郭栋
上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司 上海市 200092
摘 要：根据上海市跨越某敏感水体的道路桥梁雨水排水方案，分析和归纳了自排雨水系统的污染物及截留措施，计算和比选了排水设计的相关方案，为今后设计跨越敏感水体的市政排水方案提供了有益借鉴。
关键词：雨水排放；敏感水体；海绵城市；雨水截留井
0、引言
随着城市建设的兴起和公路桥梁交通系统的建成，城市排水设计方案也不断完善。但对于部分跨越饮用水水源或其他敏感水体的桥梁及道路，近几年由于化学品泄漏、大气粉尘沉降、桥面侵蚀、交通事故等原因，导致污染物随桥面或路面径流收集排放污染水体的环境问题受到环保部门越来越多的关注。
1、某城市雨水工程设计概况
本文中设计某市政道路跨油墩港工程，位于上海市松江区，工程所在区域为分流制排水系统，其中雨水为重力流自排系统。油墩港为Ⅳ级航道，Ⅱ类水体，是青松大控制区北水南排的主要河道之一。该市政道路断面宽度为40m，断面形式为3m人行道+4.5m非机动车道+4.75m机非分隔带+7.5m机动车道+0.5m中央分隔墩+7.5m机动车道+4.75m机非分隔带+4.5m非机动车道+3m人行道。本工程市政道路跨越油墩港处新建一座系杆拱桥，主桥宽32m，长度为110m，两侧引桥宽22m，长度各为200m。两侧设计道路及该新建桥梁雨水均自排流入油墩港。
2、主要污染物
对于分流制系统下的雨水自排系统，其主要自排入河的污染物来源包括降雨的初期雨水及事故车辆的泄漏液体。其中初期雨水的主要污染物包括ss和cod及少量的铅、氮。事故车辆泄漏液体的主要污染物根据事故车辆的类型确定，常见的事故车辆为化工车或油罐车。
3、污染物的截留与收集
常规重力流自排雨水系统中对于桥面及道路雨水的收集排放采用“径流收集、管道直排”的设计方案，雨水通过雨水口汇集后，沿道路下雨水管道直排入河。为保护饮用水源，避免直排过程中初期雨水及事故水通过雨水管道进入河道，需要额外设计截留与收集设施。
3.1、海绵城市设施
海绵城市是低影响开发模式的重要途径，是当前解决城市水循环的重要举措，在城市道路建设中，常规通过下沉式绿地、透水铺装、生态树池等措施减少路面径流，消纳初期雨水，从而达到控制年径流总量的目标。
根据《上海市海绵城市建设技术导则（试行）》（2016.08），本工程位于上海市松江区，所在区域属于集中新、改建单元，年径流总量控制率取80%，对应设计降雨量为26.7mm。
初期雨水主要由地块、道路、桥梁3部分组成，其中地块初期雨水由地块低影响开发措施消纳，桥梁由于建设条件限制，难以建设海绵措施，所以初期雨水由其他设施收集、截流。本工程主要设计道路范围内的海绵措施消纳道路初期雨水，计划在人行道及机非分隔带中建设海绵措施，以满足道路年径流总量控制率的目标。
对本工程40m道路标准断面的半幅路面进行计算如下：
（1）综合径流系数：采用加权平均计算Ψ=（Ψ机动车道F机动车道+Ψ绿化带F绿化带+Ψ非机动车道F非机动车道+Ψ透水铺装人行道F透水铺装人行道）=（0.9×7.75+0.15×4.75+0.9×4.5+0.4×3.0）/20=0.647。
（2）海绵城市调蓄容积：V=10HΨF=10×26.7×0.647×20/10000=0.35m3。
标准路段半幅路面的海绵城市调蓄容积为0.35m3，计划在机非分隔带做下沉式绿化带满足调蓄容积，下沉高度为0.35/4.75=0.074m，取10cm，设计下沉式绿化带低于两侧车行道20cm，溢流式雨水口低于两侧车行道10cm。
结合上述计算，在本次道路设计中建设具体海绵措施如下：
（1）透水铺装：在人行道铺设彩色透水砖，下方设计过滤土工布、透水混凝土基层及碎石垫层，垫层内布设透水软管接入市政雨水口。主要目的是消纳人行道范围内的初期雨水，净化初期雨水内的部分污染物。
（2）下沉式绿化带：在机非分隔带内设置生物滞留设施及溢流式雨水口，绿化带下沉深度为20cm，雨水口高于绿地10cm。生物滞留设施的进水口与道路雨水口设置相结合，路面径流通过进水口进入生物滞留设施，超过调蓄能力的雨水进入溢流式雨水口，经雨水连管汇入市政雨水管道。主要目的是消纳车行道范围内的初期雨水，减少洪峰流量，净化初期雨水内的部分污染物。
3.2、雨水截留井
桥梁由于建设条件限制，难以建设海绵措施，所以初期雨水由地面构筑物进行截留，常规在排出口前建设初期雨水截留井，利用井内挡水堰或闸门将初期雨水截留后排入市政污水管道或抽取外运。
事故应急池常规也建设在排出口前，用于截留道路或桥梁上出现事故车辆液体泄漏时随雨水或冲洗水进入雨水口的污染废水，防止高浓度废水进入保护水体。由于化学品废水的特殊性，该事故水不会截留进入市政污水管道，而是通过特殊车辆抽取外运至指定地点处理。
考虑到占地、运行和检修等问题，本工程拟在油墩港两侧各合建一座截留井同时截留桥梁初期雨水及事故水，容积根据雨水排出口所汇流的桥梁初期雨水弃流量（4mm）与一次事故产生液态危险品泄漏的事故水容积计算，所需容积分别为V初=D×F×Ψ×β=0.004×（32×55+22×200）×0.9×1.1=24.4≈25m3，V事=30m3。根据截留空间不同提出2种比选方案。
方案一：初期雨水与事故水共用截留井室
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图3.2-1 方案一截留井示意图
如上图所示，在出水口及截留井室各设一座自控闸门，出水口闸门常开，截留井室闸门常闭。降雨初期或发生事故时，先关闭出水口闸门，后打开截留井室旁通闸门，初期雨水或事故水进入井室，达到水位线后关闭旁通闸门，打开出水口闸门，后续雨水正常排入河道，最终由清理车将井室内废水抽吸外运。考虑到降雨初期发生事故的可能，有效容积V1=25+30=55m3。
方案一优点：占地空间较小，建设条件好；自控闸门较少，方便控制。方案一缺点：废水混合，需要抽离外运；事故发生在降雨中期时，初期雨水暂未外运，需重新关闭出水口闸门，打开旁通闸门接纳事故水，过程中可能造成少量初期雨水泄漏。
方案二：初期雨水与事故水分用不同截留井室
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图3.2-1 方案二截留井示意图
如上图所示，在出水口及两侧截留井室各设一座自控闸门，左侧井室收集事故水，右侧井室收集桥梁初期雨水，出水口闸门常开，截留井室闸门常闭。降雨初期时，先关闭出水口闸门，后打开1号闸门，初期雨水进入右侧井室，达到水位线后关闭1号闸门，打开出水口闸门，后续雨水正常排入河道。发生事故时，先关闭出水口闸门，后打开2号闸门，事故水进入左侧井室，达到水位线后关闭2号闸门，打开出水口闸门，后续雨水正常排入河道。右侧井室初期雨水可汇入市政污水管道，左侧井室最终由清理车将井室内废水抽吸外运。有效容积V1=25m3。考虑到降雨初期发生事故的可能，有效容积V2=25+30=55m3。
方案二优点：废水分离，方便养护管理；右侧井室初期雨水可直接汇入市政污水管道，无需外运。方案二缺点：占地空间较大，建设条件要求较高。
在建设条件允许的情况下，方案二相比方案一优点较多，经综合考虑，该项目最终选用方案二作为雨水截留井设计方案。
4、结语
随着城市化进程的推进，环保问题受到人们越来越多的关注，传统排水设计方案需要不断革新、完善。对于重力流自排系统，初期雨水和事故水往往成为污染水体的重要来源。本文结合上海某道路排水情况进行分析，对废水的收集、消纳措施进行设计和优缺点比选，最终选用了合理、可行的实施方案。
参考文献
[1]张红旗.海绵城市理念下的道路排水设计研究[J].江西建材，1006-2890(2018)12-0018-02.
[2]上海市住房和城乡建设管理委员会.上海市海绵城市建设技术导则（试行）[S].2016.
[3]GB50014-2006(2016年版)，室外排水设计规范[S].