高速公路径流污染风险防范技术研究

贺胜义

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

截至2015年底，山西省高速公路通车里程已超过5000 km，占路网规划“三纵十二横十二环”的68.9%。据2009年和2014年调整规划环评报告统计，新规划高速公路中有50%以上穿越水环境敏感区，在运营过程中由路面径流冲刷污染物进入受纳水体而产生的面源污染对周边水环境的影响已引起广泛关注，尤其是危化品道路运输事故，不仅会对水环境产生恶劣影响，甚至会危及人群健康和生命安全，社会影响巨大。

据国家环保部统计，由危化品道路运输事故导致的环境污染事件数量已占环境污染事件总数的25%左右，80%以上的危化品涉及到异地运输问题。因此，开展路面桥面径流污染风险预防研究，对于保障区域水环境安全，实现绿色交通可持续发展具有十分重要的意义。

1 现状分析

目前，山西省高速公路涉及水环境敏感路段共计约90处，其中，涉及重要水库的路段有24处，涉及集中式地表水水源地的路段有39处，涉及泉域保护区和裸露岩溶区的路段有27处。

1.1 水源地

山西省划定城镇集中式饮用水水源地共计207个，面积共计7491 km2，其中地表水源地13个，地下水源地194个。高速公路涉及重要水库的路段有24处，涉及集中式地表水水源地的路段有39处。

1.2 泉域

山西省政府在全省范围内划分了晋祠、兰村、娘子关、辛安、神头等19处泉域，总面积约6.56万km2，遍布11个地市，泉域岩溶水天然资源量为35.971亿m3/a，占地下水总资源量的40.24%，是全省重要的供水水源[1]。根据高速公路网规划环境影响评价报告，2009年山西省高速公路网调整规划新增的29条（段）高速公路中有18条（段）穿越泉域，有9条（段）穿越泉域重点保护区。2013年山西省高速公路网再次调整规划新增的10条（段）高速公路中有9条（段）穿越泉域，有2条（段）穿越泉域重点保护区，因此，山西省高速公路建设涉及泉域是一种普遍现象。

2 径流污染特征分析

高速公路桥面、路面径流污染是主要污染来源，运输车辆行驶途中的跑冒滴漏污染物随降雨冲刷、运移汇入周边河流、湖泊、湿地等水体，影响受纳水体水质，造成地表水体污染。如有机物、颗粒物、油类、营养物质、重金属等。通过研究分析高速公路径流污染特征等，探讨路、桥面径流的影响因素，对于提出合理的径流收集与处置技术，降低径流对周边水环境的影响具有十分重要的现实意义。

2.1 研究区域及方法

降雨是路、桥面径流产生的主要原因，也是径流污染物出流的载体，不同降雨特征径流污染物出流过程不同。本文选取龙城高速公路位于源涡水源地准保护区范围内的K9+800—K12+800由北向南路段为实验采样地点。其中，路面径流采样点设置在K10+631路基边坡急流槽处，所取样品为急流槽出流水样，桥面径流采样点设置在K10+631潇河大桥处，所取样品为桥面径流收集管出流水样。研究主要对集中在2015年6—9月间的降雨事件进行了监测，径流样品测定指标为 pH、SS、CODCr、NH3-N、TN、TP、石油类、Cu、Zn、Pb[2]。

利用美国叙古拉大学内梅罗教授提出的内梅罗指数评价，路、桥面径流污染单项评价指数按照公式（1）进行计算：

式中：Si为i因子的单项评价指数；ai为i因子的实测结果；bi为i因子的评价标准。

以各污染物单项污染指数计算为基础，利用内梅罗综合评价指数进行综合评价，采用公式（2）进行：

式中：P为内梅罗综合评价指数；SMAX为单项评价指数中的最大值；SAVE单项评价指数的平均值[3]。

2.2 实验结果

研究选择2015年6—9月间的4场降雨事件进行了监测，降雨事件包含了大、中与小3种降雨类型，具有良好的代表性，平均浓度实验结果见表1、表2。

表1 路面径流污染物的平均浓度 mg/L

表2 桥面径流污染物的平均浓度 mg/L

2.3 综合评价

分别以《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类、Ⅴ类为评价标准，以《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准为评价标准，计算综合评价指数为表3～表8，对照表9可知径流污染程度。

表3 以Ⅲ类标准综合评价路面径流污染

表4 以Ⅴ类标准综合评价路面径流污染

表5 以污水排放一级标准综合评价路面径流污染

表6 以Ⅲ类标准综合评价桥面径流污染

表7 以Ⅴ类标准综合评价桥面径流污染

表8 以污水排放一级标准综合评价桥面径流污染

表9 内梅罗指数综合评价分级标准[4]

2.4 径流规律

选取两场降雨研究，2015-06-15强降雨事件中SS、CODCr、NH3-N、TN、TP、石油类、Cu、Zn 和 Pb 等径流污染物的浓度最大值均出现在桥面径流的开始阶段。由此可见，桥面径流初期的污染较严重，径流产生后15 min内急剧下降，并逐渐趋于稳定。

2015-07-14 小降雨事件中 SS、CODCr、NH3-N、TN、TP、石油类、Cu、Zn和Pb等径流污染物的浓度在前120 min内一直保持平稳的微小波动，没有降低的趋势，不存在初期效应现象。这种出流规律在降雨量小、平均降雨强度弱的降雨事件中常常出现。

两种径流的污染物出流变化过程不同，主要因为两场降雨的强度差别，前者降雨强度大，前期冲刷充分，后者降雨强度较小，污染物冲刷出流作用不显著，见图 1、图 2。

图1 2015-06-15桥面径流污染物出流变化规律

图2 2015-07-14桥面径流污染物出流变化规律

3 风险防范措施

高速公路运营阶段径流污染风险主要来源于两个方面：一方面是沉降在路面上的机动车尾气排放物、汽车泄漏的油类以及散落在路面上的其他有害物质随降水径流进入水体；另一方面为危险化学品运输风险，若发生危险化学品运输事故，存在污染河流水质、地下水、居民生活环境等环境风险隐患。

因此，涉及水源保护区应事先进行水资源论证，调查和分析路线与水源地的关系，确实对保护区有影响的，应进行避绕，从规划、设计、施工和运营全过程进行水环境安全风险防范，提出有效的管理、技术措施。

3.1 管理措施

a）编制径流污染应急预案，建立预防、预警和应急响应机制，满足径流污染环境事件应急管理及处置需求。

b）就近储备应急物资、药剂及设备。如：油类化学物质的吸附剂、中和制剂、灭火器、应急车辆、冲洗设备、电力照明设备等。

c）水源地发生径流污染事故时，加强地下水水质监测，保证饮水安全。

3.2 技术措施

a）径流收集区域设置警示标志牌，利用限速、减速、注意安全等路标，提醒危化品等运输车辆减速慢行。

b）水环境敏感路段边沟防渗、排水末端设沉淀池，收集路面径流水。

c）跨越水环境敏感路段桥梁设置桥面径流水收集系统，桥头设防渗沉淀池。

d）设置完善的路基排水系统，使路面径流流入收集池或在路基边沟自然蒸发。

4 结语

高速公路运营不可避免地会穿越各类水环境敏感区，在其运营过程中对周边水环境的影响已引起广泛关注，尤其是路面桥面长期累积的径流污染，不仅会对周边水环境产生恶劣影响，甚至会长期危及人群健康和生命安全，加强落实径流污染风险防范措施势在必行。

本文选取有代表意义的径流研究区域进行污染风险分析评价，提出了合理的风险防范措施，可为高速公路水环境敏感路段路面、桥面径流收集与处置提供技术支撑，为进一步实现绿色交通可持续发展具有十分重要的意义。