我國橋梁橋面徑流收集及處理技術研究進展

郭雨佶 蘇小飛

摘 要：公路建設跨越區域廣、影響范圍大，不可避免的跨越大型湖泊、水源保護地等具有重要功能等級的地表水體。為控制橋面徑流污染，需設計橋梁橋面徑流收集及處理系統。本文介紹了橋面徑流的特點，論述了國內外橋梁橋面收集及處理技術研究現狀，對多種橋面徑流收集及處理方案進行了分析比較，并就目前存在的問題提出了相關解決措施，為今后的橋面徑流收集及處理系統研究提供借鑒和參考。

關鍵詞：橋面徑流;收集技術;處理技術;評價

隨著我國高速交通運輸行業的快速發展，公路建設及運營對飲用水源的保護及影響問題日益受到社會各界的廣泛關注，跨越具有較高水功能區劃的飲用水源等敏感水體公路越來越多。公路橋面徑流由于其重金屬、碳氫化合物和燃料添加劑等含量較高，而越來越受到國家的高度重視[1]。國家環保總局、國家發展改革委、交通部于2007年聯合頒發了《關于加強公路規劃和建設環境影響評價工作的通知》，明確規定：公路建設應特別重視對飲用水水源地的保護，路線設計時，應盡量繞避飲用水水源保護區。為防范危險化學品運輸帶來的環境風險，對跨越飲用水水源二級保護區、準保護區和二類以上水體的橋梁，在確保安全和技術可行的前提下，應在橋梁上設置橋面徑流收集系統，并在橋梁兩側設置沉淀池，對發生污染事故后的橋面徑流進行處理，確保飲用水安全。《公路環境保護設計規范》（JTG B04-2010）要求：橋梁跨越飲用水源保護區、I～II類標準的水體時，橋面排水宜排至橋梁兩端并設置沉淀池處理。

目前國內外常見的橋面徑流收集形式有溢流管方案、漫流管方案、明渠方案[2];徑流處理工藝主要有栽植植被、沉淀池、氧化塘、人工濕地、組合控制措施[3-4]。雖然橋面徑流相關研究成果豐富，技術漸趨成熟，但由于缺少系統性的研究和規范性的文件，無法實現對橋面徑流的有效收集和處理。本文通過總結橋面徑流收集及處理技術，指出目前我國橋面徑流收集及處理研究中存在的問題及未來的發展方向，為進一步開展相關研究提供參考。

1 橋面徑流的特點

橋面徑流污染是通過降雨和地表徑流沖刷、淋洗等作用，將大氣和地表中的污染物帶入受納水體，使受納水體遭受污染的現象。

橋面徑流污染嚴重，成分復雜，其徑流中含有雨水及在橋面沉積的各種類型車輛排放尾氣中所攜帶的污染物、汽車輪胎磨損的微粒、車架上粘帶的泥土、車輛制動時散落的污染物及車輛運行工況不佳時泄漏的油料等，甚至是突發性危化品泄漏事故現場的危化品。主要污染成分有COD、SS、油類、表面活性劑、重金屬及其他無機鹽類，COD、SS均可能高達數千mg/L，已超出允許直接排放水體的標準。

排放標準無明確規定。《污水綜合排放標準》中，“污水，指在生產和生活中排放水的總稱”，其是針對點源（生活污水和工業廢水）進行的規定，對面源污染排放尚且沒有明確要求。

突發性和不確定性，控制難，危害大。橋面徑流具有敞開性、面積廣的特點，公路多遠離城市，信息滯后，管理難度大。降水或橋面有毒有害物質泄漏（滴漏）是隨機事件，發生的時間和有毒有害物質的種類均具有突發性和不確定性。

2 橋面徑流收集及處理技術研究現狀

早在20世紀70年代初期，歐美發達國家就開始了對城市道路和公路的徑流研究，并發展成相對獨立的研究領域，逐步形成了理論體系[5-6]。2000年美國實施《新清潔水法》后，對公路路域排出水的質量指標提出了明確要求，公路管理部門需增設沉淀池和過濾裝置;德國、澳大利亞等發達國家也都相繼給予高度的關注，對路面徑流雨水的水質特性、地表水體的影響評價、地表徑流污染排放規律的數學模擬以及污染控制措施等都進行了大量的工作[7-8]。其中，德國專家Stotz[9]對德國FRG地區3條交通量較大的公路上的145場降雨監測數據進行了分析，研究表明路面徑流主要染物有SS、COD、N、P營養物、重金屬、多環芳香烴和氯化物等。SHI Fei[10]從水環境保護的角度提出了橋面徑流需要分類處理;Malina J F[11]以美國三個不同水域的橋面徑流對于水域的影響情況進行分析，提出了針對性的橋面徑流處理方案。

與國外發達國家相比，我國橋面橋梁徑流收集與處理技術的研究起步較晚，很多研究尚處于起步階段，直到1996年，《公路建設項目環境影響評價技術規范》才把路面徑流造成的環境污染作為評價地表水環境污染的因素之一。

2.1 橋面徑流收集技術研究現狀

橋面徑流收集技術是在橋梁橋面上設置管道或渠道等收集系統，將橋面徑流引至地面設施中。根據目前國內設計的橋面收集系統，可分為封閉式和敞開式兩種縱向排水系統[12]。近十年來，越來越多學者針對具體工程提出了橋面徑流收集方案。如張科等[13]介紹了三種橋梁排水收集方案及各方案的優缺點和經濟性比較，并在蘇浙皖高速公路浙江段跨水域橋梁中進行了運用。石保同等[14]在研究現行排水結構的基礎上提出了橋面設置雙護欄專用防污、排水通道的工程措施等。張煥州[15]以榮成至烏海國家高速公路靈丘至山陰段工程18座大橋為背景，介紹了橋面徑流收集系統設計技術，對開展運營期橋面徑流和危化品泄漏事故收集及跨越敏感水體水環境保護措施的研究提供借鑒。李良等[16]針對傳統橋梁排水設計的不足之處，從保護環境、尊重自然的角度出發，對高速公路橋梁排水現狀和基于水源保護橋梁排水理念進行了闡述，并結合成都市實際情況，提出了基于環保理念的新型高速公路橋梁排水設計方案。王磊等[17]針對常熟至嘉興高速公路特大型橋梁橋面徑流污染控制，創新性設計了雨水管+水渠的雙管方式收集初期雨水。彭曉彬[2]總結了溢流管、漫流管和明渠方案三種常見的橋面徑流收集形式，并從景觀效果、對結構影響、運營維護、施工便利性和工程經濟性等多方面因素進行比較分析。

2.2 橋面徑流處理技術研究現狀

目前國內外較常見的橋面徑流處理技術主要有植被控制、沉淀池、氧化塘、人工濕地、滲濾系統等。尹勤思等[18]結合小磨公路工程情況，橋面徑流處理工藝設計成為以事故污染物臨時貯存為主，兼顧沉砂、隔油功能的集水池。有研究表明橋面徑流處理技術采用人工濕地、氧化塘，取得了較好的效果[19-20]，但是該措施的應用一方面受氣候條件限制，另一方面占地面積大，且需要良好的清理維護才能持續發揮作用，否則其自身容易變成污染源。除沉淀池外，其他措施涉及土壤、植物及微生物，一旦危化品泄漏物或事故水進入由上述措施構成的工程單元，將破壞其系統結構及功能，嚴重時會對處理系統之外的自然土壤、水體造成污染，進而對周邊生態系統形成破壞。

近幾年，由于對環保的越來越重視，橋面徑流處理研究多集中在組合控制措施及其智能化處理。如李定策等[21]針對汨羅江特大橋橋面徑流，提出了雨水分流井+應急調節池+沉淀隔油池+生態過濾池的橋面徑流收集處理工藝。譚生光等[22]基于危險品運輸事故防控的橋面徑流，提出了由橋梁危險品運輸車輛事故監控系統、氣象監測預警系統、徑流收集管道系統、危險品泄漏應急收集和雨水徑流收集處理系統等4部分組成的。曾厚波[23]以山西省某高速公路為實例，針對不同特征的敏感水環境，分別提出了隔油沉淀池+人工濕地、二次隔油沉淀池的橋面徑流收集與處理技術。孫金等[24]以河南省西部三淅高速公路丹江大橋為背景，提出了由橋梁監控報警系統、橋面徑流管道收集系統、橋面雨水處理及危險品泄漏應急儲存系統3部分組成的橋面徑流收集和應急處理綜合系統。張魁等[25]以武深高速公路坪山大橋為例，提出了水環境敏感區域橋面徑流處理技術采用“沉淀+生態凈化+應急控制系統”技術方案。

隨著研究的逐步深入，學者提出了一些新穎、智能化橋面徑流處理技術思路。苗乾[26]針對高速公路橋面徑流處理，提出了功能型生態濾床技術，其中功能型生態濾床主要填充材料是功能性催化生物載體。焦明東等[27]為了實現橋面徑流的智能化處理，設計了包括本地控制和遠程控制的智能控制系統，實現了橋面徑流的智能分類、分流處理，且對于危化品具有預警功能。張澤乾等[28]基于高速公路跨敏感水體橋面徑流水質特性及現有高速公路橋面徑流處理設施，提出基于物聯網的調節隔油池+綜合處理池的跨敏感水體橋面徑流處理思路。

3 我國橋面徑流收集與處理技術存在的問題及解決措施

3.1 橋面徑流收集與處理技術設計滯后，應提前規劃設計

目前采取的橋面徑流收集、處理設施多為應付竣工環保驗收而補充設置的，通常是加裝PVC管道將橋面徑流引入兩側沉淀池中，未將其納入工程設計、施工考慮中，因此普遍存在縱向排水管、收集池等設計不合理的問題。

合理有效的橋面徑流收集與處理應結合橋梁主體設計提前進行規劃、設計，執行“同時設計、同時施工、同時投入運行”，體現預防為主，保護優先的原則，不單單從經濟造價角度出發，應充分考慮長遠的保護生態環境的角度，對經過水源保護區的橋梁進行多方案的論證，比選出對生態環境影響較小的最佳方案。

3.2 橋面徑流處理技術單一，應多采用組合控制措施

目前國內部分涉及敏感水體的橋梁仍采用“泄水口-直排”的方式，一旦發生危化品運輸車輛翻車、泄漏等情況，將對敏感水體造成不可估量的環境風險。橋面徑流大部分處理主要采用單一的沉淀池方案。

在常規直排方式的基礎上，增加能及時有效地將橋面雨水徑流收集、排除的縱向排水管和妥善收集危險化學品事故徑流的收集池。應結合工程橋面徑流污染特征、氣候特征及周邊地形地貌、可用占地和工程造價等因素采取更為合理的徑流污染控制措施，可考慮植被控制、沉淀池、氧化塘、滲濾系統、人工濕地等相互組合的控制措施，結合互聯網，設計遠程控制的智能操作系統。

3.3 無法及時發現危險品泄露事故以及遠程啟動危險品收集系統，應實現危險品泄露應急需要

由于目前橋面徑流都未設置自動化監控設備和應急控制處理系統，其應急功能大都要依靠人工現場開關閥門等復雜的手動操作才能實現，因此不能在危險品泄漏的第一時間被監控發現，無法及時啟動危險品泄漏應急處理系統。

應實現橋面徑流監控與應急響應自動銜接，研究基于事故視頻圖像檢測技術的自動化控制策略，建立應急監控操作系統、危險品車輛事故監控預警系統。

3.4 橋面徑流收集與處理技術體系不健全，應建立專項技術規范指導和排放標準

目前，國家及有關部門對跨越飲用水源保護區的公路項目的水環境污染設計只有一些原則要求，尚無專項技術規范指導，且對面源污染排放標準尚沒有明確要求。

應總結國內外橋面徑流收集系統，制定統一的科學計算方法，包括初期雨水徑流量計算公式以及收集管的尺寸、材料、安裝方式等，制定橋面徑流處理系統的工藝、規模、排放標準等規范指導。

4 結語

隨著高速公路的迅猛發展，再加上國家對水環境保護工作越來越重視，橋面徑流污水污染問題也越來越受到關注，對橋面徑流進行收集與處理將有利于高速公路生態環保進一步協調發展。本文就當前我國橋面徑流收集與處理方案進行總結與探討，指出橋面徑流收集與處理系統應根據其徑流污染特征、氣候特征及周邊地形地貌、可用占地和工程造價等因素，并結合各種控制措施的特點來合理設置徑流處理系統，達到截留、處理以及防范風險的效果。

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