高速公路桥面径流智能应急处置系统优化设计

孟利强

（山西省交通新技术发展有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

近年来高速公路建设发展迅速，不可避免地加剧了影响范围内水环境的污染，危化品在运输过程中泄漏引起的水环境污染问题日益严峻[1-3]。我国环保部门制定的一系列公路水环境预防处置政策中明确规定：公路建设应特别重视饮用水源的保护，对于国内有关自然保护区、水环境敏感区域及跨越河流的桥梁桥面径流应有合理的保护措施，避免水资源污染。高速公路在通车运营阶段，运输危化品的车辆可能会发生危险品泄漏事故，雨水、雪水冲刷路面形成径流，携带了大量的有害污染物质，如果预防措施不到位，污染物随着径流进入到河流、水源保护地等敏感水体中，将会严重影响周围居民用水安全。

为有效预防危化品泄漏事故可能造成的严重污染，需对在水源敏感地周围的桥梁合理设置应急处置系统[4-5]，以保障饮用水源的安全性。本文基于现有桥面径流应急处理存在的问题和有关环保要求，从泄漏事故及时监测和危化品径流有效储存处置两方面入手，对桥面径流应急处置进行优化设计。

1 桥面径流应急处置系统存在的问题

目前桥面径流设计主要考虑的是及时排水，以保证行车安全，对危化品泄漏的应急事故缺乏针对性设计，桥面径流应急处置系统存在的主要问题如下：

a）现有应急处置系统设计尚无相关技术标准，设计不合理、不规范，设施简单，大多数是经桥梁两侧的纵向排水管引至收集池中，有些甚至直接从纵向排水管排入水体环境中，不能有效应对危化品泄漏事故，无法满足使用需求。

b）高速公路地理位置偏僻，而危化品泄漏发生的随机性和突发性强，径流处置系统无法设置专人值守，监管不能及时到位，应急处置存在滞后性。而且现有设施缺乏远程监控预警功能，无法对桥面径流水中污染物指标及时主动监测，无法及时发现泄漏应急事件，无法对应急事故处理及时作出响应。

c）无法对事故处理池是否有足够的应急纳蓄能力及时作出判断。集水池未设置有效的液位控制和自动排空系统，池内液体主要以蒸发的方式减少，大部分液体仍留在池中，降低集水池的有效利用率。尤其是在夏季多雨时节，一旦发生危化品泄漏，池内无法有效收集有毒有害物质，将产生不可估量的后果。

d）现有设施危化品桥面径流和正常状况下的桥面径流共用一个池子，没有做到“分而治之”。当危化品径流水量较大时，需对整池水外运后进行处理，处理量大。在后端设有人工湿地和土地净化处理设施的地方，会受到严重污染，产生不可逆转的损坏。

综上所述，现有桥面径流应急处置系统无法有效解决危化品泄漏事故，潜在环境风险增大，这对保证危化品桥面径流应急处置的及时性、有效性和保护周围水资源的安全性提出了更高的要求。基于水环境风险防范的桥面径流智能应急处置系统由桥面径流应急储存处置系统、桥面径流智能监控预警系统两大部分组成，如图1。其中智能监控预警系统利用远程监控中心将危化品泄漏监控系统、气象监控系统和现场电控系统发来的指令进行识别、判断和控制。

图1 桥面径流智能应急处置系统组成示意

2 桥面径流应急储存处置系统优化设计

应急储存处置系统基于正常径流和事故径流分流而治的理念进行设计，将两种不同情况下的处置措施置于同一系统内部，由调节池、隔油沉淀池、应急处理池和配套的阀门、管件等组成，同时各个池内均设置液位计，通过现场电控柜与监控中心联动控制，协调各池内水量，其工艺流程见图2。

图2 桥面径流应急储存处置系统设计工艺流程

桥面径流经纵向收集管汇集至调节池内，径流水中不含危化品时，正常径流阀门在监控中心指挥下开启，进入到隔油沉淀池中。初期雨水发生在形成径流后的30 min，这段时期内径流水中油类物质、SS（悬浮固体）、COD（化学需氧量）等污染物浓度高，随着降雨历时的增长，污染物含量逐渐降低，达到可直接排放的要求，故此时通过远程控制功能关闭正常径流阀门，打开调节池的排水阀直接排放调节池内的雨水。由于高速公路的主要功能为运输，径流水质中的油类化合物和固体物质含量高，本系统应用集除油和去除固体物质功能于一体的隔油沉淀池，油类易漂浮在水面上，降水经导流墙进入主处置区后，在隔油沉淀池内流经两道隔墙后，被隔离在两道隔墙之间的液体表面，达到除油目的，固体物质在自身重力作用下沉淀于池底，最终实现“上浮下沉”的目的，有效去除初期雨水中的污染物质。对于车流量大和重型车辆占比大的桥梁，可根据实际需求情况在现有径流处置系统后增设人工湿地、滤池等后续处理单元。

当监控预警系统检测到危化品进入系统中时，开启事故阀门，径流水进入到应急处理池中，液位计实时传输液位信息，当液位达到设定报警值时，在条件允许情况下对池内过量的径流水进行抽取；若无法进行抽取，由监控中心人员远程控制，关闭应急阀门，开启正常径流阀门，临时启用沉淀池作为应急储存池，充分保证在气候条件恶劣的条件下桥梁周围水环境的安全性。对于路段周边环保要求高的水体环境，且危化品泄漏发生概率大的高速公路，根据实际情况储备相关应急事故处理药剂，以应对可能会发生的危化品泄漏事故。同时应急处理池也可作为路面危化品泄漏后，直接在路面上用流水冲刷的临时危化品收集池。

3 桥面径流智能监控预警系统优化设计

3.1 危化品泄漏监控系统

桥面监控摄像头实时监控运输危化品的车辆在桥上的运输过程，根据桥梁长度确定摄像头布设位置和数量，通常会在桥头和桥尾各布设1个，以保证监控范围覆盖桥梁全部范围，摄像头收集到的异常视频信号通过通讯线路传输至监控中心[6-7]。同时，根据高速公路设施布置要求，在桥梁上适宜位置布设报警电话，一旦有现场人员发现危化品泄露，及时向监控中心上报。经监控中心专人对异常视频信号和报警电话确认后，首先与相关事故处理部门取得联系，以在形成桥面径流将危化品带入储存系统前对危化品进行处理，同时监控中心人员做好气象监控系统反馈回降雨信息的应急操作准备。

3.2 气象监控系统

气象监控系统主要对桥梁周边的天气进行实时监测和预报，选取湿度、雨量、能见度和温度等气象参数，向监控中心传输气象参数数据信号，经分析后判定该路段不良气象（主要为雨、雪会对路面冲刷产生径流的气象）发生的概率[8]，预警提醒监控中心工作人员加强该路段的即时监测，减少泄漏事件发生后的确认时间和反应时间，极大地降低危化品污染环境的风险概率。

3.3 现场电控系统

现场电控系统作为信息远传和现场指令执行的操作体系，主要完成两方面的任务：a）危化品泄漏后，相关处理部门前期在路面上处理不彻底或未进行处理时，水质指标分析便很有必要。经集水井内的径流水水质在线检测分析后，检测结果通过电控系统远程传输至监控中心，监控中心对水质指标和设定的阈值比较分析，作出径流中是否含有危化品的判断和相应收集池阀门控制响应。b）电控系统对隔油调节池、沉淀池和应急处理池3个池子的水位进行实时监测，以确保各个处理池保持安全水位，并及时作出对不同处理池的液位调整的判断。

3.4 桥面径流智能监控预警系统的联动运行

监控中心是对监测到的信息及时分析并做出操控的综合控制中心，对危险品泄漏事故及时监测发现、根据当地气象条件和污染物指标检测情况及时下达正常径流阀门和应急阀门切换指令以及液位控制指令。监控中心和上述3个系统联动运行的流程图见图3。

图3 桥面径流智能监控预警系统的联动运行流程

4 结论

为有效规避水体环境受桥面径流的污染风险，本文对桥面径流应急处置进行优化设计，提出桥面径流智能应急处置系统，以及时准确地辨认应急事故，采取高效解决措施。

a）提出一种集“监测+智能控制+处置”功能于一体的高速公路桥面径流智能应急处置系统，该系统综合考虑桥面危化品泄漏后清理不彻底或不及时的影响因素，从危化品泄漏事故监测和气象预报的前端监控，到径流发生时的过程联动运行，全方位地对事故径流监控、处置，充分保障水源地的水质安全。

b）桥面径流应急储存处置系统将正常径流处置设施和事故径流应急处置设施设置于同一系统内部，既保证正常径流时的桥面污染物质的处理，又保证泄漏事故发生时径流水的有效处置和储存，同时系统内的不同处理池可作为不同条件下的扩容池以应对极端恶劣情况。