趙文儀 ，方詩圣 （合肥工業(yè)大學宣城校區(qū)，安徽 宣城 242000）

1 引言

在高速公路運輸過程中，一旦裝載有危險化學藥品的運輸車輛在跨水源地橋梁上發(fā)生側翻事故，危險化學藥品極有可能發(fā)生泄漏，從而導致嚴重的水源污染事件。根據(jù)《公路環(huán)境保護設計規(guī)范》（JTG B04-2010）[1]，公路橋梁跨越飲用水水源地保護區(qū)，橋面排水宜排至橋梁兩段并設置沉淀池（及應急池）處理?！蛾P于加強公路規(guī)劃和建設壞境影響評價工作的通知》（環(huán)發(fā)[2007]184號）[2]要求，對跨越敏感水體的橋梁，應在橋梁上設置橋面徑流水收集系統(tǒng)，并在橋梁兩側設置沉淀池對事故后的橋面徑流進行處理。

現(xiàn)有橋面排水通常利用橫坡及縱坡將雨水匯集于雨水口，之后利用排水短立管和排水橫干管等將雨水排除[3]。存在的問題如下：①現(xiàn)有應急池在收集事故水的同時兼具匯聚雨水的作用，雨水與事故水混合儲存和排放，造成潔凈雨水浪費；②目前應急池是靠自然蒸發(fā)(一般需要10～15天)清空池內積水。但是在降雨量大且頻繁的雨季，如果遇到?；沸孤┦鹿?，池體不能提供有效的存儲空間，失去應急功能；③大多應急池缺乏遠程控制、水位報警等信息傳輸功能與人工配合，因而無法做到及時排空，水源地管理存在問題[4]。

現(xiàn)有研究多致力于橋面排水管道的改進及應急池的容積設計計算，缺乏對排水系統(tǒng)的整體設計，對污染物和雨水的分類處理不夠全面。

2 智能應急排水系統(tǒng)設計

橋面徑流作為一種具有較大污染潛力的污染源已經(jīng)得到了各發(fā)達國家的廣泛關注。其中通過收集相關數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，危險化學藥品（污染物）可分為3類：不溶于水且密度小于的水的有機污染物（41%），導致pH等常規(guī)指標發(fā)生明顯改變的可溶性污染物(30%)及其他類污染物（29%）,詳見表1[5]。

污染物占比 表1

針對現(xiàn)有應急池，進行相應改造。利用部分有機物污染物與水互不相溶導致溶液分層，自動分離該部分有機物，然后由速測探頭對余下的液體進行檢測，最后由數(shù)據(jù)庫反饋系統(tǒng)進行可排放置信度的判別。安全高效地判斷污染水和清潔水，及時報警處理或排空，避免潔凈水的浪費和污染物過多造成的溢流，最大限度降低事故水對水源地造成不利影響。

2 系統(tǒng)組成

2.1 自動分離系統(tǒng)

利用有機污染物與水互不相溶導致溶液分層，通過浮子位置控制有機物排污閥的啟閉，自動分離不溶于水的有機污染物。

自動分離區(qū)出水口處為凹形構造，以提供一個穩(wěn)定的水位高度，即液封高度，該高度是浮子控制有機物排污閥啟閉的臨界高度，同時凹型構造為探頭檢測提供穩(wěn)定區(qū)域。

特定浮子設計成密度稍小于水，可浮于水和有機物的分液面，通過浮子位置控制有機物排污閥的啟閉。當浮子高于臨界高度時，有機物排污閥門關閉，來水經(jīng)由探頭檢測后流入收集池；當浮子位置低于臨界高度時，有機物排污閥開啟，來水進入有機物收集池。

2.2 檢測系統(tǒng)

采用相關速測探頭，對分離后的來水的部分水質指標進行檢測，確定是否可以排放。若水質不達標，則收集池閥門關閉；若達標，則由數(shù)據(jù)庫反饋系統(tǒng)進行進一步判別。

2.3 數(shù)據(jù)庫反饋系統(tǒng)

采用模式識別理論[6]，基于機器學算法，讓計算機自動判斷當前水體是否可排放。并將所有水質檢測信號，進行數(shù)據(jù)集成，同時發(fā)送水位信號，做到遠程控制，便于后續(xù)計算機的學習和應急池管理。

2.3.1 檢驗識別模型的訓練與建立

創(chuàng)建訓練數(shù)據(jù)集。根據(jù)水體的物理化學屬性，將可能出現(xiàn)的污染物歸類。再通過設計分類算法，訓練分類模型。針對水質識別，可采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(RNN)來進行識別[7]。將數(shù)據(jù)集分為訓練集和測試集兩部分，將訓練集中的各指標特征值和對應的樣本標簽輸入RNN，RNN會建立二者的映射關系。樣本容量越大，對應的映射關系就會越準確。最后檢驗識別模型，訓練完成之后，使用測試訓練集進行驗證，僅輸入樣本特征值，RNN會給出相應的樣本標簽，與真實的樣本標簽進行比對，可以求出RNN模型分類的精度。

當模型檢驗精度達到要求以后，可將這樣一套裝置用于識別可排放液體。模型每次給出當前液體可排放的置信度，當置信度符合期望時，就可以排放液體。

2.3.2 水位計報警裝置

有機物收集池與另一收集池用混凝土墻隔開，墻底部安裝聯(lián)通閥。若單一池體存儲污水量過大，水位達到預警水位，連通閥開啟，可以有效擴容，充分利用池體。

2.4 工作原理

正常狀態(tài)下，液封段儲有一定水量，當無橋面徑流進入時，浮子位于液封水面處。當有橋面徑流進入過濾池時，分為以下3種情況，過程圖如圖1所示。

①來水中含有不溶于水且密度比水小的有機物。浮子位于水與有機物的分液面處，當分液面低于液封高度時，有機物排污閥開啟，有機物由途徑1進入有機物收集池。

②來水中含有可溶性污染物。過濾池內水位上升，浮子位置高于液封高度，有機物排污閥關閉，來水進入檢測區(qū)域，由途經(jīng)2經(jīng)速測探頭對水質進行檢測。若水質檢測不達標，收集池排水閥關閉，來水儲存于池內，并發(fā)出報警信號；若水質檢測達標，則啟用數(shù)據(jù)庫反饋系統(tǒng)分析該來水可排放的置信度，置信度不符合期望，收集池排水閥關閉，來水儲存于收集池內，并發(fā)出報警信號。

③來水為普通降雨。過濾池內水位上升，浮子位置高于液封高度，有機物排污閥關閉，探頭檢測達標，可排放置信度符合期望，來水由途徑2經(jīng)過濾池、收集池排入河流。為解決單一池體容量不足問題，在收集池及有機物收集池側壁設置水位計。若污染物量過大，水位超標，則水位計報警，連通閥開啟，收集池和有機物收集池聯(lián)通。

圖1 進水過程示意圖

3 結論

本作品可針對現(xiàn)有橋梁排水系統(tǒng)中應急池進行改造，結合數(shù)據(jù)集成和遠程操控技術，為未來水源地突發(fā)污染事件的應急管理提供參考，具有以下優(yōu)點：

①利用特定密度浮子的位置變化，高效分離有機物，解決速測探頭無法檢測有機物的問題；

②可以實現(xiàn)天然降水自動排放，保證池體有足夠空間儲存污染物，高效攔截，保護水源地；

③數(shù)據(jù)集成云端，可由中央統(tǒng)一監(jiān)測控制，方便管理。