甘肅河西高速公路施工期水環(huán)境監(jiān)測研究與分析*

王 淇

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

高速公路的修建需要經(jīng)歷幾年較長的施工周期才能完成從開工到建成通車的整個過程[1]，而施工期間會產(chǎn)生固體氣體污染物、生活和交通噪聲以及水污染物等問題，這些污染物對周邊的大氣環(huán)境、水環(huán)境、聲環(huán)境和生態(tài)環(huán)境等都會造成一系列不可預(yù)測的影響[2]。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展與進(jìn)步，國家對生態(tài)文明建設(shè)的高度重視，公路行業(yè)施工期的環(huán)境影響也日益受到重視[3-6]。施工期環(huán)境監(jiān)測工作能夠?qū)崟r(shí)把握項(xiàng)目建設(shè)引起的周邊環(huán)境質(zhì)量變化動態(tài)，引導(dǎo)評價(jià)項(xiàng)目對環(huán)境的影響程度，監(jiān)督落實(shí)環(huán)境保護(hù)措施，確保項(xiàng)目監(jiān)測結(jié)果滿足竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[7-8]。由此可見，環(huán)境監(jiān)測工作對公路項(xiàng)目的環(huán)境保護(hù)落實(shí)尤為重要。

柳格國家高速（G3011）敦煌到當(dāng)金山口是柳園到格爾木國家高速公路（G3011）在甘肅省境內(nèi)的一部分，該公路是西部大通道西寧到庫爾勒公路的一個重要組成部分，該路線在甘肅和青海兩省建成后，將成為連接新疆、西藏和內(nèi)地的又一重大樞紐，擬建公路位于甘肅省酒泉市境內(nèi)，包括敦煌至當(dāng)金山口公路主線（含終點(diǎn)占用G215線恢復(fù)工程）、沙棗園至肅北縣S303連接線和G215敦煌七里鎮(zhèn)至當(dāng)金山埡口段輔道維修改造工程，主線全長約198.97 km[9]。

1 水環(huán)境污染源特征

通過對高速公路建設(shè)引起水體污染的施工環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，歸納得出公路施工期水污染源（物）的種類和特征。

移動性污染源。在移動過程中產(chǎn)生污染物的源頭包括大中型橋梁的橋墩施工船，在施工和物料、人員運(yùn)送過程中會產(chǎn)生污染物，以油污水和生活污水的排放為主。通常情況下，施工船會嚴(yán)格遵守船舶排污規(guī)定，將含有油污的機(jī)艙水經(jīng)過油水分離器處理后，確保達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行處理后的生活污水排放達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而大大減少了對環(huán)境的危害。然而，船舶機(jī)艙水、生活污水和垃圾的隨意排放問題仍然存在，因此有必要進(jìn)行采樣分析[10]。

固定性污染源。有固定性的污染物來源是：（1）橋梁基礎(chǔ)施工期間，圍堰法或沉井法均會對底質(zhì)產(chǎn)生攪動，特別是其中的重金屬離子對水質(zhì)有較大影響，機(jī)油跑、冒、滴、漏也是一種污染源。（2）岸邊泥漿、廢渣等堆放點(diǎn)，在管理不善的情況下，雨水徑流會把金屬離子和岸邊雜物沖入水體。（3）靠近水體的施工營地生活污水在管理不善的情況下未經(jīng)處理排入水體，也是一種污染源。

由于施工期人員數(shù)量眾多，生活污水中的污染物濃度就會極高，尤其是在特大型、大型橋梁、互通式立交橋、隧道等工程的施工點(diǎn)，施工人員的生活污水污染成為施工期環(huán)境監(jiān)理過程中一個值得關(guān)注的問題。當(dāng)小河的流量為15 m3∕s時(shí)，每立方米河水中的重鉻酸鹽指數(shù)CODcr含量增加1.19 mg，當(dāng)小河的流量為2～3 m3∕s 時(shí)，每立方米河水中的CODcr含量將增加34.7 mg[11]。如果直接將這些污水排入小河中，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。需要在各類施工點(diǎn)設(shè)置化糞池對生活污水進(jìn)行處理，再將污水集中轉(zhuǎn)運(yùn)入農(nóng)田或附近城市污水處理廠處理，以降低五日生化需氧量BOD5和CODcr含量，從而減少對小河的污染程度。

綜上所述，高速公路施工期水污染源主要是橋梁基礎(chǔ)施工可能擾動的底質(zhì)和產(chǎn)生的鉆渣，此外，施工場地產(chǎn)生的生活污水和施工廢水，都可能影響水體水質(zhì)。

2 水環(huán)境敏感點(diǎn)布設(shè)

2.1 水環(huán)境敏感監(jiān)測點(diǎn)的定義

所謂水環(huán)境敏感點(diǎn)是指受橋梁施工影響的敏感水域中有代表性的水質(zhì)采樣斷面；敏感水域是指具有飲用水取水口功能、娛樂功能、養(yǎng)殖功能或農(nóng)灌功能的橋梁跨越河段、湖段或水庫段；采樣斷面的設(shè)置以橋位為基準(zhǔn)。所謂水環(huán)境敏感監(jiān)測點(diǎn)是指在受高速公路施工影響較大的水環(huán)境敏感點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確反映高速公路施工期對水環(huán)境影響程度的點(diǎn)位。

2.2 水質(zhì)采樣斷面的特征

根據(jù)污染源調(diào)查結(jié)果看，污染源具有固定性特點(diǎn)，橋梁位置是設(shè)置水質(zhì)采樣斷面的基準(zhǔn)。大型橋梁施工有運(yùn)送物料的工程船往返，若不達(dá)標(biāo)排污也會影響水質(zhì)（流動性）。橋梁施工階段中，水體污染主要發(fā)生在橋墩基礎(chǔ)施工過程中。采樣斷面和斷面上采樣點(diǎn)的確定仍然受到水體屬性的影響。水體除具有社會屬性和環(huán)境屬性外，還受橋梁特征的影響。

（1）水體的社會屬性[12]

①水體行政區(qū)劃。若有橋梁跨越各縣、市水體，享有同等受保護(hù)的權(quán)力。

②線路標(biāo)段責(zé)任。各承包商負(fù)有保護(hù)水體不受污染的責(zé)任和被監(jiān)督的義務(wù)。

③采樣斷面的交通。一般橋位能進(jìn)出，按規(guī)范在下游50～150 m范圍內(nèi)（或大江大河在下游200～500 m范圍內(nèi)）設(shè)置左、中、右垂線處，以及上游設(shè)置對照斷面處是不可（或難以）進(jìn)入的，會影響采樣斷面的設(shè)置。

④兼顧性。若斷面交通方便，且兼顧有可設(shè)置的大氣、噪聲污染環(huán)境監(jiān)測敏感點(diǎn)，可優(yōu)先考慮。

⑤是否為環(huán)評報(bào)告推薦斷面。

⑥橋型結(jié)構(gòu)。決定橋墩的數(shù)量和樁基的大小。

⑦橋梁的大小。橋梁越大橋墩越多，基礎(chǔ)施工時(shí)間越長，產(chǎn)生影響的污染源也越多，應(yīng)優(yōu)先考慮，橋梁的大小屬性也覆蓋了河流的寬窄屬性。

（2）水體的自然環(huán)境屬性[12]

①底質(zhì)質(zhì)量。橋墩施工無論用什么工藝方法均對底質(zhì)產(chǎn)生攪動，使水體中懸浮物增加，而底質(zhì)中的有害物質(zhì)特別是金屬離子會對水質(zhì)造成污染。對底質(zhì)造成影響的橋位應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)采樣斷面，此外橋墩底座鉆渣含有害成分的也應(yīng)優(yōu)先考慮。

②水文。這里指的水文屬性是指水體環(huán)境容量，即水體的寬與深，水體環(huán)境容量小的應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置。

③多種污染源影響（感官評價(jià)指標(biāo)）。主要指橋位上游是否有工業(yè)污染源或城、鎮(zhèn)、村的生活污水和垃圾排放入水體。若有則水質(zhì)的感官評價(jià)會偏低，對有多種污染源影響的水體應(yīng)進(jìn)行設(shè)點(diǎn)監(jiān)測，以明晰污染責(zé)任。故應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置采樣斷面和點(diǎn)位。

感官評價(jià)指標(biāo)分為：

A.味道和臭味（二者一般合并評價(jià)），可分為4個等級，等級越高越應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)斷面。

B.顏色。用（光電）比色法確定，色度越高越應(yīng)考慮設(shè)斷面。

C.透明度和渾濁度。水中懸浮物越多或膠體物質(zhì)越多，透明度越小，渾濁度越大，可用30 cm 帶黑十字線圓盤測透明度，透明度越低（黑十字線不能看見的深度），即渾濁度越高，越應(yīng)考慮設(shè)置斷面。

D.施工機(jī)械和岸邊堆放橋墩底座鉆渣存放點(diǎn)，為防止其任意排放或事故性排放，對其進(jìn)行監(jiān)督性監(jiān)測是必要的，故應(yīng)考慮設(shè)置斷面。

（3）水體的功能屬性[12]

水體的功能是采樣斷面設(shè)置的最重要依據(jù)，應(yīng)當(dāng)給予較高的權(quán)重，按功能重要性可排序?yàn)轱嬘盟础蕵酚盟B(yǎng)殖用水和農(nóng)灌用水。

①飲用水源。凡是屬于飲用水源的水庫和湖泊應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)置斷面；是飲用水源的河流亦應(yīng)優(yōu)先考慮，但橋位下游1 000 m以內(nèi)或上游100 m以內(nèi)有自來水取水口的應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮設(shè)置斷面。

②娛樂用水水體。由于有身體接觸，應(yīng)予第二位考慮。

③養(yǎng)殖水體。凡有養(yǎng)殖功能的水體在設(shè)置斷面時(shí)應(yīng)給予次要考慮。

④農(nóng)灌水體。凡有農(nóng)灌功能的水體在設(shè)置斷面時(shí)給予一般考慮。

2.3 水質(zhì)采樣斷面的確定

基于上述對高速公路沿線敏感點(diǎn)社會屬性和自然環(huán)境屬性的分析，要確定環(huán)境監(jiān)測敏感點(diǎn)需要考慮多因子綜合影響，用“因子分析專家打分求權(quán)法”來解決這一問題。

高速公路施工期水環(huán)境敏感點(diǎn)影響因素總分定為100分，橋梁跨越的水體的環(huán)境屬性占46%，水體功能屬性占40%，被跨越水體的社會屬性只占14%，共有36個因子影響到敏感點(diǎn)。設(shè)每一個因子都以均權(quán)影響每一個敏感點(diǎn)，即每個因子的權(quán)為1，則均權(quán)之和為36，它在所有敏感點(diǎn)評分總計(jì)中占的比例（即36個因子均權(quán)之和∕評分總計(jì)）同每個敏感點(diǎn)的相對權(quán)重在每個敏感點(diǎn)得分中占的比例（即每個敏感點(diǎn)的相對權(quán)重∕每個敏感點(diǎn)的得分）是相當(dāng)?shù)摹０凑誽/Y=x/X計(jì)算出每個聲環(huán)境敏感點(diǎn)的相對權(quán)重，其中y為因子均權(quán)之和，Y為所有因子的評分總計(jì)，x為每個敏感點(diǎn)的相對權(quán)重，X為每個敏感點(diǎn)的得分。根據(jù)打分確定施工期水環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位，見表1。

表1 “敦-當(dāng)”路施工期水環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位表

3 水環(huán)境監(jiān)測因子和監(jiān)測頻率

根據(jù)以往高速公路施工期環(huán)境監(jiān)測實(shí)際情況，同時(shí)參閱了大量的環(huán)保文獻(xiàn)，在實(shí)際情況監(jiān)測基礎(chǔ)上，提出高速公路施工期水環(huán)境監(jiān)測因子包括氫離子濃度指數(shù)pH、懸浮物SS、化學(xué)需氧量COD、氨氮和石油類。

高速公路施工期污染源具臨時(shí)性特征，在施工過程中污染源的種類和數(shù)量都發(fā)生了變化，故監(jiān)測頻率也應(yīng)作出相應(yīng)調(diào)整。施工不同階段影響水環(huán)境的污染源變化情況見表2。

表2 不同施工階段影響水環(huán)境的污染源變化

從表2可以看出，隨著橋梁工程的進(jìn)行，污染源種類亦呈幾何級數(shù)減少，因此，對水體水質(zhì)的影響也顯著降低。

水質(zhì)采樣頻率的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦1 次∕年且在枯水期是不合理的，因?yàn)闃蛄菏┕さ钠鹗紩r(shí)間雖然原則上在枯水期或豐水期之后的平水期開工為最好，但實(shí)際上工作隊(duì)進(jìn)場開工時(shí)間是以合同為準(zhǔn)的，即合同簽后15 d 內(nèi)進(jìn)場開工，不受平、枯、豐水期制約；另外，橋梁施工對水體的污染主要出現(xiàn)在橋梁基礎(chǔ)施工期，而橋梁基礎(chǔ)施工期中最重要的產(chǎn)生污染時(shí)段又是在其前期，即橋梁基礎(chǔ)施工，故從這個角度分析，國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定3次∕年也是不適合橋梁施工監(jiān)測頻率的。施工期水環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目及頻率見表3。

表3 高速公路施工期水環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目及頻率

4 水環(huán)境監(jiān)測方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)采用的監(jiān)測方法詳見表4。

表4 水環(huán)境監(jiān)測因子監(jiān)測方法

5 水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測

在敦當(dāng)路施工過程中選取4 個施工營地的廢水，監(jiān)測pH、COD、SS和氨氮，為期一年，每個點(diǎn)每季度監(jiān)測三次（每月一次）；監(jiān)測結(jié)果如圖1—圖4所示。

圖1 敦當(dāng)路施工營地2019年pH 監(jiān)測圖

圖2 敦當(dāng)路施工營地2019年COD 監(jiān)測圖

圖3 敦當(dāng)路施工營地2019年SS 監(jiān)測圖

圖4 敦當(dāng)路施工營地2019年氨氮監(jiān)測圖

選取4 個拌合站的廢水，監(jiān)測pH、COD、SS、氨氮和石油類，為期一年，每個點(diǎn)每季度監(jiān)測三次（每月一次）；監(jiān)測結(jié)果如圖5—圖9所示。

圖5 敦當(dāng)路拌合站2019年pH 監(jiān)測圖

圖6 敦當(dāng)路拌合站2019年COD 監(jiān)測圖

圖7 敦當(dāng)路拌合站2019年SS 監(jiān)測圖

圖8 敦當(dāng)路拌合站2019年氨氮監(jiān)測圖

圖9 敦當(dāng)路拌合站2019年石油類監(jiān)測圖

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：

在施工營地1～4 監(jiān)測點(diǎn)中，pH 濃度全年呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，1—9月呈現(xiàn)增加趨勢，9—12月呈現(xiàn)下降趨勢，其中4—9 月份測試pH 濃度較10月至來年3 月測試值高。4—9 月份測試COD 濃度較10 月至來年3 月份測試值高。SS 濃度大體上呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，1—9月呈現(xiàn)增加趨勢，9—12 月呈現(xiàn)下降趨勢，其中7—9 月測試SS 濃度較高。氨氮濃度大體上呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，1—6月呈現(xiàn)增加趨勢，7—12月呈現(xiàn)下降趨勢，其中5—9月測試氨氮濃度較高。

在拌合站1～4監(jiān)測點(diǎn)中，pH濃度全年呈現(xiàn)先增加，后趨于平緩再減小的變化趨勢，1—4月呈現(xiàn)增加趨勢，4—9月呈現(xiàn)平緩趨勢，9—12月呈現(xiàn)下降趨勢，其中4—9月測試pH濃度較10月至來年3月份測試值高。COD濃度大體上呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，1—9月呈現(xiàn)增加趨勢，9—12月呈現(xiàn)下降趨勢，其中6—9 月測試COD 濃度較高。SS 濃度大體上呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，1—9月呈現(xiàn)增加趨勢，9—12月呈現(xiàn)下降趨勢，其中8—9月測試SS濃度較高。氨氮濃度大體上呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，1—9月呈現(xiàn)增加趨勢，9—12月呈現(xiàn)下降趨勢，其中8—9月測試氨氮濃度較高。石油類濃度大體上呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢，1—9月呈現(xiàn)增加趨勢，9—12月呈現(xiàn)下降趨勢，其中4—9月測試石油類濃度較寒季高。

根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996），監(jiān)測結(jié)果顯示4 個施工營地4 個季度pH 均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，COD、SS和氨氮均超標(biāo)。4個拌合站4個季度pH和SS均不在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，COD和氨氮大部分超標(biāo)且二季度和三季度較一季度和四季度偏高。

6 結(jié)語

公路交通環(huán)境監(jiān)測在交通環(huán)境保護(hù)工作中起著重要作用，是長期管理交通環(huán)保的主要依據(jù)。緊密結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際，合理制定環(huán)境監(jiān)測方案，嚴(yán)謹(jǐn)落實(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理，在國家大力提倡環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、綠色交通以及資源節(jié)約的大環(huán)境下，施工期環(huán)境監(jiān)測作為構(gòu)建綠色公路建設(shè)全生命周期的一部分將成為公路建設(shè)的一項(xiàng)常態(tài)化工作。