我国桥梁桥面径流收集及处理技术研究进展

郭雨佶 苏小飞

摘 要：公路建设跨越区域广、影响范围大，不可避免的跨越大型湖泊、水源保护地等具有重要功能等级的地表水体。为控制桥面径流污染，需设计桥梁桥面径流收集及处理系统。本文介绍了桥面径流的特点，论述了国内外桥梁桥面收集及处理技术研究现状，对多种桥面径流收集及处理方案进行了分析比较，并就目前存在的问题提出了相关解决措施，为今后的桥面径流收集及处理系统研究提供借鉴和参考。

关键词：桥面径流;收集技术;处理技术;评价

随着我国高速交通运输行业的快速发展，公路建设及运营对饮用水源的保护及影响问题日益受到社会各界的广泛关注，跨越具有较高水功能区划的饮用水源等敏感水体公路越来越多。公路桥面径流由于其重金属、碳氢化合物和燃料添加剂等含量较高，而越来越受到国家的高度重视[1]。国家环保总局、国家发展改革委、交通部于2007年联合颁发了《关于加强公路规划和建设环境影响评价工作的通知》，明确规定：公路建设应特别重视对饮用水水源地的保護，路线设计时，应尽量绕避饮用水水源保护区。为防范危险化学品运输带来的环境风险，对跨越饮用水水源二级保护区、准保护区和二类以上水体的桥梁，在确保安全和技术可行的前提下，应在桥梁上设置桥面径流收集系统，并在桥梁两侧设置沉淀池，对发生污染事故后的桥面径流进行处理，确保饮用水安全。《公路环境保护设计规范》（JTG B04-2010）要求：桥梁跨越饮用水源保护区、I～II类标准的水体时，桥面排水宜排至桥梁两端并设置沉淀池处理。

目前国内外常见的桥面径流收集形式有溢流管方案、漫流管方案、明渠方案[2];径流处理工艺主要有栽植植被、沉淀池、氧化塘、人工湿地、组合控制措施[3-4]。虽然桥面径流相关研究成果丰富，技术渐趋成熟，但由于缺少系统性的研究和规范性的文件，无法实现对桥面径流的有效收集和处理。本文通过总结桥面径流收集及处理技术，指出目前我国桥面径流收集及处理研究中存在的问题及未来的发展方向，为进一步开展相关研究提供参考。

1 桥面径流的特点

桥面径流污染是通过降雨和地表径流冲刷、淋洗等作用，将大气和地表中的污染物带入受纳水体，使受纳水体遭受污染的现象。

桥面径流污染严重，成分复杂，其径流中含有雨水及在桥面沉积的各种类型车辆排放尾气中所携带的污染物、汽车轮胎磨损的微粒、车架上粘带的泥土、车辆制动时散落的污染物及车辆运行工况不佳时泄漏的油料等，甚至是突发性危化品泄漏事故现场的危化品。主要污染成分有COD、SS、油类、表面活性剂、重金属及其他无机盐类，COD、SS均可能高达数千mg/L，已超出允许直接排放水体的标准。

排放标准无明确规定。《污水综合排放标准》中，“污水，指在生产和生活中排放水的总称”，其是针对点源（生活污水和工业废水）进行的规定，对面源污染排放尚且没有明确要求。

突发性和不确定性，控制难，危害大。桥面径流具有敞开性、面积广的特点，公路多远离城市，信息滞后，管理难度大。降水或桥面有毒有害物质泄漏（滴漏）是随机事件，发生的时间和有毒有害物质的种类均具有突发性和不确定性。

2 桥面径流收集及处理技术研究现状

早在20世纪70年代初期，欧美发达国家就开始了对城市道路和公路的径流研究，并发展成相对独立的研究领域，逐步形成了理论体系[5-6]。2000年美国实施《新清洁水法》后，对公路路域排出水的质量指标提出了明确要求，公路管理部门需增设沉淀池和过滤装置;德国、澳大利亚等发达国家也都相继给予高度的关注，对路面径流雨水的水质特性、地表水体的影响评价、地表径流污染排放规律的数学模拟以及污染控制措施等都进行了大量的工作[7-8]。其中，德国专家Stotz[9]对德国FRG地区3条交通量较大的公路上的145场降雨监测数据进行了分析，研究表明路面径流主要染物有SS、COD、N、P营养物、重金属、多环芳香烃和氯化物等。SHI Fei[10]从水环境保护的角度提出了桥面径流需要分类处理;Malina J F[11]以美国三个不同水域的桥面径流对于水域的影响情况进行分析，提出了针对性的桥面径流处理方案。

与国外发达国家相比，我国桥面桥梁径流收集与处理技术的研究起步较晚，很多研究尚处于起步阶段，直到1996年，《公路建设项目环境影响评价技术规范》才把路面径流造成的环境污染作为评价地表水环境污染的因素之一。

2.1 桥面径流收集技术研究现状

桥面径流收集技术是在桥梁桥面上设置管道或渠道等收集系统，将桥面径流引至地面设施中。根据目前国内设计的桥面收集系统，可分为封闭式和敞开式两种纵向排水系统[12]。近十年来，越来越多学者针对具体工程提出了桥面径流收集方案。如张科等[13]介绍了三种桥梁排水收集方案及各方案的优缺点和经济性比较，并在苏浙皖高速公路浙江段跨水域桥梁中进行了运用。石保同等[14]在研究现行排水结构的基础上提出了桥面设置双护栏专用防污、排水通道的工程措施等。张焕州[15]以荣成至乌海国家高速公路灵丘至山阴段工程18座大桥为背景，介绍了桥面径流收集系统设计技术，对开展运营期桥面径流和危化品泄漏事故收集及跨越敏感水体水环境保护措施的研究提供借鉴。李良等[16]针对传统桥梁排水设计的不足之处，从保护环境、尊重自然的角度出发，对高速公路桥梁排水现状和基于水源保护桥梁排水理念进行了阐述，并结合成都市实际情况，提出了基于环保理念的新型高速公路桥梁排水设计方案。王磊等[17]针对常熟至嘉兴高速公路特大型桥梁桥面径流污染控制，创新性设计了雨水管+水渠的双管方式收集初期雨水。彭晓彬[2]总结了溢流管、漫流管和明渠方案三种常见的桥面径流收集形式，并从景观效果、对结构影响、运营维护、施工便利性和工程经济性等多方面因素进行比较分析。

2.2 桥面径流处理技术研究现状

目前国内外较常见的桥面径流处理技术主要有植被控制、沉淀池、氧化塘、人工湿地、渗滤系统等。尹勤思等[18]结合小磨公路工程情况，桥面径流处理工艺设计成为以事故污染物临时贮存为主，兼顾沉砂、隔油功能的集水池。有研究表明桥面径流处理技术采用人工湿地、氧化塘，取得了较好的效果[19-20]，但是该措施的应用一方面受气候条件限制，另一方面占地面积大，且需要良好的清理维护才能持续发挥作用，否则其自身容易变成污染源。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进入由上述措施构成的工程单元，将破坏其系统结构及功能，严重时会对处理系统之外的自然土壤、水体造成污染，进而对周边生态系统形成破坏。

近几年，由于对环保的越来越重视，桥面径流处理研究多集中在组合控制措施及其智能化处理。如李定策等[21]针对汨罗江特大桥桥面径流，提出了雨水分流井+应急调节池+沉淀隔油池+生态过滤池的桥面径流收集处理工艺。谭生光等[22]基于危险品运输事故防控的桥面径流，提出了由桥梁危险品运输车辆事故监控系统、气象监测预警系统、径流收集管道系统、危险品泄漏应急收集和雨水径流收集处理系统等4部分组成的。曾厚波[23]以山西省某高速公路为实例，针对不同特征的敏感水环境，分别提出了隔油沉淀池+人工湿地、二次隔油沉淀池的桥面径流收集与处理技术。孙金等[24]以河南省西部三淅高速公路丹江大桥为背景，提出了由桥梁监控报警系统、桥面径流管道收集系统、桥面雨水处理及危险品泄漏应急储存系统3部分组成的桥面径流收集和应急处理综合系统。张魁等[25]以武深高速公路坪山大桥为例，提出了水環境敏感区域桥面径流处理技术采用“沉淀+生态净化+应急控制系统”技术方案。

随着研究的逐步深入，学者提出了一些新颖、智能化桥面径流处理技术思路。苗乾[26]针对高速公路桥面径流处理，提出了功能型生态滤床技术，其中功能型生态滤床主要填充材料是功能性催化生物载体。焦明东等[27]为了实现桥面径流的智能化处理，设计了包括本地控制和远程控制的智能控制系统，实现了桥面径流的智能分类、分流处理，且对于危化品具有预警功能。张泽乾等[28]基于高速公路跨敏感水体桥面径流水质特性及现有高速公路桥面径流处理设施，提出基于物联网的调节隔油池+综合处理池的跨敏感水体桥面径流处理思路。

3 我国桥面径流收集与处理技术存在的问题及解决措施

3.1 桥面径流收集与处理技术设计滞后，应提前规划设计

目前采取的桥面径流收集、处理设施多为应付竣工环保验收而补充设置的，通常是加装PVC管道将桥面径流引入两侧沉淀池中，未将其纳入工程设计、施工考虑中，因此普遍存在纵向排水管、收集池等设计不合理的问题。

合理有效的桥面径流收集与处理应结合桥梁主体设计提前进行规划、设计，执行“同时设计、同时施工、同时投入运行”，体现预防为主，保护优先的原则，不单单从经济造价角度出发，应充分考虑长远的保护生态环境的角度，对经过水源保护区的桥梁进行多方案的论证，比选出对生态环境影响较小的最佳方案。

3.2 桥面径流处理技术单一，应多采用组合控制措施

目前国内部分涉及敏感水体的桥梁仍采用“泄水口-直排”的方式，一旦发生危化品运输车辆翻车、泄漏等情况，将对敏感水体造成不可估量的环境风险。桥面径流大部分处理主要采用单一的沉淀池方案。

在常规直排方式的基础上，增加能及时有效地将桥面雨水径流收集、排除的纵向排水管和妥善收集危险化学品事故径流的收集池。应结合工程桥面径流污染特征、气候特征及周边地形地貌、可用占地和工程造价等因素采取更为合理的径流污染控制措施，可考虑植被控制、沉淀池、氧化塘、渗滤系统、人工湿地等相互组合的控制措施，结合互联网，设计远程控制的智能操作系统。

3.3 无法及时发现危险品泄露事故以及远程启动危险品收集系统，应实现危险品泄露应急需要

由于目前桥面径流都未设置自动化监控设备和应急控制处理系统，其应急功能大都要依靠人工现场开关阀门等复杂的手动操作才能实现，因此不能在危险品泄漏的第一时间被监控发现，无法及时启动危险品泄漏应急处理系统。

应实现桥面径流监控与应急响应自动衔接，研究基于事故视频图像检测技术的自动化控制策略，建立应急监控操作系统、危险品车辆事故监控预警系统。

3.4 桥面径流收集与处理技术体系不健全，应建立专项技术规范指导和排放标准

目前，国家及有关部门对跨越饮用水源保护区的公路项目的水环境污染设计只有一些原则要求，尚无专项技术规范指导，且对面源污染排放标准尚没有明确要求。

应总结国内外桥面径流收集系统，制定统一的科学计算方法，包括初期雨水径流量计算公式以及收集管的尺寸、材料、安装方式等，制定桥面径流处理系统的工艺、规模、排放标准等规范指导。

4 结语

随着高速公路的迅猛发展，再加上国家对水环境保护工作越来越重视，桥面径流污水污染问题也越来越受到关注，对桥面径流进行收集与处理将有利于高速公路生态环保进一步协调发展。本文就当前我国桥面径流收集与处理方案进行总结与探讨，指出桥面径流收集与处理系统应根据其径流污染特征、气候特征及周边地形地貌、可用占地和工程造价等因素，并结合各种控制措施的特点来合理设置径流处理系统，达到截留、处理以及防范风险的效果。

参考文献：

[1]周海燕.高速公路桥面径流处理方法的探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2010（10）：496-498.

[2]彭晓彬.跨敏感水域特大桥桥面径流收集系统方案研究[J].南京工程学院学报（自然科学版），2015，13（1）：20-25.

[3]徐建平，邵社刚，俞文生，等.高速公路危险化学品运输事故应急蓄纳设施与桥面雨水径流处理设施一体化设计[J].公路交通科技，2014，31（12）：139-144.

[4]王姝，杨佳，李平，等.常用高速公路桥面径流处理系统介绍及其应急纳蓄能力浅析[J].现代工业经济和信息化，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]赵金辉，王艳霞.高速公路降雨径流污染控制措施研究进展[J].环境科学与技术，2007，30（8）：103-106.

[8]唐汉坤.路面桥面径流污水收集及处理技术研究[D]. 广东：华南理工大学，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，殷承启.海启高速跨敏感水域径流收集处理研究[J].资源节约与环保，2020（4）：121-122.

[13]张科，孙海滨，张华.高速公路跨水域桥梁排水收集系统方案设计[J].公路，2010（9）：141-143.

[14]石保同，張涛.水源保护区桥梁跨越方案与桥面排水研究[J].山东交通科技，2013（4）：30-32.

[15]张焕州.高速公路桥面径流收集系统的研究与应用[J]. 山西交通科技，2015（1）：61-63.

[16]李良，贾宏宇，王文奇，等.基于水源保护理念的高速公路桥梁排水设计方案研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2015，32（3）：113-115.

[17]王磊，仝凯，徐凤娟，等.平原地区特大型桥梁桥面径流收集处理设计[J].科技创新与应用，2017（36）：83-85.

[18]尹勤思，李国锋.小勐养至磨憨公路桥面雨水径流收集系统设计的思考[J].交通节能与环保，2011（2）：19-21.

[19]衷平，陈济丁，孔亚平，等.人工湿地处理桥面径流的试验研究[J].公路，2007（3）：165-170.

[20]赵彦博，阎文志，闫红伟.辽宁滨海公路路面径流污水湿地净化模式[J].湖北农业科学，2014（9）：2036-2044.

[21]李定策，叶颖，刘微，等.湖南省通平高速公路汨罗江特大桥桥面径流环保设计研究[J].湖南交通科技，2014，40（4）：92-95.

[22]谭生光，陶双成，邹国平，等.基于敏感水体环境风险防范的桥面径流收集处理系统应用研究[J].公路，2015， 60（4）：247-251.

[23]曾厚波.高速公路跨越敏感水环境桥梁桥面径流收集及处置技术研究[J].山西交通科技，2017（1）：77-80.

[24]孙金，王庆丰.高速公路桥面径流收集和应急处理系统设计[J].公路交通技术，2017，33（1）：59-62.

[25]张魁，张东，陈记，等.仁博高速公路坪山大桥桥面径流处理技术措施应用研究[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（6）：317-319.

[26]苗乾，张帆，周盛.功能型生态滤床技术处理高速公路桥面径流[J].天津建设科技，2019，29（5）：73-75.

[27]焦明东，杨钦博.跨越敏感水体的某桥梁桥面径流智能处理研究[J].内蒙古公路与运输，2020（3）：20-23.

[28]张泽乾，贾佳.基于物联网的高速公路桥面径流处理设施设计[J].山西交通科技，2020（3）：103-107.