公路穿越飲用水水源保護區(qū)的防護措施

田 壽

(中交遠洲交通科技集團有限公司，河北 石家莊 050035)

0 引言

截至2019年底，我國公路總里程501.25萬km，高速公路里程14.96萬km，公路密度52.21 km/100(km)2[1]。隨著公路里程和路網(wǎng)密度的增加，公路建設和運營過程中對周邊環(huán)境的影響也逐漸顯現(xiàn)，對水源保護區(qū)水環(huán)境的影響也日益突出。為了保護和治理飲用水水源地環(huán)境、防范飲用水水源污染風險，保障飲用水安全，許多地方劃定了水源保護區(qū)。飲用水水源保護區(qū)分為一級保護區(qū)、二級保護區(qū)和準保護區(qū)，有些保護區(qū)范圍較大，可能是整個流域分水嶺范圍或整條河流[2]。公路建設過程中很難繞避，因此需要在建設和運營過程中采取一定的防護措施。

根據(jù)《中華人民共和國水污染防治法》(2017年6月27日修正)第六十五條，禁止在飲用水水源一級保護區(qū)內新建、改建、擴建與供水設施和保護水源無關的建設項目；第六十六條，禁止在飲用水水源二級保護區(qū)內新建、改建、擴建排放污染物的建設項目。因此在公路選線階段應避免穿越飲用水水源一級保護區(qū)，盡量繞避二級保護區(qū)，確需穿越的需采取防護措施。

公路對水環(huán)境的影響主要包括施工期的影響和運營期的影響，施工期間的筑路材料被雨水沖刷進入地表水體，以及施工人員生活污水不經(jīng)處理直接排放都會對水資源造成污染；公路運營期的路面雨水徑流中含有SS，COD，重金屬，P，N營養(yǎng)物，油和脂及PAHs(多環(huán)芳羥)等[3]，如果不進行收集處理，也會造成水資源污染。對水資源的保護貫穿公路工程設計、施工和運營的全過程。

1 設計階段的防護方案

公路工程防護方案主要包括工程結構設計和排水設施設計兩個方面。

1.1 工程結構設計方案

水源保護區(qū)內路基段避免高填深挖，采用橋梁、隧道工程代替高路堤和深路塹，減少對原有地表的擾動，避免水土流失。

橋梁結構跨度根據(jù)跨越河流的水面寬度，在經(jīng)濟指標可接受范圍內盡量選擇大跨徑橋梁，以減少水中橋墩的數(shù)量。結構形式優(yōu)先選擇支架數(shù)量少、對水體影響小的結構形式，如掛籃懸臂澆筑箱梁、鋼管拱橋、斜拉橋等橋梁結構。

隧道設計遵循“早進洞、晚出洞”原則，減少洞口邊坡和仰坡開挖，特殊地段采取擋墻、接長明洞等措施，降低對原地面的擾動。

1.2 排水設施設計方案

路基段采取路面排水與路基排水分離的雙排水邊溝設計，路基排水邊溝按常規(guī)設置，路面排水邊溝在路基土路肩外設置，其尺寸根據(jù)降雨量分段計算后選取。路基水根據(jù)沿線地形就近排入溝渠中，路面水沿線收集后排入雨水處理站內。

橋梁排水設施根據(jù)計算初期路面水量，分段設置縱向排水槽或排水管。當徑流量較大時，采用縱向排水槽，其布置于橋梁兩側、架設于蓋梁端部；當徑流量較小時，采用縱向排水管，吊裝于梁體翼板下方。橋梁排水槽或排水管與路基段路面邊溝相接，水流方向與主線縱坡一致。

隧道進行專項排水設計，排堵結合，最大限度降低對地表水和地下水的影響。隧道內設置雙排水系統(tǒng)，將隧道路面運營污水或事故消防污水排入路基段路面邊溝，流入雨水處理站。襯砌背后地下水和洞口邊坡截水溝雨水導入路基排水溝。

1.3 雨水處理站設計方案

結合路線縱坡和構造物設置情況，在道路沿線設置雨水處理站，用以處理收集的路面及橋面匯水。雨水處理站分為進水渠、配水井、事故應急池及水生物濾池四個部分，見圖1。在進水渠處設置格柵，去除較大漂浮物。在配水井處調配水的流向，其中，初期降水流入水生物濾池處理，經(jīng)沉淀、生物吸收氧化、砂層過濾，滿足要求后可排離處理站；后期雨水經(jīng)過配水井進入排水管，直接排離處理站；在突發(fā)事故發(fā)生后，油污、?；泛椭囟任廴镜南浪?、雨水流至應急池暫時存儲，事故處理完成后，將應急池中污水抽出運往污水處理廠處理。

1.4 排水設施水文計算方法

1)設計流量計算。

依據(jù)《公路排水設計規(guī)范》，設計徑流量按如下公式計算：

Q=16.67ψqp.tF。

其中，Q為設計徑流量,m3/s;ψ為徑流系數(shù);qp.t為設計重現(xiàn)期和降雨歷時內的平均降雨強度,mm/min;F為匯水面積,km2。

2)設計流速計算。

依據(jù)排水規(guī)范，溝或管內的平均流速v可按下式計算：

v=1/n×R2/3I1/2。

其中，n為溝壁或管壁的粗糙系數(shù);R為水力半徑，R=A/ρ，ρ為過水斷面濕周；I為水力坡度，無旁側入流的明溝，水力坡度可采用溝的底坡;有旁側入流的明溝，水力坡度可采用溝段的平均水面坡降。

3)集水池容積計算。

集水池容積計算目前尚無統(tǒng)一規(guī)定。由于道路雨水徑流時，初期雨水含污量較高，而后期雨水較為清潔[4]，因此，只需將初期雨水產生的徑流進行調控，即可除去大部分污染物，而后較為干凈的雨水則可直接排出。初期雨水量的確定，按照相關的研究資料[4,5]或規(guī)范[6,7]主要從降雨深度或降雨歷時兩個方面確定，研究結論為15 mm～30 mm降雨深度的集水量或降雨初期5 min～30 min的集水量。降雨量多、初期降雨強度大的地區(qū)選用低值，反之選用高值。

1.5 其他方面防護設計

1)提高水源保護區(qū)道路橋梁的護欄防護等級，以防止事故車輛沖出道路，造成油污、危化品泄露在路基、橋梁以外。

2)在跨越水源保護區(qū)的橋梁兩側設置防落物網(wǎng)，避免車輛裝載的貨物落入河道。

3)在路線位于水源保護區(qū)路段設置飲用水水源地保護區(qū)標志、限速標志。在臨河、橋梁或其他敏感路段設置事故應急聯(lián)系告示牌，注明相應公路管理部門、消防部門和環(huán)保部門的聯(lián)系電話。

2 施工階段的防護措施

2.1 施工組織

1)施工場地，包括施工營地、堆料場、拌合站、預制梁場等不得設在飲用水源保護區(qū)內。瀝青、涂料等有毒有害物資不得存放在保護區(qū)內。

2)施工盡量選擇在旱季、枯水期進行。同時做好防水、排水等防雨措施，以避免雨水沖刷建筑材料，產生污水。

3)科學合理進行施工組織設計，減少施工作業(yè)面。采用先進的施工工藝和機械設備，縮短現(xiàn)場施工時間，降低出現(xiàn)跑冒滴漏的幾率。

2.2 施工防護方案

1)橋梁樁基鉆孔施工時產生的泥漿、鉆渣不得流入河流，泥漿池應有防滲設施。

2)混凝土澆筑施工，模板需牢固可靠，避免跑模致使混凝土泄漏。混凝土養(yǎng)護水、沖洗水等施工廢水需收集至污水池進行處理，不可直接排放。

3)隧道施工過程中，采取超前探水和防堵水措施，防止地下水流失。

4)隧道出渣應隨出、隨運，嚴禁在保護區(qū)內隧道進出口附近堆放。隧道棄渣盡量利用，以減少棄渣量，一般可作為路基填料使用，對強度滿足混凝土粗骨料要求的出渣，進行粉碎篩分后作為混凝土骨料使用。

5)運輸建筑材料、渣土、廢棄物的車輛采用密閉運輸，嚴禁超速、超載，避免泄漏、遺撒、揚塵。

6)施工完成后，將施工材料和廢棄物清理干凈，施工場地恢復原貌。

2.3 施工污水處理方法

施工廢水收集至污水池集中處理，處理過程包括沉淀、除油、過濾、化學處理等工序。處理后的廢水可重復使用，達標后可排放。廢油和被油污染的土壤應由有資質的單位進行處理。

3 運營階段的防護管理

1)制定科學合理、切實可行的水源保護區(qū)內公路運輸危險化學品事故的應急預案，設立應急處治小組，定期進行人員應急培訓和演練，配備吸油氈、圍油欄、滅火器、消防沙等應急物資。

2)加強水源保護區(qū)內公路路段的巡查養(yǎng)護工作，在臨河路段、橋梁位置設置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并設專人值守。

3)對經(jīng)過水源保護區(qū)的運輸危險化學品車輛采取限制性通行措施，特殊情況可采取專車陪同押送。押送車輛配備應急物資，一旦反生事故，可以及時處治。

4)做好應急設備和雨水處理站的日常維護、管理、保養(yǎng)工作，確保設備、器材時刻處于完好有效狀態(tài)，一旦發(fā)生事故，能及時發(fā)揮作用。

5)加大水源保護區(qū)內公路路段清掃頻率，降低初期雨水污染程度。定期清理路面邊溝，保證邊溝排水通暢。

4 工程實例

貴州某二級公路跨越打邦河，河流為飲用水水源二級保護區(qū)，不通航。主橋上部結構采用1-120 m下承式鋼管混凝土系桿拱橋，主橋墩采用空心矩形墩，位于河道水面以外，上部結構采用無支架纜索吊裝施工方案。該方案能夠保證橋梁施工過程中河道水體不受污染。在飲用水水源二級保護區(qū)路段設置雨水徑流收集系統(tǒng)和雨水處理站，護欄防撞等級采用SS級，橋梁設置防落物網(wǎng)。

1)設計徑流量及排水設施。

通過設置路面排水溝，將路面徑流和橋面徑流合并處治。飲用水水源二級保護區(qū)路段長度1 540 m，路基寬度12 m，瀝青混凝土路面，橋梁位于下坡路段，按照規(guī)范要求的3年暴雨重現(xiàn)期，5 min降雨強度進行計算，可得保護區(qū)設計徑流量。路面邊溝采用漿砌片石矩形邊溝，橋梁段采用架設于蓋梁端部的混凝土縱向排水槽。設計徑流量及排水設施尺寸計算結果見表1。

表1 保護區(qū)路段設計徑流量和排水設施表

2)雨水處理站。

根據(jù)路線縱斷和沿線地形，在縱斷低處設置1座雨水處理站。其集水池容積分別按照初期降雨降水歷時5 min和降雨深度15 mm的集水量進行計算，水生物濾池容積取二者計算結果較高值并考慮生物吸收氧化富余量，應急池容積取運輸危險品車輛在暴雨天氣下發(fā)生翻車泄露的極端情況下，應急池需收集污染物與雨水的混合液體的總體積，并參照現(xiàn)行《矩形鋼筋混凝土蓄水池》圖集(05S804)中所列標準蓄水池尺寸確定。設計容積計算結果見表2。

表2 雨水處理站設置一覽表

5 結語

現(xiàn)在公路工程跨越飲用水水源保護區(qū)的情況越來越多，在公路工程施工和運營過程中對水源保護區(qū)的防護非常重要，需要從設計方案開始采取全過程的防護措施，包括公路排水設施的設計，以及防護措施在施工和運營過程中的落實。本文采取的設計方案可為同類項目的建設提供參考。