高速公路徑流污染風險防范技術研究

賀勝義

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

截至2015年底，山西省高速公路通車里程已超過5000 km，占路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”的68.9%。據(jù)2009年和2014年調整規(guī)劃環(huán)評報告統(tǒng)計，新規(guī)劃高速公路中有50%以上穿越水環(huán)境敏感區(qū)，在運營過程中由路面徑流沖刷污染物進入受納水體而產(chǎn)生的面源污染對周邊水環(huán)境的影響已引起廣泛關注，尤其是危化品道路運輸事故，不僅會對水環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，甚至會危及人群健康和生命安全，社會影響巨大。

據(jù)國家環(huán)保部統(tǒng)計，由危化品道路運輸事故導致的環(huán)境污染事件數(shù)量已占環(huán)境污染事件總數(shù)的25%左右，80%以上的危化品涉及到異地運輸問題。因此，開展路面橋面徑流污染風險預防研究，對于保障區(qū)域水環(huán)境安全，實現(xiàn)綠色交通可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 現(xiàn)狀分析

目前，山西省高速公路涉及水環(huán)境敏感路段共計約90處，其中，涉及重要水庫的路段有24處，涉及集中式地表水水源地的路段有39處，涉及泉域保護區(qū)和裸露巖溶區(qū)的路段有27處。

1.1 水源地

山西省劃定城鎮(zhèn)集中式飲用水水源地共計207個，面積共計7491 km2，其中地表水源地13個，地下水源地194個。高速公路涉及重要水庫的路段有24處，涉及集中式地表水水源地的路段有39處。

1.2 泉域

山西省政府在全省范圍內劃分了晉祠、蘭村、娘子關、辛安、神頭等19處泉域，總面積約6.56萬km2，遍布11個地市，泉域巖溶水天然資源量為35.971億m3/a，占地下水總資源量的40.24%，是全省重要的供水水源[1]。根據(jù)高速公路網(wǎng)規(guī)劃環(huán)境影響評價報告，2009年山西省高速公路網(wǎng)調整規(guī)劃新增的29條（段）高速公路中有18條（段）穿越泉域，有9條（段）穿越泉域重點保護區(qū)。2013年山西省高速公路網(wǎng)再次調整規(guī)劃新增的10條（段）高速公路中有9條（段）穿越泉域，有2條（段）穿越泉域重點保護區(qū)，因此，山西省高速公路建設涉及泉域是一種普遍現(xiàn)象。

2 徑流污染特征分析

高速公路橋面、路面徑流污染是主要污染來源，運輸車輛行駛途中的跑冒滴漏污染物隨降雨沖刷、運移匯入周邊河流、湖泊、濕地等水體，影響受納水體水質，造成地表水體污染。如有機物、顆粒物、油類、營養(yǎng)物質、重金屬等。通過研究分析高速公路徑流污染特征等，探討路、橋面徑流的影響因素，對于提出合理的徑流收集與處置技術，降低徑流對周邊水環(huán)境的影響具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.1 研究區(qū)域及方法

降雨是路、橋面徑流產(chǎn)生的主要原因，也是徑流污染物出流的載體，不同降雨特征徑流污染物出流過程不同。本文選取龍城高速公路位于源渦水源地準保護區(qū)范圍內的K9+800—K12+800由北向南路段為實驗采樣地點。其中，路面徑流采樣點設置在K10+631路基邊坡急流槽處，所取樣品為急流槽出流水樣，橋面徑流采樣點設置在K10+631瀟河大橋處，所取樣品為橋面徑流收集管出流水樣。研究主要對集中在2015年6—9月間的降雨事件進行了監(jiān)測，徑流樣品測定指標為 pH、SS、CODCr、NH3-N、TN、TP、石油類、Cu、Zn、Pb[2]。

利用美國敘古拉大學內梅羅教授提出的內梅羅指數(shù)評價，路、橋面徑流污染單項評價指數(shù)按照公式（1）進行計算：

式中：Si為i因子的單項評價指數(shù)；ai為i因子的實測結果；bi為i因子的評價標準。

以各污染物單項污染指數(shù)計算為基礎，利用內梅羅綜合評價指數(shù)進行綜合評價，采用公式（2）進行：

式中：P為內梅羅綜合評價指數(shù)；SMAX為單項評價指數(shù)中的最大值；SAVE單項評價指數(shù)的平均值[3]。

2.2 實驗結果

研究選擇2015年6—9月間的4場降雨事件進行了監(jiān)測，降雨事件包含了大、中與小3種降雨類型，具有良好的代表性，平均濃度實驗結果見表1、表2。

表1 路面徑流污染物的平均濃度 mg/L

表2 橋面徑流污染物的平均濃度 mg/L

2.3 綜合評價

分別以《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類、Ⅴ類為評價標準，以《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級標準為評價標準，計算綜合評價指數(shù)為表3～表8，對照表9可知徑流污染程度。

表3 以Ⅲ類標準綜合評價路面徑流污染

表4 以Ⅴ類標準綜合評價路面徑流污染

表5 以污水排放一級標準綜合評價路面徑流污染

表6 以Ⅲ類標準綜合評價橋面徑流污染

表7 以Ⅴ類標準綜合評價橋面徑流污染

表8 以污水排放一級標準綜合評價橋面徑流污染

表9 內梅羅指數(shù)綜合評價分級標準[4]

2.4 徑流規(guī)律

選取兩場降雨研究，2015-06-15強降雨事件中SS、CODCr、NH3-N、TN、TP、石油類、Cu、Zn 和 Pb 等徑流污染物的濃度最大值均出現(xiàn)在橋面徑流的開始階段。由此可見，橋面徑流初期的污染較嚴重，徑流產(chǎn)生后15 min內急劇下降，并逐漸趨于穩(wěn)定。

2015-07-14 小降雨事件中 SS、CODCr、NH3-N、TN、TP、石油類、Cu、Zn和Pb等徑流污染物的濃度在前120 min內一直保持平穩(wěn)的微小波動，沒有降低的趨勢，不存在初期效應現(xiàn)象。這種出流規(guī)律在降雨量小、平均降雨強度弱的降雨事件中常常出現(xiàn)。

兩種徑流的污染物出流變化過程不同，主要因為兩場降雨的強度差別，前者降雨強度大，前期沖刷充分，后者降雨強度較小，污染物沖刷出流作用不顯著，見圖 1、圖 2。

圖1 2015-06-15橋面徑流污染物出流變化規(guī)律

圖2 2015-07-14橋面徑流污染物出流變化規(guī)律

3 風險防范措施

高速公路運營階段徑流污染風險主要來源于兩個方面：一方面是沉降在路面上的機動車尾氣排放物、汽車泄漏的油類以及散落在路面上的其他有害物質隨降水徑流進入水體；另一方面為危險化學品運輸風險，若發(fā)生危險化學品運輸事故，存在污染河流水質、地下水、居民生活環(huán)境等環(huán)境風險隱患。

因此，涉及水源保護區(qū)應事先進行水資源論證，調查和分析路線與水源地的關系，確實對保護區(qū)有影響的，應進行避繞，從規(guī)劃、設計、施工和運營全過程進行水環(huán)境安全風險防范，提出有效的管理、技術措施。

3.1 管理措施

a）編制徑流污染應急預案，建立預防、預警和應急響應機制，滿足徑流污染環(huán)境事件應急管理及處置需求。

b）就近儲備應急物資、藥劑及設備。如：油類化學物質的吸附劑、中和制劑、滅火器、應急車輛、沖洗設備、電力照明設備等。

c）水源地發(fā)生徑流污染事故時，加強地下水水質監(jiān)測，保證飲水安全。

3.2 技術措施

a）徑流收集區(qū)域設置警示標志牌，利用限速、減速、注意安全等路標，提醒危化品等運輸車輛減速慢行。

b）水環(huán)境敏感路段邊溝防滲、排水末端設沉淀池，收集路面徑流水。

c）跨越水環(huán)境敏感路段橋梁設置橋面徑流水收集系統(tǒng)，橋頭設防滲沉淀池。

d）設置完善的路基排水系統(tǒng)，使路面徑流流入收集池或在路基邊溝自然蒸發(fā)。

4 結語

高速公路運營不可避免地會穿越各類水環(huán)境敏感區(qū)，在其運營過程中對周邊水環(huán)境的影響已引起廣泛關注，尤其是路面橋面長期累積的徑流污染，不僅會對周邊水環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響，甚至會長期危及人群健康和生命安全，加強落實徑流污染風險防范措施勢在必行。

本文選取有代表意義的徑流研究區(qū)域進行污染風險分析評價，提出了合理的風險防范措施，可為高速公路水環(huán)境敏感路段路面、橋面徑流收集與處置提供技術支撐，為進一步實現(xiàn)綠色交通可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。