高速公路桥面径流处理方法的探讨

2010年10期(总第70期)
作者简介：周海燕（1968-），硕士，教授级高工，主要从事高速公路环境保护和水土保持的设计及研究工作。

1概述
随着我国高速公路的快速发展，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，而越来越受到环保研究人员的重视[8]，其直接排放至敏感水体则会造成对受纳水体水环境的污染与破坏；同时各类化学危险品运输车辆在敏感水域路段一旦发生事故导致危险品直接泄入水体，对水环境也将产生极大地危害，甚至破坏水生生态环境。

交通部于2007年联合颁发的184号文件：《关于加强公路规划和建设环境影响评价工作的通知》中第七条也做了相应规定，“公路建设应特别重视对饮用水水源地的保护，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”。

目前，我国部分高速公路对跨越重要饮用水源保护区的桥梁进行桥面水收集，但是缺少系统性的研究和规范性的文件，本文在分析桥面径流水质特性的基础上，提出排水系统的设计方法，收集桥面径流的方法，以及最后的处理方法。

2桥面径流的水质特性
据资料[8]，公路路面径流中的污染物有SS 、COD 、重金属、P 、N 营养物，油脂、PAHs （多环芳香烃）等，主要来源于车辆轮胎与路面摩擦脱落的橡胶屑、筑路材
料磨损颗粒、大气降尘、汽车尾气排放、车辆滴漏的燃油或润滑油等。

由于降雨初期存在淋洗效应，因此路面径流的污染负荷主要集中于降水初期。

实测数据表明，地面径流污染物总量的50％～60％包含在2mm 降水量的初期径流中。

同时，水源保护区路段的危险化学品运输车辆事故，会对饮用水的安全产生影响，造成水污染事件。

径流污染物的浓度随着降雨状况及路面污染物累积状况的不同而随机变化。

赵剑强等通过现场连续取样，西安某大学于1999年4月～1999年5月，对西安至临潼高速公路路面径流排水进行了监测。

结果表明，高速公路路面排水具有较高的污染强度，污染物以SS 和COD 为主，且生物可降解性较差，而且污染物的浓度集中在降水初期。

水质参数SS 、COD 、总锌、总铜之间存在较好的线性相关关系。

韩冰等对北京的地面雨水径流污染的实测表明，北京市城市地表径流水排入任何地表水体都会对其造成污染，且城市地表径流水的大部分水质指标已经达到了污水综合排放的三级标准，并认为通过沉积或过滤去除城市地表径流中的悬浮颗粒物，可以提高城市地表径流的水质。

3排水系统设计
3.1径流收集范围及方法
根据桥梁跨越敏感水体的情况，路线的纵坡，确定桥面径流收集范围和排水的流向，一般桥面径流通过桥上泄水管通过三通与桥下纵向排水管连接，桥面径流通过纵向排水管，设置一定的纵坡收集至桥头，然后通过竖向排水管至沉淀池中。

纵向排水管的功能是在桥梁路段发生危险品运输事故时收集事故径流，在未发生事故时，桥面雨水会通过纵向排水管排放至桥头沉淀池。

为
高速公路桥面径流处理方法的探讨
周海燕
（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北
武汉
430052）
摘
要：本文通过对桥面径流水质特性的分析，提出收集桥面初期径流和应急排水系统的设计方法，总结探讨目
前桥面径流收集、处理方法，为今后敏感水体路段桥面径流的收集处理设计提供参考。

关键词：桥面径流；高速公路；收集；处理中图分类号：U418.9
文献标识码：B
大气及水环境污染防治技术
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)保证雨天桥面路面不积水，纵向排水管的材质、管径、坡度应满足在一定时间内排除一定强度下降水的能力。

3.2
桥面径流处理系统设计(1)雨水流量计算公式
Q =Ψ·q ·F
式中，Q 为雨水设计流量，L/s ；Ψ为径流系数，根据《公路排水设计规范》中的地面类型选用；F 为汇水面积，ha 。

汇水面积指需收集桥面排水路段的面积；q 为设计降雨强度，L /(s ·ha )。

降雨强度按中国各地的暴雨强度公式选用，其通式为
式中，P 为设计重现期，《公路排水设计规范》中高速公路和一级公路路面和路肩表面排水重现期为5年。

为设计降雨历时，即集流时间(min)；均为统计参数，地域不同，取值也不同。

(2)管道管径选用
排水管渠的流量，按《公路排水设计规范》
Q =A ·v
式中，Q 设计流量，m /s ；A 水流有效断面面积，m 2，雨水按满流计；v 速，m /s 。

(3)排水管渠的流速，按《公路排水设计规范》计算
式中，v 为流速，m/s ；R 为水力半径，m ；I 为水力坡降；n 为粗糙系数。

经计算选定合适的桥面径流管径和纵坡。

4收集系统
公路雨水径流中污染物成分复杂，与降雨特征、路面材料、交通量等因素有关，据资料，初期路面径流的污染量在总污染量中占绝对数量值，对地表河流的水质影响是严重的；随着降雨量的增加，路面污染物数量减少，路面径流对环境的污染程度就会大大减轻，因此公路路面径流的收集一般只收集初期的雨水。

设计中一般根据降雨强度公式计算出最大暴雨强度，然后根据水力停留时间和桥面的汇水面积，按暴雨初期30min 的径流量，计算收集沉淀池的容积。

桥面雨水径流通过桥面排水系统排放至雨水收集沉淀池中，收集池应溢流管、排空管及配套阀门，初期雨水先进入池中进行沉淀，过量雨水则可通过溢流堰溢流入路边边沟；排空管设置在池底侧墙上，配套设置闸阀，闸阀可手动控制，有条件是最好采用自动控制，平
时处于常闭状态，正常情况（未发生危险品泄露事故时）雨后随即开启，排空池内径流雨水后再关闭。

一旦突发污染物泄漏事故，其泄漏的事故径流会直接排入收集池，该池起到存储危险品径流的应急缓冲作用，及时切断收集池出口与外侧排水沟渠的联系，就能有效控制其对水体的污染。

5径流处理方法
5.1收集沉淀池
收集沉淀池具有沉淀和隔油功能，可对初期雨水进行物理处理，同时兼具应急事故缓冲功能。

收集池的池底和池壁应采用浆砌片石，池底应进行防渗处理，防渗处理一定要做好，以免发生事故泄露时污染物下渗，引
起二次污染；同时考虑到运行时的安全问题，收集沉淀池周围应设置隔离栅，避免人、畜进入落入水池中。

桥面水或事故污染物经收集沉淀池进行收集、沉淀后，要明确最终的排放去向。

收集沉淀池应设有排空管阀、溢流管等必要的装置，没有下雨时要及时排空沉淀池的水，清除沉淀物，避免暴雨时，积累沉淀的污染物溢出，污染水体。

从防范措施的性质而言，对敏感水体路段桥面径流的收集与处理仅仅是一种被动的处理措施，主要起到截留、收集的作用，其效果取决于降雨量、泄露危险化学品的种类、数量、气象条件等诸多因素。

5.2氧化塘
受地理位置和地形条件的制约，高等级公路路线往往跨越水源保护地、饮用水源河段和水产养殖水体较近时，或与河流伴行数公里，路面初期雨水将不同程度的影响水源水质，这种影响已引起有关人士的重视。

由于桥（路）面雨水径流具有水流间断性、水量突变性、物质不确定性和水质不均匀性等特点，使处理工作难度较大。

国内目前在无河流或沟渠引排雨水的路段采用蒸发池，依靠自然蒸发和下渗作用处理路面径流，没有从实质上解决路面污染物的污染问题，特别是对敏感河流的污染问题。

刘珊等研究水力停留时间对氧化塘处理雨水效果的影响表明：氧化塘的最佳水力停留时间是14天，之后氧化塘内的污染物浓度几乎不再变化。

此时的COD 去除率为73%，石油类去除率为80%。

在美国，许多高速公路路边都设置了氧化塘来控制路面径流污染。

高速公路采用长大桥梁跨越水源保护路段时，路线较长导致桥面纵向排水管管径过大，可采取沿路线一侧设置氧化塘，对桥面纵向排水管进行分段设置，将桥面径流通过排水管引至氧化塘中。

氧化塘处理法能较好的
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适应公路路面雨水间断、突变、不确定和不均匀性等特点，氧化塘的设计停留时间为14天左右，用生物氧化塘处理路面初期雨水，这种方法结合生态工程，可达到工程占地少，出水效果好的目的，能较好的适用于高等级公路水环境敏感路段。

5.3人工湿地
人工湿地是一种绿色环保处理桥（路面）径流的措施，在国外已广泛地应用于路面雨水径流的污染控制。

人工湿地主要通过湿地中的基质、植物、水体、好氧或厌氧微生物将污水中的污染物去除或净化。

人工湿地分为表面流湿地、潜流湿地、复合垂直流湿地等，目前在广州绕城高速公路（九江~小塘段）主要采用的表面流人工湿地处理跨北江和南沙涌的桥面径流；渝湛高速公路对跨越的“青年河”为饮用水源保护区的桥梁的桥面径流进行收集，并采用人工湿地处理桥面径流，达到处理效果，保证了饮用水源的安全。

人工湿地可利用现场地形条件，如凹地、鱼塘等改造而成，收集沉淀池、路面径流处理池排出的径流可注入人工湿地，湿地中种植水生植物如挺水植物芦苇、漂浮植物凤眼莲、浮叶植物睡莲、沉水植物狐尾藻等，可进一步净化处理污水，同时增添公路的生态景观。

人工湿地系统中植物的选择一般应选用当地或本地区天然湿地中存在的植物。

6结语
本文就当前我国高速公路桥面径流收集处理的方法进行探讨，桥面径流的收集方面，一般采取设置路桥面径流集中排水设施的方式。

由于各地路面径流污染特征的差异，气候条件的差异，在实际中应根据各地径流污染特征、路面特征、公路周围的地形特征、可用面积和工程造价等因素，并结合各种措施的特点来合理选用或者组合使用以上几种控制措施，达到截留、处理以及防范风险的效果。

参考文献：
[1]徐红儿，张杰.探讨公路纵向雨水排水管道的设计.华东公路，
2009（2）：47-50
[2]陈莹，赵剑强.跨越敏感水域桥梁应急排水系统设计计算方法.长
安大学学报（自然科学版），2008（9）：81-85.
[3]秦海伟，等.基于实时监控的桥面径流选择性收集系统探讨公路
纵向雨水排水管道的设计.人民黄河，2009（9）：24-25.
[4]王世和.人工湿地污水处理理论与技术.科学出版社，2007..
[5]卢正宇，等.广州绕城高速公路（九江~小塘段）桥面径流生态处理
系统设计.公路，2008（4）：191-196.
[6]赵剑强，等.高速公路路面径流水质特性及排污规律.中国环境科
学，2001.21(5):445-448.
[7]韩冰，等.北京市城市非点源污染特性的研究.中国环境监测，
2005(6).
[8]Furumai.H，Balmer.H，Boller，M.Dynamic behavior of suspended
pollutants and particle size distribution in highway runoff.Water
Science Technology，2002，46(11–12):413–418..
[9]Stotz G.Investigations of the Properties of the Surface Water Runoff
from Federal Highways in the FRG.The Science of the Total
Environment，1987(59):329-337.
[10]汪慧贞，李宪法.北京城区雨水入渗设施的计算方法.中国给水排
水，2001，17(1).
[11]韩志强，许志鸿.初期路面径流的收集与处理.公路，2004(10)：
33-36.
[12]刘珊，赵剑强，商连.氧化塘处理初期路面雨水技术分析.西安公
路交通大学学报,1999,19增刊:34-38.
[13]黄少雄，衷平.石翔.人工湿地在路面径流污水处理.公路，2006(7):
228-234.
[14]衷平，等.人工湿地处理桥面径流的试验研究.公路，2007(3):165-
169.
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2010年10期(总第70期)。