高速公路對(duì)周邊環(huán)境影響與冬季防滑應(yīng)對(duì)措施分析

付英俊，張曉東

(1.呼和浩特市交通運(yùn)輸服務(wù)中心；2.內(nèi)蒙古公路交通投資發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于高速公路的需求日益增多，高速公路得到了前所未有的迅猛發(fā)展。然而，高速公路的發(fā)展會(huì)給周邊環(huán)境造成一定的破壞。高速公路及在它上面行駛的機(jī)動(dòng)車是其周邊環(huán)境大氣、土壤和水污染的罪魁禍?zhǔn)?。尤其隨著交通強(qiáng)度幾何級(jí)數(shù)般的增長(zhǎng)，有害氣體排放、噪聲污染和振動(dòng)污染暴增。環(huán)境的自我修復(fù)能力已不堪其負(fù)。筆者在總結(jié)高速公路對(duì)周邊環(huán)境影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)高速公路冬季防滑應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行比對(duì)和選擇，以期減少高速公路對(duì)周邊環(huán)境的影響。

1 高速公路對(duì)周邊環(huán)境的影響因素分析

1.1 道路養(yǎng)護(hù)

機(jī)動(dòng)車性能(30%)、機(jī)動(dòng)車營(yíng)運(yùn)期間的技術(shù)狀況(30%)及高速公路路況和交通網(wǎng)絡(luò)化水平(40%)是影響高速公路周邊區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的主要因素。由于車輛的技術(shù)性能不完善、路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)條件不理想或交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量不高，機(jī)動(dòng)車會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大破壞。高速公路運(yùn)營(yíng)維護(hù)是為維護(hù)道路、道路組織和道路建設(shè)要素的有機(jī)暢通而采取的一系列預(yù)防措施，借以改善道路運(yùn)營(yíng)狀況。公路養(yǎng)護(hù)水平和交通強(qiáng)度是緊密的正相關(guān)關(guān)系，道路使用率和交通強(qiáng)度不同，對(duì)道路養(yǎng)護(hù)水平的要求也不同。使用不完善的道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)久的負(fù)面影響。

高速公路道路養(yǎng)護(hù)對(duì)周邊環(huán)境的影響主要發(fā)生在寒冷的冬季。冬季濕滑、結(jié)冰及積雪是降低地表平整度和附著系數(shù)等交通運(yùn)輸運(yùn)行安全指標(biāo)的主要因素。冬季道路養(yǎng)護(hù)是道路運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)為確保冬季道路交通暢通而開展的工作，包括清除道路積雪及防止冬季道路濕滑、結(jié)冰。寒冷的冬季，受冰雪覆蓋影響，其對(duì)環(huán)境的污染主要是由于為防止路面濕滑而不得不使用化學(xué)試劑(如融雪劑、除冰劑等)造成的。美國(guó)每年消耗大約1 000萬t氯化鈉和30萬t氯化鈣，每1 km的路面會(huì)散發(fā)30多t的鹽分。

盡管使用化學(xué)試劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，引起大氣污染和道路周邊腐蝕，但是由于道路濕滑會(huì)導(dǎo)致交通事故大量增加，為保障行駛安全，在冬季來臨后我們?nèi)圆坏貌淮罅渴褂萌谘﹦?、除冰劑。來自美?guó)的數(shù)據(jù)：82%的道路交通事故(RTA)發(fā)生在道路濕滑的情況下，只有不到18%的事故發(fā)生在沒有冰雪的道路上。在芝加哥，氯化鹽涂層每年可防止15 000起道路交通事故。世界上大多數(shù)國(guó)家都反對(duì)在冬季道路維護(hù)中使用化學(xué)品，但多年的經(jīng)驗(yàn)表明，氯化物是防治道路濕滑最有效的手段。

為了兼顧道路的通暢性和道路周邊環(huán)境安全，對(duì)冬季道路化學(xué)品的使用要有一定的限制。必須制定高速公路冬季防滑和除雪條件，僅在出于道路安全原因確實(shí)需要時(shí)才使用化學(xué)品。同時(shí)，按照環(huán)境要求主動(dòng)改進(jìn)冬季道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)，不斷改進(jìn)冬季公路養(yǎng)護(hù)的組織結(jié)構(gòu)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)裝備，通過減少養(yǎng)護(hù)時(shí)間，顯著改善路側(cè)環(huán)境狀況。

我國(guó)的道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)是基于消除已經(jīng)形成的滑點(diǎn)，而不是防止滑點(diǎn)的產(chǎn)生。這不僅影響交通安全，還影響車輛的行駛速度，從而影響大氣中有害物的排放水平。準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)冬季道路周邊環(huán)境狀況，通過改進(jìn)冬季道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)提高環(huán)境質(zhì)量，與道路交通系統(tǒng)本身密切相關(guān)。在解決道路環(huán)境問題時(shí)，需要對(duì)“道路-環(huán)境”系統(tǒng)中相互作用的因素進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1.2 汽車尾氣

空氣中大部分的污染物來自車輛行駛過程中排出的尾氣。減少汽車對(duì)道路周邊環(huán)境的負(fù)面影響，很大程度上取決于對(duì)汽車運(yùn)行條件的重視。在過去十年中，由于技術(shù)的進(jìn)步，雖然單臺(tái)車輛的污染在相對(duì)減少，但是由于汽車總量的增加，碳?xì)浠衔锶剂舷鄳?yīng)增加，全球空氣污染總量仍在增加。

預(yù)計(jì)未來十年，發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車數(shù)量將增加12%，東歐將增加133%，發(fā)展中國(guó)家將增加220%。車輛行駛過程中向大氣排放的有害物質(zhì)，一氧化碳(CO)約80%，碳?xì)浠衔?CmHn)約8%，氮氧化物(NOx)約5%?？諝庵谐^80%的碳氧化物和含氮化合物、90%的碳?xì)浠衔铩?0%的鉛，是車輛排放造成的。影響地球氣候變化的溫室效應(yīng)，汽車尾氣排放更是元兇。

一氧化碳(CO)是一種輕質(zhì)、無味、無色的氣體。它是發(fā)動(dòng)機(jī)以富集的空氣燃料混合物運(yùn)行時(shí)，燃料不完全燃燒的產(chǎn)物。一氧化碳(CO)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有負(fù)面影響，可導(dǎo)致心臟病，與人體內(nèi)的血紅蛋白發(fā)生反應(yīng)，取代氧氣。自1860年第一次確定空氣中的一氧化碳(CO)以來，其含量增加了15%，并繼續(xù)以每年1%～2%的速度增加。碳?xì)浠衔?CmHn)主要在車輛制動(dòng)和怠速期間釋放。碳?xì)浠衔?CmHn)中最危險(xiǎn)的是不飽和碳?xì)浠衔?，它們具有高反?yīng)性，是光化學(xué)霧主要的有毒成分。二氧化硫(SO2)對(duì)生物體的造血器官、大腦、脾臟有刺激作用，還會(huì)引起碳?xì)浠衔?CmHn)交換障礙。通過破壞葉綠素，二氧化硫(SO2)對(duì)森林和綠地的危害是長(zhǎng)期的。它干擾植物生長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降和畜牧業(yè)損失。此外，廢氣還會(huì)加劇橡膠和塑料制品、建筑物飾面及結(jié)構(gòu)、瀝青和水泥混凝土路面的破壞及車輛的腐蝕。

1.3 氣候

現(xiàn)有的計(jì)算和評(píng)估公路對(duì)環(huán)境影響的方法，僅考慮了與道路和交通因素相關(guān)的年均指標(biāo)，不能充分反映污染物流入對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)影響。污染物種類、數(shù)量不穩(wěn)定，并且在一天中的某時(shí)刻、一周中的某幾天和一年中的某時(shí)間段內(nèi)顯著波動(dòng)。氣候因素顯著改變車輛的實(shí)際交通狀況，如交通強(qiáng)度、交通組成和速度、油耗、路面狀況和道路幾何參數(shù)。氣候?qū)ψ匀画h(huán)境污染和環(huán)境自我清潔影響最重要因素包括：風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、降水、相對(duì)濕度和大氣壓力等。

夏季主要有雨、霧、風(fēng)、高溫4種氣象要素及其組合；春季和秋季主要有冰、雨、霧、風(fēng)、寒溫和高相對(duì)濕度6種氣象要素及其組合；在冬季，除了具備春、秋季的特征外，還有氣溫下降、降雪和暴風(fēng)雪。冬季氣候因素對(duì)路面和路肩的狀況、路面的附著力和平整度、車行道路的寬度、能見度及駕駛員的情緒狀態(tài)等都有顯著影響。

冬季環(huán)境污染程度很大程度上取決于道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)的使用，利用氯化物為主的防冰雪材料可以有效防止冬季道路濕滑，除冰氯化物是融化冰層和提高交通安全最有效的方法。

1.4 道路運(yùn)輸條件

高速公路周邊有害物的排放取決于3個(gè)要素：交通強(qiáng)度、交通構(gòu)成和車輛行駛速度。冬季交通運(yùn)輸造成的大氣污染程度取決于車速下降、油耗過大等因素，具體取決于路面狀況。

道路運(yùn)輸條件對(duì)空氣排放量和排放物組成的影響通過車輛速度的變化表現(xiàn)出來。行駛速度是衡量公路運(yùn)營(yíng)狀況和環(huán)境污染程度最重要的指標(biāo)。交通速度的降低導(dǎo)致污染物濃度的增加比因交通強(qiáng)度本身增加導(dǎo)致的污染來得更快。當(dāng)汽車的行駛速度在每小時(shí)60 km～80 km時(shí)，污染物排放量最低。當(dāng)速度低于每小時(shí)50 km或超過每小時(shí)80 km時(shí)，污染物排放量顯著增加。因此，當(dāng)冬季路面濕滑，車輛的速度下降到30 km/h，附著系數(shù)下降，行車安全性下降，事故增加，污染嚴(yán)重。在這種情況下，必須用防冰材料處理路面表層。

表1 車輛在各種行駛模式下有害氣體的排放

2 環(huán)境影響作為考量的冬季防滑應(yīng)對(duì)措施

2.1 防滑技術(shù)方法

冰雪的形成減小車輛對(duì)路面的附著力。高速公路處理冬季濕滑的主要方法是去除路面上已經(jīng)形成的冰、雪層，或增加車輪對(duì)路面的附著系數(shù)。具體有機(jī)械法、摩擦法、加熱法和化學(xué)試劑法4種技術(shù)方法。

2.1.1 機(jī)械法

機(jī)械法用于清除暴風(fēng)雪沉積物、松散的新落雪或使用過除冰材料防止積雪壓實(shí)的雪。壓實(shí)的地表雪不適合機(jī)械清除。機(jī)械法主要由巡邏掃雪車完成，該方法最具環(huán)保價(jià)值。

日本有廣泛使用機(jī)械法去除冰雪的經(jīng)驗(yàn)，在路面上添加少量鹽分，減輕冰雪沉積物對(duì)路面的附著，然后由巡邏掃雪車完成清理。冰主要通過汽車的車輪或帶有橡膠滾輪的重型壓路機(jī)碾壓，隨后用鏟雪機(jī)或平地機(jī)從表層上去除沉積物完成。

2.1.2 摩擦法

摩擦法的本質(zhì)是用冬季爽滑性的填充物來增加汽車車輪的附著系數(shù)。常用沙子、石料、爐渣或加熱的摩擦材料散布在路面，增加摩擦系數(shù)。這種方法比化學(xué)法更環(huán)保，但也有缺點(diǎn)：①只能暫時(shí)增加涂層的附著力；②材料不能很好地黏附在涂層表面，在交通繁忙時(shí)，會(huì)迅速離開路面；③散發(fā)渣料需要大量設(shè)備；④在春季，清理路面上積存的這些材料存在困難。

國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)表明，在低氣溫條件下，當(dāng)其他處理濕滑的方法不適用，或使用化學(xué)試劑在經(jīng)濟(jì)上不可行，或周邊環(huán)境的要求較高時(shí)，才會(huì)考慮使用摩擦法。摩擦材料被氣流吹離路面，積聚在路邊，會(huì)造成路側(cè)區(qū)域的污染和塵土飛揚(yáng)。

為了提高摩擦材料的使用效率，可以在普通摩擦材料中添加化學(xué)試劑，比如固體氯化物，其含量可以達(dá)到摩擦材料總量的10%或更多。這些混合物構(gòu)成了摩擦化學(xué)組合法的基本堆料，它們?cè)趦?chǔ)存過程中不會(huì)凍結(jié)也不會(huì)結(jié)塊。這類混合物除了增加黏附系數(shù)外，還額外融化了表面上的部分雪冰沉積物。

2.1.3 加熱法

加熱法有兩種：從路面下方加熱的傳導(dǎo)加熱和融化冰層表面的對(duì)流加熱。

2.1.3.1 傳導(dǎo)加熱。傳導(dǎo)加熱是使用帶有各種熱載體(熱水、空氣)或熱源(氣體、電流)的系統(tǒng)、裝置或設(shè)備，通過加熱傳感器進(jìn)行路面濕滑處理。這種方法是環(huán)保的。目前，德國(guó)、英國(guó)、瑞士、奧地利、丹麥、瑞典等國(guó)已經(jīng)開展了冬季傳導(dǎo)加熱的使用研究。日本是第一個(gè)在高速公路使用管狀加熱系統(tǒng)的國(guó)家。管道鋪設(shè)在距離路面10 cm深的地方，冬季通過200 m深的熱源水加熱。夏季，該系統(tǒng)通過太陽輻射到地下儲(chǔ)存設(shè)施積儲(chǔ)熱量。因?yàn)槭沟缆方ㄔO(shè)技術(shù)復(fù)雜化、增加運(yùn)營(yíng)成本、降低涂層的使用壽命，在實(shí)踐中，這種系統(tǒng)很少使用。僅用于非常有限的區(qū)域，如城市中的立交橋、大型橋梁、人行橫道的臺(tái)階和坡道。

2.1.3.2 對(duì)流加熱。對(duì)流加熱是使用專用設(shè)備消除濕滑的方法，被機(jī)場(chǎng)廣泛應(yīng)用于消除跑道上的滑溜現(xiàn)象。在面積有限的區(qū)域，使用這種方法相當(dāng)有效。許多國(guó)家已經(jīng)在使用燃?xì)馊紵?、超聲波發(fā)射器、紅外線加熱器、定向微波發(fā)射器進(jìn)行表面加熱，破壞冰雪沉積層的實(shí)驗(yàn)，這些裝置的主要原理是融化冰層或破壞冰層結(jié)構(gòu)。

2.1.4 化學(xué)法

化學(xué)法就是使用某些化學(xué)試劑來去除或防止路面濕滑，這些化學(xué)品能夠在負(fù)氣溫條件下融化冰或在路面形成具有低凝固點(diǎn)的溶液。在冬季道路養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中，化學(xué)法的應(yīng)用最為廣泛。瑞典自1947年起使用氯化物，英國(guó)自1960年起使用氯化物。

化學(xué)法最大的缺點(diǎn)是氯化物對(duì)環(huán)境、過往車輛的金屬部件、道路設(shè)施(道路標(biāo)志和圍欄的金屬支架)、公路橋梁及高速公路水泥混凝土表面造成破壞。自1991年以來，許多國(guó)家通過強(qiáng)制立法減少除冰化學(xué)品的使用，同時(shí)擴(kuò)大新材料和新技術(shù)的使用。對(duì)國(guó)外冬季道路養(yǎng)護(hù)禁止使用化學(xué)品的分析表明，就提高交通安全程度而言，化學(xué)方法無可替代。目前的任務(wù)不是放棄化學(xué)試劑，而是在不降低交通安全的情況下，找到以最低允許標(biāo)準(zhǔn)使用它們的方法。

當(dāng)治理目標(biāo)從消除濕滑轉(zhuǎn)向預(yù)防濕滑的形成時(shí)，化學(xué)試劑的使用可以降低到最低允許標(biāo)準(zhǔn)。在結(jié)冰前1 h～6 h，可以進(jìn)行預(yù)防性涂層處理，大大減少鹽的使用量。

2.2 比較與選擇

通過以上分析，我們得出了不容樂觀的結(jié)論：即使從生態(tài)學(xué)的角度來看，化學(xué)方法比物理方法和摩擦方法也更具有優(yōu)勢(shì)。路面上存在的鹽分顯著減少濕滑的形成，提高交通安全和平均車速，并減少汽車有害氣體的排放。另外，這種方法的經(jīng)濟(jì)性，還體現(xiàn)在使用更少的勞動(dòng)力和消耗更少的材料。當(dāng)然，我們應(yīng)該考慮到，即使是使用少量的鹽分，經(jīng)過路邊多年積累，也會(huì)對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生極大的負(fù)面影響。

3 結(jié)束語

冬季盡管車輛通行強(qiáng)度有所下降，但高速公路通行區(qū)域的環(huán)境指標(biāo)仍可能明顯超過允許值。冬季使用化學(xué)除冰材料維護(hù)道路會(huì)導(dǎo)致路邊土壤、地面和地表水的污染。

冬季路邊生態(tài)環(huán)境由道路、天氣、交通等綜合因素決定。目前，預(yù)防和應(yīng)對(duì)高速公路冬季運(yùn)營(yíng)環(huán)境問題已經(jīng)得到充分的重視。我們不僅從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度，還應(yīng)該從環(huán)境的角度選擇冬季運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)的最佳技術(shù)方法。研究表明，當(dāng)治理轉(zhuǎn)向預(yù)防時(shí)，可以優(yōu)化公路冬季養(yǎng)護(hù)氯化物的消耗量，減少除冰鹽的用量。