我國橋梁橋面徑流收集及處理技術(shù)研究進(jìn)展

郭雨佶 蘇小飛

摘 要：公路建設(shè)跨越區(qū)域廣、影響范圍大，不可避免的跨越大型湖泊、水源保護(hù)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(shè)計橋梁橋面徑流收集及處理系統(tǒng)。本文介紹了橋面徑流的特點(diǎn)，論述了國內(nèi)外橋梁橋面收集及處理技術(shù)研究現(xiàn)狀，對多種橋面徑流收集及處理方案進(jìn)行了分析比較，并就目前存在的問題提出了相關(guān)解決措施，為今后的橋面徑流收集及處理系統(tǒng)研究提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：橋面徑流;收集技術(shù);處理技術(shù);評價

隨著我國高速交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，公路建設(shè)及運(yùn)營對飲用水源的保護(hù)及影響問題日益受到社會各界的廣泛關(guān)注，跨越具有較高水功能區(qū)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?xì)浠衔锖腿剂咸砑觿┑群枯^高，而越來越受到國家的高度重視[1]。國家環(huán)?？偩帧野l(fā)展改革委、交通部于2007年聯(lián)合頒發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)公路規(guī)劃和建設(shè)環(huán)境影響評價工作的通知》，明確規(guī)定：公路建設(shè)應(yīng)特別重視對飲用水水源地的保護(hù)，路線設(shè)計時，應(yīng)盡量繞避飲用水水源保護(hù)區(qū)。為防范危險化學(xué)品運(yùn)輸帶來的環(huán)境風(fēng)險，對跨越飲用水水源二級保護(hù)區(qū)、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)和二類以上水體的橋梁，在確保安全和技術(shù)可行的前提下，應(yīng)在橋梁上設(shè)置橋面徑流收集系統(tǒng)，并在橋梁兩側(cè)設(shè)置沉淀池，對發(fā)生污染事故后的橋面徑流進(jìn)行處理，確保飲用水安全。《公路環(huán)境保護(hù)設(shè)計規(guī)范》（JTG B04-2010）要求：橋梁跨越飲用水源保護(hù)區(qū)、I～I(xiàn)I類標(biāo)準(zhǔn)的水體時，橋面排水宜排至橋梁兩端并設(shè)置沉淀池處理。

目前國內(nèi)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(guān)研究成果豐富，技術(shù)漸趨成熟，但由于缺少系統(tǒng)性的研究和規(guī)范性的文件，無法實(shí)現(xiàn)對橋面徑流的有效收集和處理。本文通過總結(jié)橋面徑流收集及處理技術(shù)，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(fā)展方向，為進(jìn)一步開展相關(guān)研究提供參考。

1 橋面徑流的特點(diǎn)

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(xiàn)象。

橋面徑流污染嚴(yán)重，成分復(fù)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(yùn)行工況不佳時泄漏的油料等，甚至是突發(fā)性危化品泄漏事故現(xiàn)場的?；?。主要污染成分有COD、SS、油類、表面活性劑、重金屬及其他無機(jī)鹽類，COD、SS均可能高達(dá)數(shù)千mg/L，已超出允許直接排放水體的標(biāo)準(zhǔn)。

排放標(biāo)準(zhǔn)無明確規(guī)定?！段鬯C合排放標(biāo)準(zhǔn)》中，“污水，指在生產(chǎn)和生活中排放水的總稱”，其是針對點(diǎn)源（生活污水和工業(yè)廢水）進(jìn)行的規(guī)定，對面源污染排放尚且沒有明確要求。

突發(fā)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(diǎn)，公路多遠(yuǎn)離城市，信息滯后，管理難度大。降水或橋面有毒有害物質(zhì)泄漏（滴漏）是隨機(jī)事件，發(fā)生的時間和有毒有害物質(zhì)的種類均具有突發(fā)性和不確定性。

2 橋面徑流收集及處理技術(shù)研究現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)70年代初期，歐美發(fā)達(dá)國家就開始了對城市道路和公路的徑流研究，并發(fā)展成相對獨(dú)立的研究領(lǐng)域，逐步形成了理論體系[5-6]。2000年美國實(shí)施《新清潔水法》后，對公路路域排出水的質(zhì)量指標(biāo)提出了明確要求，公路管理部門需增設(shè)沉淀池和過濾裝置;德國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家也都相繼給予高度的關(guān)注，對路面徑流雨水的水質(zhì)特性、地表水體的影響評價、地表徑流污染排放規(guī)律的數(shù)學(xué)模擬以及污染控制措施等都進(jìn)行了大量的工作[7-8]。其中，德國專家Stotz[9]對德國FRG地區(qū)3條交通量較大的公路上的145場降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，研究表明路面徑流主要染物有SS、COD、N、P營養(yǎng)物、重金屬、多環(huán)芳香烴和氯化物等。SHI Fei[10]從水環(huán)境保護(hù)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(jìn)行分析，提出了針對性的橋面徑流處理方案。

與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國橋面橋梁徑流收集與處理技術(shù)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(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價技術(shù)規(guī)范》才把路面徑流造成的環(huán)境污染作為評價地表水環(huán)境污染的因素之一。

2.1 橋面徑流收集技術(shù)研究現(xiàn)狀

橋面徑流收集技術(shù)是在橋梁橋面上設(shè)置管道或渠道等收集系統(tǒng)，將橋面徑流引至地面設(shè)施中。根據(jù)目前國內(nèi)設(shè)計的橋面收集系統(tǒng)，可分為封閉式和敞開式兩種縱向排水系統(tǒng)[12]。近十年來，越來越多學(xué)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(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性比較，并在蘇浙皖高速公路浙江段跨水域橋梁中進(jìn)行了運(yùn)用。石保同等[14]在研究現(xiàn)行排水結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了橋面設(shè)置雙護(hù)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?yàn)楸尘埃榻B了橋面徑流收集系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，對開展運(yùn)營期橋面徑流和?；沸孤┦鹿适占翱缭矫舾兴w水環(huán)境保護(hù)措施的研究提供借鑒。李良等[16]針對傳統(tǒng)橋梁排水設(shè)計的不足之處，從保護(hù)環(huán)境、尊重自然的角度出發(fā)，對高速公路橋梁排水現(xiàn)狀和基于水源保護(hù)橋梁排水理念進(jìn)行了闡述，并結(jié)合成都市實(shí)際情況，提出了基于環(huán)保理念的新型高速公路橋梁排水設(shè)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(chuàng)新性設(shè)計了雨水管+水渠的雙管方式收集初期雨水。彭曉彬[2]總結(jié)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(jié)構(gòu)影響、運(yùn)營維護(hù)、施工便利性和工程經(jīng)濟(jì)性等多方面因素進(jìn)行比較分析。

2.2 橋面徑流處理技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外較常見的橋面徑流處理技術(shù)主要有植被控制、沉淀池、氧化塘、人工濕地、滲濾系統(tǒng)等。尹勤思等[18]結(jié)合小磨公路工程情況，橋面徑流處理工藝設(shè)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(shù)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(yīng)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(hù)才能持續(xù)發(fā)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?；沸孤┪锘蚴鹿仕M(jìn)入由上述措施構(gòu)成的工程單元，將破壞其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能，嚴(yán)重時會對處理系統(tǒng)之外的自然土壤、水體造成污染，進(jìn)而對周邊生態(tài)系統(tǒng)形成破壞。

近幾年，由于對環(huán)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(yīng)急調(diào)節(jié)池+沉淀隔油池+生態(tài)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(yùn)輸事故防控的橋面徑流，提出了由橋梁危險品運(yùn)輸車輛事故監(jiān)控系統(tǒng)、氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、徑流收集管道系統(tǒng)、危險品泄漏應(yīng)急收集和雨水徑流收集處理系統(tǒng)等4部分組成的。曾厚波[23]以山西省某高速公路為實(shí)例，針對不同特征的敏感水環(huán)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(shù)。孫金等[24]以河南省西部三淅高速公路丹江大橋?yàn)楸尘?，提出了由橋梁監(jiān)控報警系統(tǒng)、橋面徑流管道收集系統(tǒng)、橋面雨水處理及危險品泄漏應(yīng)急儲存系統(tǒng)3部分組成的橋面徑流收集和應(yīng)急處理綜合系統(tǒng)。張魁等[25]以武深高速公路坪山大橋?yàn)槔?，提出了水環(huán)境敏感區(qū)域橋面徑流處理技術(shù)采用“沉淀+生態(tài)凈化+應(yīng)急控制系統(tǒng)”技術(shù)方案。

隨著研究的逐步深入，學(xué)者提出了一些新穎、智能化橋面徑流處理技術(shù)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(tài)濾床技術(shù)，其中功能型生態(tài)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(shí)現(xiàn)橋面徑流的智能化處理，設(shè)計了包括本地控制和遠(yuǎn)程控制的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了橋面徑流的智能分類、分流處理，且對于?；肪哂蓄A(yù)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(zhì)特性及現(xiàn)有高速公路橋面徑流處理設(shè)施，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的調(diào)節(jié)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(shù)存在的問題及解決措施

3.1 橋面徑流收集與處理技術(shù)設(shè)計滯后，應(yīng)提前規(guī)劃設(shè)計

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

合理有效的橋面徑流收集與處理應(yīng)結(jié)合橋梁主體設(shè)計提前進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計，執(zhí)行“同時設(shè)計、同時施工、同時投入運(yùn)行”，體現(xiàn)預(yù)防為主，保護(hù)優(yōu)先的原則，不單單從經(jīng)濟(jì)造價角度出發(fā)，應(yīng)充分考慮長遠(yuǎn)的保護(hù)生態(tài)環(huán)境的角度，對經(jīng)過水源保護(hù)區(qū)的橋梁進(jìn)行多方案的論證，比選出對生態(tài)環(huán)境影響較小的最佳方案。

3.2 橋面徑流處理技術(shù)單一，應(yīng)多采用組合控制措施

目前國內(nèi)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(fā)生?；愤\(yùn)輸車輛翻車、泄漏等情況，將對敏感水體造成不可估量的環(huán)境風(fēng)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(guī)直排方式的基礎(chǔ)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(xué)品事故徑流的收集池。應(yīng)結(jié)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(tǒng)、人工濕地等相互組合的控制措施，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)，設(shè)計遠(yuǎn)程控制的智能操作系統(tǒng)。

3.3 無法及時發(fā)現(xiàn)危險品泄露事故以及遠(yuǎn)程啟動危險品收集系統(tǒng)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)危險品泄露應(yīng)急需要

由于目前橋面徑流都未設(shè)置自動化監(jiān)控設(shè)備和應(yīng)急控制處理系統(tǒng)，其應(yīng)急功能大都要依靠人工現(xiàn)場開關(guān)閥門等復(fù)雜的手動操作才能實(shí)現(xiàn)，因此不能在危險品泄漏的第一時間被監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，無法及時啟動危險品泄漏應(yīng)急處理系統(tǒng)。

應(yīng)實(shí)現(xiàn)橋面徑流監(jiān)控與應(yīng)急響應(yīng)自動銜接，研究基于事故視頻圖像檢測技術(shù)的自動化控制策略，建立應(yīng)急監(jiān)控操作系統(tǒng)、危險品車輛事故監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。

3.4 橋面徑流收集與處理技術(shù)體系不健全，應(yīng)建立專項(xiàng)技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)和排放標(biāo)準(zhǔn)

目前，國家及有關(guān)部門對跨越飲用水源保護(hù)區(qū)的公路項(xiàng)目的水環(huán)境污染設(shè)計只有一些原則要求，尚無專項(xiàng)技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)，且對面源污染排放標(biāo)準(zhǔn)尚沒有明確要求。

應(yīng)總結(jié)國內(nèi)外橋面徑流收集系統(tǒng)，制定統(tǒng)一的科學(xué)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(tǒng)的工藝、規(guī)模、排放標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范指導(dǎo)。

4 結(jié)語

隨著高速公路的迅猛發(fā)展，再加上國家對水環(huán)境保護(hù)工作越來越重視，橋面徑流污水污染問題也越來越受到關(guān)注，對橋面徑流進(jìn)行收集與處理將有利于高速公路生態(tài)環(huán)保進(jìn)一步協(xié)調(diào)發(fā)展。本文就當(dāng)前我國橋面徑流收集與處理方案進(jìn)行總結(jié)與探討，指出橋面徑流收集與處理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)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(jié)合各種控制措施的特點(diǎn)來合理設(shè)置徑流處理系統(tǒng)，達(dá)到截留、處理以及防范風(fēng)險的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]周海燕.高速公路橋面徑流處理方法的探討[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2010（10）：496-498.

[2]彭曉彬.跨敏感水域特大橋橋面徑流收集系統(tǒng)方案研究[J].南京工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，13（1）：20-25.

[3]徐建平，邵社剛，俞文生，等.高速公路危險化學(xué)品運(yùn)輸事故應(yīng)急蓄納設(shè)施與橋面雨水徑流處理設(shè)施一體化設(shè)計[J].公路交通科技，2014，31（12）：139-144.

[4]王姝，楊佳，李平，等.常用高速公路橋面徑流處理系統(tǒng)介紹及其應(yīng)急納蓄能力淺析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015，5（16）：85-86.

[5]Ellis J B，Revitt D J，Harrop D O，et al.The contribution of highway surfaces to urban stormwater sediments and metal loadings[J].The Science of the Total Environment，1987（59）：339-349.

[6]Drapper D，Tomlinson R，Williams P.Pollutant concentrations in road runoff：Southeast Queensland case study[J].Journal of Environmental Engineering，2000，126（4）：313-320.

[7]趙金輝，王艷霞.高速公路降雨徑流污染控制措施研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007，30（8）：103-106.

[8]唐漢坤.路面橋面徑流污水收集及處理技術(shù)研究[D]. 廣東：華南理工大學(xué)，2008.

[9]Stotz G.Investigations of the properties of the surface water run-off from federal highways in the FRG[J].The Science of The Total Environment，1987（59）：329-337.

[10]SHI Fei，YU Jianghua，XU Liqiang，et al.A Preliminary Study on the Distribution Characteristics of Hydraulics and Water Quality in the Runoff System of the Urban Backfill Soils of Different Slope Gradients[J]. Journal of Soil & Water Conservation，2017.

[11]Malina J F，Barrett M E，Jackson A，et al.Characterization of stormwater runoff from a bridge deck and approach highway：effects on receiving water quality[J].Ambiente & Agua-An Interdisciplinary Journal of Applied Science，2010（4）：156-171.

[12]朱辰，胡婕，殷承啟.海啟高速跨敏感水域徑流收集處理研究[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2020（4）：121-122.

[13]張科，孫海濱，張華.高速公路跨水域橋梁排水收集系統(tǒng)方案設(shè)計[J].公路，2010（9）：141-143.

[14]石保同，張濤.水源保護(hù)區(qū)橋梁跨越方案與橋面排水研究[J].山東交通科技，2013（4）：30-32.

[15]張煥州.高速公路橋面徑流收集系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J]. 山西交通科技，2015（1）：61-63.

[16]李良，賈宏宇，王文奇，等.基于水源保護(hù)理念的高速公路橋梁排水設(shè)計方案研究[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2015，32（3）：113-115.

[17]王磊，仝凱，徐鳳娟，等.平原地區(qū)特大型橋梁橋面徑流收集處理設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（36）：83-85.

[18]尹勤思，李國鋒.小勐養(yǎng)至磨憨公路橋面雨水徑流收集系統(tǒng)設(shè)計的思考[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2011（2）：19-21.

[19]衷平，陳濟(jì)丁，孔亞平，等.人工濕地處理橋面徑流的試驗(yàn)研究[J].公路，2007（3）：165-170.

[20]趙彥博，閻文志，閆紅偉.遼寧濱海公路路面徑流污水濕地凈化模式[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（9）：2036-2044.

[21]李定策，葉穎，劉微，等.湖南省通平高速公路汨羅江特大橋橋面徑流環(huán)保設(shè)計研究[J].湖南交通科技，2014，40（4）：92-95.

[22]譚生光，陶雙成，鄒國平，等.基于敏感水體環(huán)境風(fēng)險防范的橋面徑流收集處理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].公路，2015， 60（4）：247-251.

[23]曾厚波.高速公路跨越敏感水環(huán)境橋梁橋面徑流收集及處置技術(shù)研究[J].山西交通科技，2017（1）：77-80.

[24]孫金，王慶豐.高速公路橋面徑流收集和應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計[J].公路交通技術(shù)，2017，33（1）：59-62.

[25]張魁，張東，陳記，等.仁博高速公路坪山大橋橋面徑流處理技術(shù)措施應(yīng)用研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018，14（6）：317-319.

[26]苗乾，張帆，周盛.功能型生態(tài)濾床技術(shù)處理高速公路橋面徑流[J].天津建設(shè)科技，2019，29（5）：73-75.

[27]焦明東，楊欽博.跨越敏感水體的某橋梁橋面徑流智能處理研究[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2020（3）：20-23.

[28]張澤乾，賈佳.基于物聯(lián)網(wǎng)的高速公路橋面徑流處理設(shè)施設(shè)計[J].山西交通科技，2020（3）：103-107.