桥面排水系统设计方案.doc

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1、装订线目 录第一部分 说明书3第一章 前言31.1绪论31.2我国公路交通发展概况31.3我国公路交通中的环境问题41.3.1跨越敏感水域的公路桥梁路段的重大水污染问题41.3.2化学危险品在公路运输过程中的环境风险51.3.3公路桥梁中的环境污染和破坏事件案例51.4公路交通环境保护相关政策的出台61.5公路桥梁排水系统的设计工程实例71.6公路桥梁排水系统设计中的不足9第二章 设计任务书102.1 设计内容102.2 设计工程概况102.3 工程设计资料112.4 气象资料112.5 地质地震资料122.6 设计主要技术指标12第三章 设计说明书133.1 设计过程综述133.1.1设计的

2、内容133.1.2设计的目的133.1.3设计的方法133.1.4宁波奉化江水质执行标准133.1.5公路桥梁排水系统的设计要点143.2 宁波绕城公路奉化江大桥桥面排水管道的设计143.2.1设计流量的确定143.2.2排水管道水力计算153.2.3管道水力计算的实现173.2.4管径计算结果203.2.5管道材料的选择及连接方式213.3储存池的设计223.3.1化学危险品运输的环境风险分析223.3.2公路雨水径流的环境污染问题分析283.3.3储存池的结构343.3.4储存池的设计结果34第四章 工程概预算36第二部分 计算书381.1桥面排水管道设计参数的取值381.2设计管段的划分

3、381.3管道设计的计算公式391.4 MATLAB程序的运行及结果402.1储存池的设计462.2跨南塘河路段（第一管段）的储存池计算462.3跨奉化江路段（第二管段）的储存池计算472.4跨奉化江路段（第三管段）的储存池计算48小 结50致 谢51参考文献52附 件54外文文献译文54外文文献原文74第一部分 说明书第一章 前言1.1绪论 交通是国民经济的翅膀，公路交通是交通运输体系的重要组成之一。公路交通运输既是一个独立的运输体系，也是铁路车站、港口和机场集散物资的重要手段。公路运输具有覆盖面广、灵活机动、迅速方便的特点，它能实行“门到门”物流服务，连接铁路、水运、空运的起点与终点，在交

4、通运输体系中有着重要作用。随着公路建设的迅速发展，公路交通中的环境风险问题日益凸显，在公路交通中如何减少对环境的污染和破坏也越来越被人们所关注和重视。1.2我国公路交通发展概况改革开放以来，全国大范围大力发展公路交通建设，直接拉动和促进了国民经济的持续增长。1978年，我国公路建设整体投资仅有4.9亿元，到2007年，国家公路建设的投资规模已达6600亿。据估算，改革开放30年来，我国政府在公路基础设施建设上的投资累计达到44000亿元。2001年底，我国的公路总里程达到了143.5万公里，到2006年底，在将155万公里村道纳入统计之后，全国公路通车总里程达348万公里。全年新改建公路里程3

5、4万公里，其中高速公路4460公里。以重点建设项目为代表的干线路网建设稳步推进。2002年到2006年的公路交通增长数据如图1.1所示，2002至2007年客运站情况如表1.1所示。图1.1 2002至2006年我国公路里程增长趋势图表1.1 2002-2007年客运站情况一览表 综上所述，我国公路交通迅猛发展，高速公路从无到有，发展迅速。从1988年第一条高速公路沪嘉高速公路建成通车，到2007年底，我国高速公路通车里程达54000公里，稳居世界第二。1.3我国公路交通中的环境问题1.3.1跨越敏感水域的公路桥梁路段的重大水污染问题高速公路对环境的影响包括大气环境、声学环境、生态环境和水环境

6、等.对水环境的影响主要是交通污染事故对水环境的风险影响。随着我国公路建设里程和机动车保有量的持续增长，由公路交通引发的环境风险事件也随之增多，其中化学危险品运输车辆在跨越地表水体路段可能发生的泄漏事故对环境(或健康)的影响十分严重。这种恶性事故对敏感水域产生的环境风险引起了广泛的关注。降雨形成的公路径流中含有在路面沉积的各种类型车辆排放尾气中所携带的污染物、汽车轮胎磨损的微粒、车架上粘带的泥土、车辆制动时散落的污染物及车辆运行工况不佳时泄漏的油料等。降水径流的初期污染物浓度要高于后期，这一现象称为初期冲刷效应。因此初期雨水径流中含有的污染物量占整个雨水径流含有的污染物量的绝大部分，其含有的污染

7、物浓度远远高于允许排入水体的排放标准。若初期雨水直接排放至敏感水域会对水体造成严重的污染和破坏，甚至会破坏水体原有生态功能、危害水域及周围环境中生物的生命安全。当点源污染被有效控制后，面源污染就成为城市水质恶化的主要原因之一，降雨冲刷地表沉积物产生携有大量污染物的径流进入水体，对城市水环境造成了严重的危害1。近年来，点源污染的研究和治理技术基本已经成熟，但是面源污染和控制技术的研究比较少，是目前环境保护领域中比较新的研究方向。雨水径流污染属于面源污染，目前还没有成熟的研究结果，但是雨水径流对环境的污染和破坏不能被忽视。国内外许多研究表明：公路路面径流对其地表受纳水体的污染贡献值很大。实测表明其

8、中主要污染物成分为悬浮固体（SS）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、重金属离子如Pt、Cr、Cu、Ni等以及多环芳香烃（PAHs）、油和脂等。1990年美国关于水体污染的调查表明，约30%水体的污染物超标是由面源污染造成的2。在我国滇池湖泊流域的大青河暴雨期悬浮物浓度比平时均值高22倍，宝象河暴雨期最大悬浮物浓度是非暴雨期的106倍3。公路暴雨径流的可生化性差，石油类、CODCr、悬浮固体和重金属是其包含的主要污染物。其中石油类、CODCr、悬浮固体和Pb含量严重超过我国地表水类水质标准。1.3.2化学危险品在公路运输过程中的环境风险危险货物是一个范围很广的称谓，凡是具有易燃烧、易

9、爆炸、有毒性、腐蚀性、放射性等理化性质的均称为危险货物。这些危险货物由于性质活泼或不稳定，容易受外界条件的影响，若在运输、装卸、贮藏作业中, 受到了光、热、撞击、磨擦等条件的作用，就极易发生爆炸、燃烧、中毒、腐蚀、放射线辐射等严重事故，造成大量人员伤亡、财产损失和环境破坏。我国现有8万多辆运输危险货物的车辆行驶在全国各地，在运输过程的各个环节或因素中，稍有不慎就可能诱发事故，因此有人称此为“流动的危险源”、“炸药桶”、“活炸弹”等。运送有毒有害物质车辆在跨域敏感水域的公路桥梁上发生交通事故，有毒有害物质泄漏后将进入水体，随水流扩散，造成河水严重污染。据有关资料4，水中氰化物浓度不到0.1mg/

10、L，就能引起鱼类中毒。氰化物浓度为0.05mg/L时可使鳟鱼致死；浓度达到0.150.2mg/L可使鲫鱼及草鱼致死浓度为0.4mg/L时使鲤鱼致死。美国公共水源水质标准5的氰化物浓度要求0.2mg/L.除氰化物外，将来在成-南高速公路上运输量较大的有毒有害物质种类可能是农药，我国渔业水质标准5要求水中“六六六0.002 mg/L”和“滴滴涕0.001mg/L”。根据毒理学分析，水中农药的浓度大于0.3 mg/L使人产生中毒。因此，规定河水中有毒物质浓度大于0.3mg/L为危险河段，相应的延续时间为危险期；浓度大于0.2小于0.3mg/L的河段为监察河段，相应的延续时间为监察期；浓度大于0.02

11、 mg/L，小于0.2 mg/L的河段为超标河段，相应的延续时间为超标期。危险河段指人类饮用此河段的河水有中毒或伤亡的危险，监察河段要求在此河段内进行健康监察,防止中毒事件发生。危险货物运输突发事件属于紧急突发事件，一旦发生尤其发生在公路桥梁上便具有很大的危险性，而且有其独特的属性特征，即风险性、突发性、影响性、公共危害性、社会关注性、动态连锁性、不可预料性。一般情况，该类突发事件很难及时应对和处置，而且容易造成非常严重的后果，给广大人民群众的正常生活带来严重的干扰和威胁，并且可能直接影响到整个社会的安全与稳定。危险品在运输途中由于突发事件而发生滞留、泄露或爆炸等情形之后，将会给周边居民的正常

12、生活带来威胁，同时会给周边的空气、水体等造成严重的污染和破坏。1.3.3公路桥梁中的环境污染和破坏事件案例 2003年7月9日一辆装有十吨氰化钾的约束车在广西三江侗族自治县丹洲镇东风村路段泄漏，罐内所装的氰化钾全部泄漏到路面，最终进入附近鱼塘，导致鱼塘中的鱼全部死亡。 2004年广西境内发生交通事故，50吨笨泄入罗江，造成下游广东化州，吴州两市停水四天，影响五十多万人。 人民日报报道：四川康定发生硫酸泄漏事故，17吨硫酸流入排水沟。2007年4月23日上午11时50分，西藏昌运集团公司一辆东风牌油罐车，装载17吨硫酸从天全县至西藏昌都，途经甘孜州康定县炉城镇折多塘村(国道318线 2826km

13、处)，发生机械故障导致油罐破裂，造成17吨硫酸泄入公路旁排水沟，少部分流入折多河支流(不在饮用水源保护区内，离最近取水口约8公里)，大部分渗入地下。引起了四川省领导的高度关注。 2007年11月1日凌晨3点左右，位于达拉特旗耳子壕乡南2公里处（包茂高速公路78公里处），载有80多吨焦油车与翻斗车发生交通事故后，车上焦油全部泄漏，焦油由高速公路的排水渠流入两侧的河道，同时高速公路养护人员将路面上的焦油渣全部倾倒在高速公路护坡上，引起了周围环境污染，造成了一定的环境污染隐患。 2008年初广东省韶关市乳源县发生交通事故，载有三氯丙烷的运输车相撞后，车上的三氯丙烷废料流向河沟，事故中共泄漏了30吨左

14、右的三氯丙烷废料，其中大部分污染了高速公路路面，有一小部分通过高速公路排水口流向河沟，而下游即是乳源县城供水的取水点，在未知污染程度的情况下，乳源立即启动应急预案，在事故发生后立即中断县城供水。至昨日下午6时左右，经乳源有关技术人员对水质进行常规化验后，认为水质符合饮用水标准,县城始恢复供水。据介绍，为防止污染进一步扩大，有关部门除对高速公路路面进行清理外，还要求消防官兵对河床上被污染的杂草进行拔除。此外，还在河沟下游的水陂加了两道用泥和木糠构成的拦污坝。 2008年11月13日下午，位于吉林省吉林市的中国石油天然气集团公司吉林石化分公司双苯厂（101厂）的苯胺车间发生剧烈爆炸，共造成5人死亡

15、，1人失踪，近30人受伤。爆炸厂区位于松花江上游最主要的支流第二松花江江北，距离江面仅数百米之遥。21日哈尔滨市政府紧急发文：中石油吉化公司双苯厂苯胺车间发生爆炸事故，造松花江发生重大水污染事件。根据专家测算，在吉化爆炸事故中，泄漏进松花江的苯类污染物总量在100吨左右。事故产生的主要污染物为苯、苯胺和硝基苯等有机物。事故区域排出的污水主要通过吉化公司东10号线进入松花江；超标的污染物主要是硝基苯和苯，属于重大环境污染事件。1.4公路交通环境保护相关政策的出台 公路交通中环境污染和破坏事故的频繁发生，引起了全社会的广泛关注，各个环保部门也出台了相应的规范，要求在桥梁道路设计时就应考虑到各种事故

16、发生时的应急排水，设计合理的排水系统。公路在跨域敏感水域路段的排水系统应当实现化学危险品泄漏事故径流有效收集,从而避免化学危险品进入敏感水域的环境风险，同时也要确保桥面雨水径流及时排出，以及将初期雨水径流收集排放至径流储存池并经过一定的处理后达到相应的排放标准再排放至水体，减轻雨水径流对水环境的污染和破坏。为了更好的保护水体环境，与公路交通相关的环境保护政策相继出台。国家环境保护总局，国家发展和改革委员会，交通部于2007年联合颁发的184号文件：关于加强公路规划和建设环境影响评价工作的通知中第七条也做了相应规定，“公路建设应特别重视对饮用水水源地的保护，路线设计时，应尽量绕避饮用水水源保护区

17、。为防范危险化学品运输带来的环境风险，对跨越饮用水水源二级保护区、准保护区和二类以上水体的桥梁，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，确保饮用水安全”。福建省交通厅的规定,福建高速公路项目管理与监理中涉及的环保措施中规定的对水环境影响缓解措施中(1)“路面径流污染控制 高速公路排水沟的排水口应尽量避免直接排入河流、鱼塘。尤其是涉及水库的大桥或特大桥的路面径流更应尽量避免直接排入水库，须用边沟引向沉淀池处理后，方可排放。排入河流的排水口应建有盖闸及沉淀池等处理措施。在交通事故产生油料、化学品、有毒有害物质泄露等紧

18、急情况下应关闭盖闸，进行泄露处理。不得随意将泄露物打扫入河。大桥两侧应尽量减少水产养殖等”；(2)“运营期防治水污染管理 防止装载泄漏、散装及超载的车辆上路，防止散落物进入水体。及时清扫路面垃圾，并用垃圾车将将垃圾运往附近城镇垃圾场集中处理，不得将垃圾直接扫入河流中。若发生车辆翻入水体，发生油或有毒有害物质泄漏等事故，管理或路政人员应立即通知公安、环保部门采取应急措施，防止水体进一步受到污染。高速公路桥面因交通事故受到污染，可用锯沫吸附清除”。就在近日出台的公路交通突发事件应急预案中也规定了对与公路交通危险品泄露的应急处理方法，可见这一问题已引起了国家相关部门的足够重视。“环境污染事件影响信息

19、：危险化学品（含剧毒品）运输泄漏事件的危险品类型、泄漏原因、扩散形式、发生时间、发生地点、所在路段名称和位置、影响范围、影响人口数量和经济损失、预计清理恢复时间，应急救援车辆途经公路路线；因环境事件需疏散（转移）群众事件的原因、疏散（转移）人口数量、疏散（转移）时间、出发地、目的地、途经路线、需交通运输主管部门配合的运力需求”。1.5公路桥梁排水系统的设计工程实例随着公路桥梁的排水对环境的影响越来越被人们所重视，部分相关法律法规也相继出台，按照各环保部门的规范，全国各地也有不少公路交通项目按照相关的规定和要求设计施工：浙江省杭昱高速公路昌化至昱岭关段工程，该项目起点位于临安市昌化镇西南，与已建

20、成的玲珑至昌化一级公路相接，由东向西经过昌化、龙岗、株柳、颊口、祝家庄、顺溪，终点位于浙皖交界的昱岭关，路线全长36.69km。根据环评要求，为防止危险化学品运输车辆发生事故污染水源，根据环评要求，在平葛大桥、高犁大桥、龙岗大桥、顺溪大桥分别设置了桥梁雨水、污水收集系统，总长1650米。可有效防止突发性事故引起的水源污染。本项目仅高犁大桥下游3.78km处有取水口，虽然距离较远，但仍在大桥上增设了跨越水源地警示标志。另外，龙岗服务区机修房废水池已接入服务区污水处理系统。为防止水土流失，在公路两侧设立了独立的排水系统，保护路基免受冲刷；在公路两侧的土质边坡，植草防护，保护路基，在全路段沿线植树绿

21、化、美化环境，防止水土流失。 浙江省余杭区闲林埠至富阳市祝家村公路改建工程，项目起点位于闲林镇，与02省道相衔接，沿已拓宽为36m的闲富路穿过闲林镇，在K1+727处偏离老路，通过新建闲林隧道至杨公坞，而后在既有公路左侧拼宽避开闲林公墓至里山村，通过新建万丈山隧道至里长子坞，然后依次通过外长子坞、分金岭、施家园村、夹弄里、孙家溪，至终点祝家村，与320国道相接（320国道桩号K240+500附近）。路线全长11.394公里。设桥梁7座，隧道3座，平面交叉5处，涵洞61道，路基挖方23.42万立方米，填方19.42万立方米，总占地40.99公顷，拆迁房屋约32101平方米，总投资为63707万元

22、。设计采用一级公路标准，推荐路基宽度采用26米，考虑行人及非机动车通行，设计速度80km/h。根据环评要求,在桥梁和沿河流路段一侧设计建设中加强防撞装置，桥梁集水沟及两头集水池建设，防止营运期事故性水污染的发生。 江苏省南京至淮安高速公路马坝至六合江苏段工程。南京至淮安高速公路马坝至六合江苏段经南京、淮安两市，中间隔宁淮高速安徽天长段。南京段路线起于南京市六合区新集镇，与宁淮高速公路南京江北段终点相接，跨越滁河、滁河古道，经程桥镇，在竹镇附近进入安徽境内，与宁淮高速公路安徽天长段相接，南京境内路线长36.713公里。淮安段起于宁淮高速公路安徽天长段的终点，经淮安市旧铺镇、黄花塘镇、马坝镇，接南

23、京至淮安高速公路马坝至淮安北环段，淮安境内路线长25.925公里。针对危险品运输事故，建设单位加强了桥梁两侧防撞护栏设计，增加了滁河特大桥、羊山河滁河古道特大桥桥面排水收集系统。营运公司制定了宁淮高速危险品车辆事故处置预案，加强对危险品运输的管理，在恶劣天气条件下通过可变情报板发布警示预告，限制车速或封闭高速公路，强化危险品运输车辆的通行许可和安全检查，同时确保紧急电话、排障车和事故应急系统处于良好状态。 江西省景婺黄高速公路，为了避免运输化学物品和危险品的汽车发生公路交通事故时化工品和危险品落入水体，景婺黄养护中心完成了对景婺黄高速公路沿线新平大桥、赋春水大桥、星江河大桥三座桥梁加设横向排水

24、和应急池工程。新平大桥、赋春水大桥、星江河大桥三座桥梁所跨河流都是景婺黄高速公路沿线居民生活饮用水的主要水源。为了防止运输化学物品和危险品的汽车发生公路交通事故时化工品和危险品落入水体，污染水质，景婺黄养护中心对上述三座大桥分别加设了横向排水管以及应急池。车辆在桥上发生交通事故后，泄漏的化工品和危险品首先通过桥梁横向排水管排至应急池，在应急池里经过与其他化学物质处理确保无污染后再排出，确保了河流水质不受污染。1.6公路桥梁排水系统设计中的不足现有排水系统的设计不合理分析：(1)、采用常规桥梁排水方式，桥面水通过沿桥纵向一定间距设置的泄水管直接泄入水体，缺乏事故径流收集系统。这种直接排放的方式对

25、环境危害较大，一旦在桥上发生化学危险品运输车辆翻车、危险品泄漏等事故，危险品径流或固体粉末将通过桥面泄水管直接进入水体，对下游造成不可估量的环境风险，并可能诱发饮用水安全事故，对水体环境造成严重的污染和破坏，甚至会破坏水体的原有生态功能。(2)、截流管设计缺乏科学合理的计算，管径、坡度确定不合理。纵向截流管的设置，改变了原有排水方向，必须通过水力计算合理确定管径。截流管管径过大，导致排水工程造价增高；管径过小，导致桥面积水，使交通阻滞或引发交通事故，同时积滞在桥面上的含氯化物的冰雪融水会使桥面板混凝土内的钢筋锈蚀，从而降低桥梁的使用寿命。(3)、事故径流储存池容积过小，或位置设置不合理。经调查

26、，部分桥梁的截流管末端无收集池，截流管将水引至水面范围后就地排放，排水最终仍通过地表漫流进入水体，部分收集池容积不足20 m3。(4)、某些事故径流集水池不具备雨后及时排空、随时准备接收事故径流的功能。大部分集水池无排空管阀、溢流管等必要装置，桥面径流超过池顶后无组织溢流，造成池体周围地面冲刷、地面长期积水和地基下沉；雨后存留在池内无法溢流的部分仅依靠自然蒸发耗散，导致雨后较长时间集水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。（5）、目前国内外对于雨水径流污染、雨水径流的合理有效的处理方法以及初期雨水量的确定等等的研究都还不成熟，所以在面源污染这个领域还有

27、许多的问题有待进一步研究。通过分析可知，合理有效的桥梁应急排水系统应在常规直排方式的基础上增加设施：（1）、及时有效地将桥面雨水径流排除的桥面径流截流管。（2）、具有合理有效的雨水径流储存池容积和应急功能的危险品泄漏事故径流储存池。第二章 设计任务书2.1 设计内容目前，在公路交通环境保护领域，由于危险品运输车辆发生事故导致的化学危险品事故径流进入敏感水体已经引起了相关部门的广泛关注，对跨越敏感水体的桥梁设计桥面径流收集系统已经成为公路环境保护设计不可或缺的一个领域。通过毕业设计，实践掌握给排水管道系统课程的相关水力计算方法，并锻炼利用MATLAB软件编写计算程序的能力。2.2 设计工程概况宁

28、波地处我国东海之滨，长江三角洲的东南隅，苏、沪、浙中心区域。宁波独特的地理位置和资源优势，决定了宁波在苏、沪、浙地区发挥日益重要的纽带作用。近年来，随着苏、沪、浙地区经济的快速发展，地区之间的社会交往日益频繁，交通出行需求日益增大，而宁波作为该地区区域中心之一，市区道路网承担大量的周边地区过境及出入境交通，由于现有杭甬高速及其它国省干线均穿越城区，因此大量的周边地区过境及出入境交通与宁波市市区交通一起给宁波市市区交通网造成沉重的交通压力，堵塞现象时有发生。随着城市的发展和规模的扩大，现有的杭甬高速公路将穿越宁波市中心区，在未来路网格局中难以发挥快速疏散过境交通的功能。为了缓解周边地区过境和出入

29、境的交通压力，宁波市相继改造了一批国省干线，并依据宁波市城市总体规划（19952010）提出了新的“一环五辐射”干线路网规划格局，其中的“一环”即拟建的宁波绕城公路，“五辐射”分别为向西北沪苏方向的杭州湾通道南岸连接线（规划），向西杭绍方向的杭甬高速公路（已建成），向西南金衢方向的甬金高速公路（规划），向南台温方向的甬台温高速公路（同三线的一部分，即将建成），向东舟山方向的甬舟连岛工程，其中“五辐射”中的四条放射线集中在宁波市的西部、西南、西北部，与拟建的绕城公路关系密切，使其成为这些辐射线之间以及其它国省干线之间重要的联络线，对疏散宁波市过境及出入境交通将发挥重要的作用。宁波绕城公路的建设地

30、位应看作是国家公路网主骨架同三线的重要组成部分，因为同三线在浙江省的作用就是连接沿海中心城市和沿海主要港口城市，以充分发挥中心城市的辐射功能和沿海港口城市对经济发展的带动作用，而拟建的宁波绕城公路正是适应了这一需要。所以，综上所述，从近况的需要和远景规划综合分析，宁波绕城公路的建设地位应看作是国道主干线的重要组成部分，其主要的作用和功能是连接国道主干线、省道、城市道路等，它符合宁波市城市总体规划，亦是宁波市综合运输网规划（19982020）中“一环五辐射”公路网总体规划的关键部分，绕城公路的建设对发展大交通，解决过境交通、缓解城市交通压力，提高宁波市公路网的整体水平，发挥路网规模效应，增强宁波

31、港的集、输、运能力，促进宁波市经济快速、持续发展，实现区域经济一体化，把宁波港建成现代化国际港口城市，具有十分重要的意义。宁波绕城公路西段（骆驼姜山）是整个宁波绕城公路最主要的一部分，它的先期实施可以加快沟通329国道、杭州湾交通通道、杭甬高速公路、甬金高速公路、同三线之间的联系，使宁波西部交通尽快形成网络，对加强同三线的全线贯通，将起到龙头作用，所以它的建设已经势在必行。浙江省交通厅、宁波市交通委员会、宁波市高等级公路建设指挥部十分重视宁波绕城公路的建设，早已着手进行前期工作。总之，宁波绕城高速公路位于宁波市境内，是国家公路网主骨架同三线的重要组成部分，于2007年底建成通车，通车后承担该区

32、域繁忙的交通运输需求。由于该公路跨越了几条具有饮用功能的水体，因此根据国家环境保护局的要求，需对上述桥梁做桥面径流收集系统的设计，确保危险品事故径流被妥善截流不进入地表水体。本设计为宁波绕城高速公路奉化江大桥桥面径流排水系统和化学危险品泄漏事故径流的收集系统设计，应当实现化学危险品泄漏事故径流有效收集，从而避免化学危险品进入敏感水域的环境风险，同时也要确保桥面雨水径流及时排出，以及将初期雨水径流收集排放至径流储存池并经过一定的处理后达到相应的排放标准再排放至水体，减轻雨水径流对水环境的污染和破坏。公路桥梁图纸另外提供。2.3 工程设计资料设计基本参数表2.1如下表2.1 设计基本参数表 桥梁名

33、称桩 号设置位置桥梁宽度（m）管道坡度（）北渡奉化江特大桥K30+370K30+415（跨南塘河）左幅外侧半幅：23.32.361右幅外侧2.361K31+581K31+640（跨奉化江）左幅外侧1.0右幅中分带侧1.0K31+640K31+811（跨奉化江）左幅外侧2.488右幅中分带侧2.488图纸见宁波绕城高速公路奉化江大桥桥梁工程图。2.4 气象资料宁波地区属北亚热带湿润季风气候，雨量充沛，温暖湿润。(1) 温度：年平均温度16.2，极端最低温度零下11.1，极端最高温度39.7；(2) 降雨量：年平均雨日159天，年平均降雨量1426毫米； (3) 风：宁波100年重现期下的基本风速

34、值为31.3 m/s，基本风压值为0.6 KN/m2。根据项目区域的地形条件、静阵风系数和空气阻力系数，计算得到静阵风风速Vg= 47.24 m/s，静阵风风压FA= 3.0 kN/m2。2.5 地质地震资料(1) 工程全线位于第四纪滨海淤积平原，地形平坦，平均海拔2米；(2) 全线路基均属软土路段，勘探资料表明，浅部为全新世地层，岩性以海相的淤泥质土为主，性质较差；(3) 根据中国地震烈度区划图（浙江部分）1990年，项目经过的地区地震基本烈度为VI度。2.6 设计主要技术指标桥面径流收集系统建成后，其应确保危险品事故径流不直接进入地表水体，即径流收集系统具有应急功能。此外，不可影响雨水径流

35、的及时排放，需确保路面不积水。第三章 设计说明书3.1 设计过程综述3.1.1设计的内容本设计的设计内容主要包括两个部分：一是对宁波绕城公路跨南塘河路段和跨奉化江路段的桥面排水管道系统的设计及计算；二是对其设计管段的初期路面雨水径流进行收集储存，并设计及计算径流储存池的大小。3.1.2设计的目的危险品运输车辆发生事故导致的化学危险品事故径流进入水体，对水环境造成了严重的污染和破坏。地处宁波的奉化江属于二类水体，现有相关的排污法律法规仅仅针对点污染源规定了二类水体禁止排污，但是当点源污染被有效控制后,面源污染就成为城市水质恶化的主要原因之一。降雨径流是面源污染的主要组成部分，降雨径流冲刷路面后携

36、有大量沉积污染物，国内外许多研究表明：公路路面径流对其地表受纳水体的污染贡献值很大。实测表明其中主要污染物成分为悬浮固体（SS）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、重金属离子如Pt、Cr、Cu、Ni等以及多环芳香烃（PAHs）、油和脂等。 本设计的目的是收集和处理桥面雨水径流，设计的桥面径流收集系统实现了收集桥面雨水径流并及时排放和化学危险品在运输中可能发生的泄漏事故径流的收集，并将初期雨水收集至储存池经过一定的处理后排放，防止污染物直接进入奉化江，减少对奉化江的污染。3.1.3设计的方法雨水管道设计按管道满流设计，其每个管段的设计、计算的步骤方法相同，因此可通过MATLAB软件编写

37、程序对设计管段进行管道水力计算。通过这种方法不仅能快速准确地完成管道的水力计算，还能提高计算机软件在实际工程的应用能力。另外，目前国内外对于初期雨水的研究都比较不成熟，因此在设计雨水径流储存池时，需要阅读大量的文献资料，通过类比参考相关数据来对雨水径流储存池进行设计、计算。3.1.4宁波奉化江水质执行标准依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类： I类 主要适用于源头水、国家自然保护区； 类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等； 类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖

38、区等渔业水域及游泳区； 类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区； 类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。 对应地表水上述五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别的标准值。水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值。同一水域兼有多类使用功能的，执行最高功能类别对应的标准值。实现水域功能与达功能类别标准为同一含义。宁波的河流有余姚江、奉化江、甬江，余姚江发源于上虞县梁湖；奉化江发源于奉化市斑竹。余姚江、奉化江在市区“三江口”汇成甬江，流向东北，经招宝山入东海。宁波市余姚江水污染防治条例第七条规定余姚江水质执行国家地面水环境

39、质量标准(GB3838-88)类标准，其中饮用水源一级保护区执行类标准。宁波市奉化江与余姚江属于宁波地区同一类地表水体，奉化江可按宁波市余姚江水污染防治条例执行国家地面水环境质量标准(GB3838-88)类标准，则相应的污水排放标准执行一级排放标准。3.1.5公路桥梁排水系统的设计要点由于雨水径流中含有大量的污染物，国内外许多研究表明：公路路面径流对其地表受纳水体的污染贡献值很大。公路暴雨径流的可生化性差,石油类、CODCr、悬浮固体和重金属是其包含的主要污染物。其中石油类、CODCr、悬浮固体和Pb含量严重超过我国地表水类水质标准。目前公路雨水排水多为就近出浜，路面径流经边沟排入河道，污染物

40、直接排入水体，对水体造成一定污染。若在水源保护区有公路桥梁跨越，其公路径流直接排放到水体会对水源造成严重的污染，严重者会使水体丧失原有的引用功能。收集处理公路排水中的污染物是有待解决问题之一。公路排水的最终出路是附近河道，如果在入河道处设置截留设施，不让初期雨水直接排入，即可实现对雨水中污染物的控制。借鉴雨水调蓄池的做法，先将边沟排水导入调蓄池中，初期雨水先进入池中沉淀，过量雨水则可通过堰溢流入河中。当设有初期雨水调蓄池的地区一旦突发污染物泄漏事故，只要切断调蓄池出口与河道的联系，就能有效控制其对水体的污染。由于公路线路较长，排水量大，无法也没必要在全部出口设置过大容积的公路径流调蓄池，只在重

41、要河道及环境敏感处，设置一定范围内初期雨水容量沉淀池，并考虑能蓄纳一次化学危险品泄漏事故径流容量的收集，初期雨水或化学危险品泄漏事故污染物经截流处置，可以避免直接进入水体以免对水体的直接污染。3.2 宁波绕城公路奉化江大桥桥面排水管道的设计3.2.1设计流量的确定 根据雨水管道设计原理, 排除桥面雨水的截流管采用极限强度理论设计,即设计暴雨强度、降雨历时、汇水面积均取相应的极限值,设计流量Q的计算式为 （1）式中：Q为设计流量F为汇水面积,等于路面宽度W 和排水路段长度L 的乘积(hm)。Ir为暴雨强度,对应集流时间的降雨强度（L/(shm)。查阅相关气象资料，宁波市地区的暴雨强度公式7为：

42、（2） 其中：P为设计降雨频率标准,即重现期(年)，根据公路排水设计手册高速 公路取5年高速； t为设计降雨历时，即集流时间，设计降雨历时是指所设计管道对应的汇 面积中最远的一点到达集水点的雨水流行时间。3.2.2排水管道水力计算 一、初始管段的计算桥面有纵、横坡，桥面雨水实际流向是从桥面最高处沿纵、横坡的组合斜坡流行。设计计算时，可将该过程简化为经桥面内横向漫流过程和防撞护栏与桥面形成过水断面的纵向集流过程排至一定间距的泄水管。在应急排水系统中，设置纵向截流管将各泄水管排水收集引至水域外。截流管的设计流量沿排水方向在不同管段不断增加，桥梁排水设计中汇水面积的划分是由桥梁半幅的宽度和汇水口之间

43、的距离决定的，根据公路排水设计手册的规定集水口之间的距离取5米。如图3.1所示，每一段收集管段对应的汇水面积面积依次为：F1,F1+F2,F1+F2+F3 图3.1 桥梁排水计算方法示意图根据图3.1所示的简化设计计算方法，t12包括横向漫流时间和纵向集流时间，文献 8、文献 9推荐采用下式计算。对于初始的第一个管道，最不利点为汇水区域中和收集口处于矩形对角点关系的最远点，t12就是指雨水从这一点流到收集口的时间。 （3）式中: 为横向漫流时间，即雨水从最不利点处沿横向流经桥梁最大宽度的距离所用的时间，与桥面宽度和横坡有关（min），为纵向汇水点最远处水流至第一个泄水口的时间即纵向汇流时间,与

44、排水断面形式和纵坡有关(min)。 （4）其中:m1为地表粗糙系数，沥青混凝土路面取0.013，w为桥梁横向的宽度，本设计中半幅桥宽为23.3mih为桥面横坡，本设计桥面横坡为0.02 （5）其中：li为最不利点到汇水口的纵向距离，本设计中为5米。设计中，vv也可按Rziha经验公式计算，根据Rziha经验公式 （6）式中: vv为纵向汇水平均流速(m/s);iv为桥面纵坡。由以上各式可以计算出第一段管段的设计流量Q，由于设计管段是满流，所以根据曼宁公式，可以算出管径。 （7） （8）其中：A为管道的断面面积 R为管道的水力半径 I为管道的水里坡度与桥梁纵坡一致m为管壁粗糙系数在桥梁排水设计中

45、选用PVC管，因其具有强度高、表面光滑、耐腐蚀、质量轻、施工方便等优点,常在桥面排水系统中采用10其粗糙系数为0.010。利用公式（1）到（6）计算出Q在把Q代入（8）中可以求出d即管径。二、其它管段的设计经过第一段管道设计后计算出第一段的管径d，流量Q，平均流速V，以及第一段的管道流行时间t。可以根据公式（5）计算出在第一段管道里的流行时间t(k)，叠加在第一段计算时的流行时间，就是第二段的集雨时间t(k+1)，代入公式（2）计算出降雨强度Ir(k)，在计算在第二个收集口的汇水面积F1+F2+F3+Fk即可代入公式（1）计算出第二段管道的流量Q(k)。再利用公式（8）计算出第二段的管道直径d

46、（k），再将直径代入公式（7）计算出管道内的平均流速V(k)，再代入公式（5），如此循环计算就可以逐一计算到最后一段管道的管径的d（k），流量Q（k）。在实际计算中，要是通过人工来完成这些计算式非常繁琐的，在计算机技术如此发达的今天，使用计算机工具来完成计算，无疑可以大大提高计算效率和准确率。3.2.3管道水力计算的实现一、MATLAB软件简介MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作：