處理。

2 橋面徑流收集系統

該工程跨流溪河特大橋沿橋方向設置橫向收集管將橋面的雨水管進行串聯。每座橋設四條收集管，以橋面高程最高點處為分界，南北向各兩條，同向的兩條收集管在跨過江面合并后排入應急事故水池或市政雨水管網，以閥門控制排水的去向。在降雨情況下，收集管中流動的是雨水，直接排入雨水管網；在橋面發生危險品泄漏時，收集管中流動的是泄露危險品及稀釋、沖洗事故現場的污水，排入應急事故水池臨時儲存后，用槽車運走進行后續處理。

應急排水系統徑流應分三種情況進行考慮：

（1）危險品泄漏時，危險品泄漏量及沖洗水量。

（2）無事故發生時的雨水徑流量。

（3）危險品泄漏與降雨同時發生的情況，此時應計算雨水徑流量、危險品泄漏量及沖洗水量（一般仍需消防車沖洗，快速清除橋面危險品）。

若考慮降雨與危險品泄漏同時發生且兩者共同持續一段時間的情況，將導致應急排水系統的規模大大增加，甚至對橋梁主體結構工程規模產生影響[1]。而危險品在橋梁上泄漏屬于小概率事件[2]，綜合考慮系統的功能性與經濟合理性，一般不考慮情況（3）。

為使污水收集管的管徑盡量小，但又能滿足大暴雨時橋面的雨水及時排出，橫向收集管的管徑應分別按情況（1）與情況（2）進行計算選取，并取其中的較大值。

情況（1）：危險品泄漏后，徑流量最大的時段發生在對現場泄露危險品進行稀釋和沖洗時。由于此時收集管中流動的是泄露危險品及稀釋、沖洗事故現場的污水，因此橫向收集管應按照污水管道進行計算。為保證污水能及時排走，污水收集管必須滿足最大瞬時流量要求。按橋面一輛危險品運輸車發生事故情況進行設計，設計取以兩輛中級消防車同時對現場進行清洗，每輛中級消防車的瞬時最大水量為30 L/s，則最大設計瞬時流量為60 L/s。根據表1數據，選擇流溪河特大橋污水收集管管徑為De315，其充滿度為0.55時，流速為2.51 m/s，流量為 110.25 L/s。

表1 污水收集管水力計算

情況（2）：降雨情況下，橫向收集管中流動的是雨水，直接排入雨水管網。此時橫向收集管應按照雨水管道進行計算。取橋面徑流系數為0.95，地面集水時間t1=5 min，設計重現期P=5 a，采用廣州中心城區單一重現期暴雨強度公式。經計算，流溪河特大橋單側雨水流量為232.01 L/s。在非壓力流滿流的情況下，管徑De315、坡度0.02的橫向收集管過流能力不足。因此流溪河特大橋的管徑應根據情況（2）即無事故發生時初期雨水徑流量確定，經計算其管徑為DN500。

3 應急儲存系統

應急儲存系統的主體為應急事故水池。應急事故水池多用于化工、石油化工、醫院、港口碼頭、印染、造紙、紡織、釀造等有廢水產生的企業，近些年逐漸應用于市政污水處理廠[3]及道橋排水[4]等工程。

3.1 應急事故水池的容積計算

由于缺乏統一的規范，目前國內對于應急事故水池的容積計算方法尚存在一定分歧。鄭連臣[5]等研究了重慶某高速公路服務區內以收集事故徑流為目的的應急池容積，計算得出該應急事故水池容積約45 m3，且仍有一定富余。曾志剛[6]研究了西固黃河大橋雨水集流系統，其結論顯示應急事故池容量不宜小于50 m3。孫金[7]等在設計丹江大橋應急池時，實際選用應急事故水池的規格為LBH=7 m×7 m×3 m。

從經濟效益與系統功能性考慮，應急事故水池的建設費用在整個特大橋工程中所占比例很小，因此在建設條件允許的情況下，事故應急水池容積可根據現場情況適當放大。目前國內運載危險品的運輸車裝載大小不一，常見的一般在30 m3以下[8]。該工程參考廣州及周邊地區應急池設計，以裝載量為30 m3的運輸車發生事故進行設計，沖洗量取危險物的20倍，則產生的污水量為600 m3（清遠市北江四橋應急池及廣州市南沙區明珠灣大橋應急池均采用此設計參數）。

3.2 應急排水系統工藝及應急事故水池平面布置

跨流溪河特大橋共設事故應急池兩座，分別位于大橋兩端，以圖1中1#應急事故水池為例。1#應急事故水池設置于梁橋南段綠化帶下，采用地下式。橫向收集管收集橋面徑流后，通過管道匯流，排入應急事故水池或雨水管網中。1#閥門為常閉閥門，2#閥門為常開閥門。一般降雨時，徑流收集系統收集橋面雨水，排市政雨水管網；危險品泄漏時，人工開啟1#閥門，并關閉2#閥門，徑流收集系統收集泄露危險品及稀釋、沖洗事故現場的沖洗水后，排入應急事故水池。在運輸槽車到達應急池后，手動開啟處理池內潛污泵，將池內污水抽至槽車運走處理。

圖1 1#應急事故水池平面布置圖（單位：m）

4 監控報警系統

該項目工程流溪河特大橋橫跨流溪河，一旦在橋面上發生污染事故（如危險品、有毒有害物品泄露，該類物品交通運輸事故等），如果未能及時妥善處理，就會嚴重污染流溪河水環境，給周邊人民群眾的生活造成極大威脅。因此建立污染事故響應和程序（見圖2），對在處理突發性環境污染事故中起指引作用，能有效減少因事故而造成的影響，事故后做出專題報告提交有關部門可作為制定有關防范措施的參考依據。

圖2 應急響應程序

5 結語

（1）徑流收集系統的管徑應當根據是否有危險品泄漏而采取不同的計算方式。當危險品泄漏時，收集管應當以污水系統進行計算，管道內的流態為重力非滿流。一般降雨時，收集管應當以雨水系統進行計算，管道內的流態為重力滿管流。最終計算管徑應當取兩者中的最大值。

（2）應急事故水池容積的算法目前尚未有明確統一的結論或規范，計算容積與工程中實際選取的尺寸也存在較大差異。從經濟效益與滿足系統功能性的角度考慮，由于應急事故水池本身的造價在橋梁工程中所占比例很小，因此在工程建設條件允許的情況下，可以適當放大應急池的容積。