危险化学品(以下简称危化品)运输事故泄露产生的水环境安全风险是集中式生活饮用水水源地及水源保护区、Ⅱ类及以上地表水体等水环境敏感区高速公路运营期的主要环境风险。在水环境敏感区路段尤其是跨水体桥梁上一旦发生危化品运输事故泄露，将造成重大人员伤亡和财产损失，更会对周边环境尤其是水环境造成严重破坏。为防范公路运营期危化品运输事故环境风险，原国家环境保护总局、国家发展和改革委员会及原交通运输部等三部委联合下发的《关于加强公路规划和建设环境影响评价工作的通知》(环发[2007]184号)要求，对跨越敏感水体的桥梁，在确保安全和技术可行的前提下，应在桥梁上设置桥面径流水收集系统，并在桥梁两侧设置沉淀池，对发生污染事故后的桥面径流进行处理，以确保饮用水安全。随着公路环保验收管理的强化，上述环保要求在高速公路建设中得到了较好的贯彻落实。但通过多条高速公路环保验收调查结果发现，桥面径流的处理多采取在集中排水设施的末端设置沉淀池方式，部分项目在沉淀池处理的基础上还串连了人工湿地、砂滤等雨水径流深度处理工艺，沉淀池兼作危化品事故泄露物应急蓄纳设施。由于雨水径流与含有危化品运输事故泄漏物的事故水一并处置，危化品运输事故泄露一旦发生并进入处理系统，其深度处理工艺单元将因此永久失去雨水处理功能，且若降雨后期发生危化品运输事故，由于前期降雨累积的径流占据了一定的空间，导致沉淀池容积往往不足以蓄纳危化品事故泄露物。因此，如何对雨水径流与危化品运输事故泄漏物进行分别处置尤为重要。 1 公路危化品运输事故应急蓄纳设施现状调查及分析

为了解国内公路危化品运输事故应急蓄纳设施现状及问题，选择部分涉及敏感水体的高速公路进行了现场调查，结果详见表 1^[1]。从表 1及现场调查结果可以看出：

(1)现有涉及敏感水体的公路均建设了桥面径流收集系统，通过纵向PVC排水管将桥面径流引至桥梁两端设置的处理系统进行处置。

(2)危化品运输事故应急蓄纳设施的形式以沉淀池为主，以处理雨水径流为主要目的，兼有事故水蓄纳功能，雨水与事故水混合处置和排放。

(3)危化品运输事故应急设施的各功能单元均采取串联的方式，一旦发生事故泄漏，事故径流将对各功能单元的功能形成破坏，尤其是人工湿地等雨水深度处理单元，破坏后很难恢复。

(4)沉淀池容积过小或位置设置不合理，部分桥梁的纵向PVC截流管末端无沉淀池，纵向排水管将桥面径流水引出水面范围后就地排放，排水最终仍通过地表漫流进入水体。

(5)处理系统不具备雨后及时排空、随时准备接收事故径流的功能，大部分沉淀池无排空管阀、溢流管等必要装置，雨后存留在池内无法溢流的部分仅依靠自然蒸发耗散，导致雨后较长时间内沉淀池被前场降雨的桥面雨水径流占据，没有容积随时准备接收事故径流，基本丧失应急功能。

通过以上调查及分析可知，目前国内公路危化品运输事故应急蓄纳设施存在雨水与事故水不能分开处置、沉淀池容积过小或位置设置不合理、不能实时、连续地接收和处置事故径流等问题，故如何构建结构与功能合理的危化品运输事故应急处理系统，提高初期雨水径流处理功能与危化品运输事故应急蓄纳功能的有效性至关重要。 2 危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施一体化结构研究 2.1 危化品运输事故应急蓄纳设施功能要求

危化品是指具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品。道路运输事故引起的环境事件则指运输危化品或易对环境造成污染物质的车辆在道路上因过错或者意外造成运载品泄露进入水体、土壤或大气中，或可能导致生态环境和人民生命财产受到严重威胁的环境事件。事故导致的危化品泄漏、燃烧、爆炸等不仅造成直接的人员伤亡和财产损失，还往往对周边的大气、水、土壤环境造成次生污染。

由于危化品具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，在发生危化品运输事故泄漏后，应针对事故对人体、动植物、土壤、水源、大气造成的现实危害和可能产生的危害，迅速采取封闭、隔离、洗消等措施，在现场处置过程中产生的泄漏物(固态或液态)或事故水需进行收集并有专业部门进行处置。因此，公路危化品运输事故应急蓄纳设施应具有临时存放危化品运输事故泄漏物或事故水，并隔离其与水体、土壤之间的联系功能。也就是说，公路危化品运输事故应急蓄纳设施应具有足够的空间和较好的环境污染隔离防护功能，从功能的角度而言应具有独立性，一般不宜和其他非危化品事故应急功能合并使用。 2.2 桥面雨水径流处理设施功能要求

桥面雨水径流处理设施的主要功能是对初期雨水径流进行处理，达到相应的排放标准就近排入自然水系，以降低桥面径流对周围水体的污染。初期雨水的主要污染物为SS，COD等，与危化品、生活污水相比具有较大差别，不存在毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等危化品特性，同时污染物浓度也远低于生活污水。因此，桥面径流处理设施只需满足不同处理工艺对应的结构单元、停留时间、防渗等要求即可。

目前桥面雨水径流污染控制措施主要有植被控制、滞留池、氧化塘、人工湿地、渗滤系统等，除滞留池外，其他措施涉及土壤、植物及微生物^{[2, 3, 4, 5]}，一旦危化品泄漏物或事故水进入由上述措施构成的工程单元，将破坏其系统结构及功能，严重时会对处理系统之外的自然土壤、水体造成污染，进而对周边生态系统形成破坏。 2.3 危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施一体化设计

危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施一体化设计的工作原理为：两位三通阀门中通向隔油沉淀池的一端处于常开状态，正常降雨下的桥面径流进入隔油沉淀池；在发生危化品运输事故泄露时，转动两位三通阀门使通向隔油沉淀池的一端处于关闭状态，同时开启通向事故池的阀门，事故水进入事故池暂存。

(1)系统工艺流程设计

根据危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施的功能要求，在设计时宜将二者作为两个不同的功能单元加以考虑。由于现行工程技术的限制，危化品运输事故泄漏物或事故水与桥面雨水径流分别收集的可行性较小，事故情况下只能采取将二者混合后通过收集系统收集并输送至桥梁两端的处理系统的方式。为避免危化品泄漏物或事故水进入桥面雨水径流处理设施而破坏其功能，应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施不应采用串联方式，而应采取并联方式，可通过在两套设施之间设置的分流转换装置实现事故水与非事故雨水径流的分别处置，其工艺流程示意图见图 1。

图 1 危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施 Fig. 1 Schematic diagram of process of integrated designing emergency storage facilities of dangerous chemicals for expressway transport accidents and deck rainwater runoff treatment facilities

图选项

(2)系统总体平面布置及功能单元容积设计

① 系统总体平面布置

为便于一体化施工，建议将事故水应急蓄纳单元中的事故池与雨水径流处理单元中的隔油沉淀池布置在一起，事故池与隔油沉淀池均采用钢筋混凝土修筑，二者之间采用两位三通电动阀连接，其总体平面布置示意图见图 2。

图 2 危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨径流处理设施一体化平面布置示意图(单位:m) Fig. 2 layout of integrated design of emergency storage facilities of dangerous chemicals for expressway transport accidents and deck rainwater runoff treatment facilities(unit:m)

图选项

② 应急蓄纳单元容积设计

应急蓄纳单元由事故池构成，以蓄纳危化品事故径流为主要目的。通往事故池的阀门平时处于关闭状态，只在发生危化品运输事故时开启。因此，事故池平时处于排空状态，仅用于蓄纳事故水。

事故池以收纳事故径流为目的，其容积应能满足一般危化品事故径流收纳要求。经调查，目前中国常见的运输液态危化品的车辆包括运输油品的槽罐车和化工液体运输车，其容积在2～50 m³之间，较常见的多在30 m³以下。国外对油罐车发生事故时不同泄漏量的概率研究结果表明，油罐车特定事故的泄漏总概率为0.064%，即一般事故造成的泄漏量多在几个立方。虽然全部泄露的概率较小，但事故池容积设计时应以极限情况考虑，即假设在设计暴雨强度条件下，危化品运输车辆所载液态危化品在桥上全部泄漏，且泄漏物与雨水混合后形成的事故径流全部通过截流管截流后进入事故池。因此，事故池的容量应为液态危化品体积与危化品从开始泄漏至从桥面上冲刷干净期间的雨水体积之和。

根据前述分析结果，在计算事故池容量时，首先应确定危化品从泄漏至冲刷干净的时间。为保证计算的可行性，本文假定液态危化品与降雨径流在桥面上分开排放，首先计算出液态危化品排除时间，然后据此时间计算液态危化品排除期间的雨水径流量，液态危化品体积与液态危化品排除期间的雨水径流量之和即为事故池所需容量。其计算过程及方法如下：

(a)纵向截流管渠的泄水能力计算

根据《公路排水设计规范》(JTJ 018—97)^[6]规定，沟或管的泄水能力为：

沟或管内的平均流速为：

(b)危化品全部输送至处理系统历时计算

根据国内常见的运输液态危化品的车辆调查结果，本研究设定液态危化品体积为30 m³，其全部输送至处理系统的历时公式简化如下：

(c)液态危化品排除期间的降雨径流量

液态危化品排除期间的降雨径流量按下式进行计算：

(d)事故池所需容积

按式(6)进行计算：

③ 雨水径流处理单元容积设计

隔油沉淀池为雨水径流处理单元的必要设施，既可单独用于雨水径流的处理，又可与其他雨水径流处理工艺组合形成多级串联组合控制措施，用作其他处理措施的预处理环节和调节池^{[7 ,8, 9, 10]}。

初期冲刷效应指初期雨水径流不成比例地携带了整场径流大部分污染负荷的现象^{[11, 12]}。基于此理论，隔油沉淀池的容积至少应能满足容纳初期雨水径流的需要。因此，在隔油沉淀池设计时首先应确定初期雨水径流的收集时间。根据国内外研究成果，桥面径流中的COD等污染物与SS存在较好的线性相关性，因此可采用SS作为桥面径流的特征污染物研究其排污规律，进而确定应收集的初期雨水径流时间。

高速公路沿线水环境安全保障关键技术研究首次采用人工降雨试验拟合了雨强及降雨历时与路面径流污染物浓度之间的耦合关系，建立了路面初期雨水径流冲刷模型。根据该项目研究结果，桥面径流中SS的浓度随暴雨强度及降雨历时的变化，其变化规律可采用式(7)进行表征：

因此，在确定隔油沉淀池的容积时，C_t可根据水体敏感程度，从《污水综合排放标准》中选择相应的排放标准中的SS的限值作为设计值，代入式(7)计算达到排放标准要求的降雨历时，再根据汇水面积计算径流量即为隔油沉淀池的容积。

(3)转换装置及其控制系统设计

为实现危化品事故径流与雨水径流的分别处置，转换装置需具备分流作用，本文研究建议采用两位三通电动阀(或电磁阀)作为事故阀与雨水阀之间的连接、转换装置。

根据前文研究提出的危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施一体化设计的工作原理，如何判定是否发生危化品运输事故是转换装置自动化控制的关键所在。鉴此，本文研究提出采取如下两种自动化控制策略。

① 基于危化品运输事故视频图像检测技术的自动化控制策略

通过设置在敏感水体路段的高清摄像头及其视频图像检测功能，自动识别敏感水体路段的危化品运输车辆运行状态，并将异常情况反馈给公路监控系统，由监控人员判定事故状态并决策是否执行事故阀与雨水阀之间的转换。为防止普通营运车辆非法运输危化品在敏感水体路段发生交通事故而引发环境污染事件，本文研究建议只要是货车在敏感水体路段有停车、发生交通事故等异常情况，均作为高清摄像头的视频图像检测范围。

② 基于径流水质监测结果的自动化控制策略

危化品运输事故径流与雨水混合后，一般会引起径流的pH值、石油类、电导率等水质指标的变化。因此，本文研究建议在三通阀前设置集水井，通过测定集水井中径流的水质情况，对水质指标发生异常时，系统自动启动事故阀与雨水阀之间的转换功能。

本文研究提出的的危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施转换装置自动控制策略及方案见图 3。

图 3 危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施转换装置自动控制策略图 Fig. 3 Automatic control strategy of conversion device between emergency storage facilities of dangerous chemicals for expressway transport accidents and deck rainwater runoff treatment facilities

图选项

(1)提出了一种危化品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施一体化设计思路，为危化品运输事故应急处理提供有效的安全保障。

(2)研究出一套有效计算事故池、隔油沉容积的方法，并提出采用两位三通电动阀(或电磁阀)作为事故阀与雨水阀之间的连接、转换装置，实现事故水与非事故雨水径流的分别处置。转换装置自动化控制策略包括基于危化品运输事故视频图像检测技术的自动化控制策略和基于径流水质监测结果的自动化控制策略。

(3)针对危险化学品种类多，事故突发性强的特点，转换装置自动化控制是一体化设计关键，建议进一步研究更为广泛有效的基于事故视频图像检测技术的自动化控制策略，以及针对多源危化品的径流水质监测结果的自动化控制策略。