甘肃河西高速公路施工期水环境监测研究与分析*

2024-04-29王淇

甘肃科技 2024年3期

王淇

（甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

高速公路的修建需要经历几年较长的施工周期才能完成从开工到建成通车的整个过程[1]，而施工期间会产生固体气体污染物、生活和交通噪声以及水污染物等问题，这些污染物对周边的大气环境、水环境、声环境和生态环境等都会造成一系列不可预测的影响[2]。随着经济社会的发展与进步，国家对生态文明建设的高度重视，公路行业施工期的环境影响也日益受到重视[3-6]。施工期环境监测工作能够实时把握项目建设引起的周边环境质量变化动态，引导评价项目对环境的影响程度，监督落实环境保护措施，确保项目监测结果满足竣工验收标准[7-8]。由此可见，环境监测工作对公路项目的环境保护落实尤为重要。

柳格国家高速（G3011）敦煌到当金山口是柳园到格尔木国家高速公路（G3011）在甘肃省境内的一部分，该公路是西部大通道西宁到库尔勒公路的一个重要组成部分，该路线在甘肃和青海两省建成后，将成为连接新疆、西藏和内地的又一重大枢纽，拟建公路位于甘肃省酒泉市境内，包括敦煌至当金山口公路主线（含终点占用G215线恢复工程）、沙枣园至肃北县S303连接线和G215敦煌七里镇至当金山垭口段辅道维修改造工程，主线全长约198.97 km[9]。

1 水环境污染源特征

通过对高速公路建设引起水体污染的施工环节进行分析，归纳得出公路施工期水污染源（物）的种类和特征。

移动性污染源。在移动过程中产生污染物的源头包括大中型桥梁的桥墩施工船，在施工和物料、人员运送过程中会产生污染物，以油污水和生活污水的排放为主。通常情况下，施工船会严格遵守船舶排污规定，将含有油污的机舱水经过油水分离器处理后，确保达到排放标准。进行处理后的生活污水排放达到了相关标准，从而大大减少了对环境的危害。然而，船舶机舱水、生活污水和垃圾的随意排放问题仍然存在，因此有必要进行采样分析[10]。

固定性污染源。有固定性的污染物来源是：（1）桥梁基础施工期间，围堰法或沉井法均会对底质产生搅动，特别是其中的重金属离子对水质有较大影响，机油跑、冒、滴、漏也是一种污染源。（2）岸边泥浆、废渣等堆放点，在管理不善的情况下，雨水径流会把金属离子和岸边杂物冲入水体。（3）靠近水体的施工营地生活污水在管理不善的情况下未经处理排入水体，也是一种污染源。

由于施工期人员数量众多，生活污水中的污染物浓度就会极高，尤其是在特大型、大型桥梁、互通式立交桥、隧道等工程的施工点，施工人员的生活污水污染成为施工期环境监理过程中一个值得关注的问题。当小河的流量为15 m3∕s时，每立方米河水中的重铬酸盐指数CODcr含量增加1.19 mg，当小河的流量为2～3 m3∕s 时，每立方米河水中的CODcr含量将增加34.7 mg[11]。如果直接将这些污水排入小河中，将会对环境造成严重的污染。需要在各类施工点设置化粪池对生活污水进行处理，再将污水集中转运入农田或附近城市污水处理厂处理，以降低五日生化需氧量BOD5和CODcr含量，从而减少对小河的污染程度。

综上所述，高速公路施工期水污染源主要是桥梁基础施工可能扰动的底质和产生的钻渣，此外，施工场地产生的生活污水和施工废水，都可能影响水体水质。

2 水环境敏感点布设

2.1 水环境敏感监测点的定义

所谓水环境敏感点是指受桥梁施工影响的敏感水域中有代表性的水质采样断面；敏感水域是指具有饮用水取水口功能、娱乐功能、养殖功能或农灌功能的桥梁跨越河段、湖段或水库段；采样断面的设置以桥位为基准。所谓水环境敏感监测点是指在受高速公路施工影响较大的水环境敏感点，能够准确反映高速公路施工期对水环境影响程度的点位。

2.2 水质采样断面的特征

根据污染源调查结果看，污染源具有固定性特点，桥梁位置是设置水质采样断面的基准。大型桥梁施工有运送物料的工程船往返，若不达标排污也会影响水质（流动性）。桥梁施工阶段中，水体污染主要发生在桥墩基础施工过程中。采样断面和断面上采样点的确定仍然受到水体属性的影响。水体除具有社会属性和环境属性外，还受桥梁特征的影响。

（1）水体的社会属性[12]

①水体行政区划。若有桥梁跨越各县、市水体，享有同等受保护的权力。

②线路标段责任。各承包商负有保护水体不受污染的责任和被监督的义务。

③采样断面的交通。一般桥位能进出，按规范在下游50～150 m范围内（或大江大河在下游200～500 m范围内）设置左、中、右垂线处，以及上游设置对照断面处是不可（或难以）进入的，会影响采样断面的设置。

④兼顾性。若断面交通方便，且兼顾有可设置的大气、噪声污染环境监测敏感点，可优先考虑。

⑤是否为环评报告推荐断面。

⑥桥型结构。决定桥墩的数量和桩基的大小。

⑦桥梁的大小。桥梁越大桥墩越多，基础施工时间越长，产生影响的污染源也越多，应优先考虑，桥梁的大小属性也覆盖了河流的宽窄属性。

（2）水体的自然环境属性[12]

①底质质量。桥墩施工无论用什么工艺方法均对底质产生搅动，使水体中悬浮物增加，而底质中的有害物质特别是金属离子会对水质造成污染。对底质造成影响的桥位应优先考虑设采样断面，此外桥墩底座钻渣含有害成分的也应优先考虑。

②水文。这里指的水文属性是指水体环境容量，即水体的宽与深，水体环境容量小的应优先考虑设置。

③多种污染源影响（感官评价指标）。主要指桥位上游是否有工业污染源或城、镇、村的生活污水和垃圾排放入水体。若有则水质的感官评价会偏低，对有多种污染源影响的水体应进行设点监测，以明晰污染责任。故应优先考虑设置采样断面和点位。

感官评价指标分为：

A.味道和臭味（二者一般合并评价），可分为4个等级，等级越高越应优先考虑设断面。

B.颜色。用（光电）比色法确定，色度越高越应考虑设断面。

C.透明度和浑浊度。水中悬浮物越多或胶体物质越多，透明度越小，浑浊度越大，可用30 cm 带黑十字线圆盘测透明度，透明度越低（黑十字线不能看见的深度），即浑浊度越高，越应考虑设置断面。

D.施工机械和岸边堆放桥墩底座钻渣存放点，为防止其任意排放或事故性排放，对其进行监督性监测是必要的，故应考虑设置断面。

（3）水体的功能属性[12]

水体的功能是采样断面设置的最重要依据，应当给予较高的权重，按功能重要性可排序为饮用水源、娱乐用水、养殖用水和农灌用水。

①饮用水源。凡是属于饮用水源的水库和湖泊应优先考虑设置断面；是饮用水源的河流亦应优先考虑，但桥位下游1 000 m以内或上游100 m以内有自来水取水口的应当重点考虑设置断面。

②娱乐用水水体。由于有身体接触，应予第二位考虑。

③养殖水体。凡有养殖功能的水体在设置断面时应给予次要考虑。

④农灌水体。凡有农灌功能的水体在设置断面时给予一般考虑。

2.3 水质采样断面的确定

基于上述对高速公路沿线敏感点社会属性和自然环境属性的分析，要确定环境监测敏感点需要考虑多因子综合影响，用“因子分析专家打分求权法”来解决这一问题。

高速公路施工期水环境敏感点影响因素总分定为100分，桥梁跨越的水体的环境属性占46%，水体功能属性占40%，被跨越水体的社会属性只占14%，共有36个因子影响到敏感点。设每一个因子都以均权影响每一个敏感点，即每个因子的权为1，则均权之和为36，它在所有敏感点评分总计中占的比例（即36个因子均权之和∕评分总计）同每个敏感点的相对权重在每个敏感点得分中占的比例（即每个敏感点的相对权重∕每个敏感点的得分）是相当的。按照y/Y=x/X计算出每个声环境敏感点的相对权重，其中y为因子均权之和，Y为所有因子的评分总计，x为每个敏感点的相对权重，X为每个敏感点的得分。根据打分确定施工期水环境监测点位，见表1。

表1 “敦-当”路施工期水环境监测点位表

3 水环境监测因子和监测频率

根据以往高速公路施工期环境监测实际情况，同时参阅了大量的环保文献，在实际情况监测基础上，提出高速公路施工期水环境监测因子包括氢离子浓度指数pH、悬浮物SS、化学需氧量COD、氨氮和石油类。

高速公路施工期污染源具临时性特征，在施工过程中污染源的种类和数量都发生了变化，故监测频率也应作出相应调整。施工不同阶段影响水环境的污染源变化情况见表2。

表2 不同施工阶段影响水环境的污染源变化

从表2可以看出，随着桥梁工程的进行，污染源种类亦呈几何级数减少，因此，对水体水质的影响也显著降低。

水质采样频率的行业标准推荐1 次∕年且在枯水期是不合理的，因为桥梁施工的起始时间虽然原则上在枯水期或丰水期之后的平水期开工为最好，但实际上工作队进场开工时间是以合同为准的，即合同签后15 d 内进场开工，不受平、枯、丰水期制约；另外，桥梁施工对水体的污染主要出现在桥梁基础施工期，而桥梁基础施工期中最重要的产生污染时段又是在其前期，即桥梁基础施工，故从这个角度分析，国家标准中规定3次∕年也是不适合桥梁施工监测频率的。施工期水环境监测项目及频率见表3。

表3 高速公路施工期水环境监测项目及频率

4 水环境监测方法

根据国家标准或行业标准，水质采用的监测方法详见表4。

表4 水环境监测因子监测方法

5 水环境质量监测

在敦当路施工过程中选取4 个施工营地的废水，监测pH、COD、SS和氨氮，为期一年，每个点每季度监测三次（每月一次）；监测结果如图1—图4所示。

图1 敦当路施工营地2019年pH 监测图

图2 敦当路施工营地2019年COD 监测图

图3 敦当路施工营地2019年SS 监测图

图4 敦当路施工营地2019年氨氮监测图

选取4 个拌合站的废水，监测pH、COD、SS、氨氮和石油类，为期一年，每个点每季度监测三次（每月一次）；监测结果如图5—图9所示。

图5 敦当路拌合站2019年pH 监测图

图6 敦当路拌合站2019年COD 监测图

图7 敦当路拌合站2019年SS 监测图

图8 敦当路拌合站2019年氨氮监测图

图9 敦当路拌合站2019年石油类监测图

监测数据显示：

在施工营地1～4 监测点中，pH 浓度全年呈现先增后减的变化趋势，1—9月呈现增加趋势，9—12月呈现下降趋势，其中4—9 月份测试pH 浓度较10月至来年3 月测试值高。4—9 月份测试COD 浓度较10 月至来年3 月份测试值高。SS 浓度大体上呈现先增后减的变化趋势，1—9月呈现增加趋势，9—12 月呈现下降趋势，其中7—9 月测试SS 浓度较高。氨氮浓度大体上呈现先增后减的变化趋势，1—6月呈现增加趋势，7—12月呈现下降趋势，其中5—9月测试氨氮浓度较高。

在拌合站1～4监测点中，pH浓度全年呈现先增加，后趋于平缓再减小的变化趋势，1—4月呈现增加趋势，4—9月呈现平缓趋势，9—12月呈现下降趋势，其中4—9月测试pH浓度较10月至来年3月份测试值高。COD浓度大体上呈现先增后减的变化趋势，1—9月呈现增加趋势，9—12月呈现下降趋势，其中6—9 月测试COD 浓度较高。SS 浓度大体上呈现先增后减的变化趋势，1—9月呈现增加趋势，9—12月呈现下降趋势，其中8—9月测试SS浓度较高。氨氮浓度大体上呈现先增后减的变化趋势，1—9月呈现增加趋势，9—12月呈现下降趋势，其中8—9月测试氨氮浓度较高。石油类浓度大体上呈现先增后减的变化趋势，1—9月呈现增加趋势，9—12月呈现下降趋势，其中4—9月测试石油类浓度较寒季高。

根据《污水综合排放标准》（GB 8978—1996），监测结果显示4 个施工营地4 个季度pH 均在标准要求范围之内，COD、SS和氨氮均超标。4个拌合站4个季度pH和SS均不在标准要求范围之内，COD和氨氮大部分超标且二季度和三季度较一季度和四季度偏高。