（交通运输规划与管理专业论文）山区高速公路路域生态恢复技术研究.pdf

两姜 近年来，随着我国经济的高速发展，山区公路建设事业也蓬勃发展起来，但同时 公路建设所产生的环境问题也凸现出来。如何采取有效措施来杜绝或减少公路环境污 染，恢复路域生态环境，是摆在广大公路工作者面前的一项长期而艰巨的任务。 目前，山区高速公路建设还停留在“先施工后绿化、先破坏后恢复”的阶段，其 根源在于忽略了路域生态系统本身具有的生物学特性。本文即从路域生态系统的内涵 出发，详细分析了路域生态系统的组成与特征。在此基础上重点探讨了山区路域生态 恢复的基本思路，将环境保护和生态恢复贯穿于山区高速公路建设的全过程。同时， 路域生态恢复技术作为生态恢复的核心内容，论文在参考国内现有公路路域生态恢复 技术现状之后，适当借鉴国外的优秀经验和成果，对植被恢复技术、土地资源补偿技 术、野生资源保护技术、声环境保护技术、水系保护技术进行了全面的研究和阐述。 最后以西部课题秦岭山区高速公路建设生态保护技术研究中的子课题高速公路生 态评价指标与生态恢复技术为依托，针对西汉高速公路户县涝峪口至洋县槐树关段， 说明路域生态恢复在公路建设中的实践应用。 关键词：山区高速公路、路域生态系统、生态恢复、恢复技术 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t hc h i n a sr a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h er o a dc o n s t r u c t i o ni n m o u n t a i n o u sa r e a sh a v e f l o u r i s h e d ，b u t a tt h es a m et i m et h er o a dc o n s t r u c t i o n b y e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sa l s oe m e r g e d h o wt ot a k ee f f e c t i v em e a s u r e st op r e v e n to rr e d u c e r o a de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，a n dr e s t o r et h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti sal o n g - t e r ma n d a r d u o u st a s kw h i c hp l a c e si nt h ev a s tr o a dw o r k e r s a tp r e s e n t ，m o u n t a i na r e a s e x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o n s t i l lr e m a i n si nt h e ”f i r s t c o n s t r u c t i o na f t e rg r e e n ，d a m a g et or e s u m ea f t e r ”s t a g e i t sr o o ti sw e i g n o r e dt h ee c o s y s t e m o fr o a dr e g i o nw i t ht h eb i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s t h i sa r t i c l es t a r t sf r o mt h ec o n n o t a t i o no f e c o s y s t e mo fr o a dr e g i o na n da n a l y s e sc o m p o s i t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ee c o s y s t e mo f r o a dr e g i o nd e t a i l e d l y o nt h i sb a s i s ，f o c u so nd i s c u s s i n gt h eb a s i ci d e a so fe c o l o g i c a l r e s t o r a t i o no fr o a dr e g i o ni nm o u n t a i n o u sa r e a s ，a n dm a k ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n d e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ni m p e n e t r a t et h ew h o l ep r o c e s so fm o u n t a i n a r e a se x p r e s s w a y c o n s t r u c t i o n a tt h es a m et i m e ，t h ee c o l o g yr e s t o r i n gt e c h n o l o g ya c t sa st h ec o r eo f e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ，a f t e ri n v e s t i g a t i n gt h ee c o l o g yr e s t o r i n gt e c h n o l o g yt a k e nt ot h e e n v i r o n m e n to ft h ee x p r e s s w a ya tp r e s e n t ，a l s ou s e st h ef o r e i g no u t s t a n d i n ge x p e r i e n c ea n d a c h i e v e m e n t sf o rr e f e r e n c ep r o p e r l y , t h ep a p e rm a k e so v e r a l lr e s e a r c h e so nt h er e s t o r a t i o n o fv e g e t a t i o n ，l a n dr e s o u r c e sr e s t o r i n gt e c h n o l o g y , w i l d l i f er e s o u r c e sp r o t e c t i o nt e c h n o l o g y , a n ds o u n dt e c h n o l o g i e sf o re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dw a t e rp r o t e c t i o nt e c h n o l o g y f i n a l l y , t h ep a p e rb a s e so nt h ei s s u eo fe x p r e s s w a ye c o l o g i c a le v a l u a t i o ni n d i c a t o r sa n d e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nt e c h n o l o g yw h i c hi sas o no ft h ew e s t e r ni s s u e s ”q i n l i n gm o u n t a i n a r e a se x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o ne c o l o g i c a lp r o t e c t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h ”t oe l a b o r a t et h a t e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o na p p l yt oe x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o ni np r a c t i c ea l o n gt h ee x p r e s s w a y f r o mh uc o u n t yt oy a n gc o u n t ys h a n x ip r o v i n c e k e yw o r d s ：m o u n t a i na r e a se x p r e s s w a y ；e c o s y s t e mo fr o a dr e g i o n ；e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n ； r e s t o r i n gt e c h n o l o g y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 璇金队硼莎年衫月1 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：敬金吣 钠雠：卜知 训睁汨7 日 枷埤易月日 长安大学硕f ：学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 研究背景 自国家实施“西部大开发”战略之后，高速公路作为基础设施，其建设在西部山 区迎来了新一轮的高潮，以满足社会经济发展的需求及改变山区落后面貌造福于民。 回顾过去，高速公路的建设取得了举世瞩目的成就，仅“十五”期间我国共建成高速 公路2 4 7 万公里，是c c 八五，和“九五建成高速公路总和的1 5 倍【1 1 。根据交通部最新 公布的国家高速公路网规划，从2 0 0 5 年起到2 0 3 0 年，国家将新建5 1 万公里高速 公路，使我国高速公路里程达到8 5 万公里。可见，高速公路里程还将会不断的延伸， 发挥其一定的规模效益。 高速公路建设延伸到山区，不仅优化了路网结构，而且缩短了行程时间，提高了 物流、人流、商品流的运输效率及降低了运输成本。但是山区高速公路的建设不可避 免的会对原有山区自然环境及生态造成一定程度的破坏，如植被损失、水土流失、割 断生态景观空间及野生动物的移动通道等等。这种负面影响的结果，往往是恶劣的且 是多方面的，甚至某些损失是不可逆转的，如果不采取任何补救措施，不仅影响路域 本身的生态和景观环境，还直接影响公路的运营安全。 早在1 9 9 9 年我国科学院就发表了( ( 1 9 9 9 年中国可持续发展战略报告，指出我国 要真正跨进可持续发展的门坎，就必须跨越3 个台阶，即2 0 3 0 年实现人口自然增长率 的零增长；2 0 4 0 年实现能源资源消耗速率的零增长；2 0 5 0 年实现生态环境退化速度的 零增长。并且国家发展改革委关于高速公路建设有关问题的通知( 发改交运 【2 0 0 7 1 7 2 0 号) 提到要着重处理好高速公路建设和资源、环境的协调。在倡导建设“资 源节约型、环境友好型社会”的今天，路域生态恢复工作受到广泛地关注和重视，以 保障高速公路的可持续性发展。 1 1 2 研究意义 路域生态恢复是解决公路建设过程中所造成的生态问题的关键。对这一问题的有 效解决将有利于控制公路建设所造成的有害影响，能够解决公路沿线水土保持、生物 多样性及行车环境等方面存在的问题，提高公路抗灾能力和安全性，故具有重要的现 实意义。 第一章绪论 路域生念恢复不仅是一项环境保护事业，同时也是一项重要的生产事业。人们利 用路域生态恢复来减少因交通建设而造成的生态环境影响，实现环境保护功能的同时， 伴随产生了植被涵养水源价值、水土流失价值、生念价值、美化路容价值。因此开展 具有生态效益、经济效益和社会效益的路域生念恢复研究，对于实现公路建设与环境 保护、社会经济协调发展具有极为重要的理论和实践意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 关于生态恢复，国外做了大量研究。它作为一种新的思想，最早是由l e p p o l d 于 1 9 3 5 年倡导的【2 1 。在2 0 世纪7 0 年代，生态恢复研究取得了较大的进步，1 9 7 5 年3 月 在美国弗吉尼亚工学院召开了“受损生态系统恢复”国际会议，与会专家讨论了生态 恢复过程中的原理、概念和特征，提出了对加速生态恢复和重建的初步设想、规划与 展望。1 9 8 7 年j o r d a n 等主编了第一本生态恢复研究的专著( ( r e s t o r a t i o ne c o l o g y ) ) 。1 9 9 2 年恢复生态学杂志在美国创刊发行。1 9 9 4 年8 月在英国曼彻斯特举行的“第六届 国际生态学大会 上，代表们就包括生态恢复在内的1 5 个现代生态议题进行了广泛的 学术交流。1 9 9 3 年，英国学者b r a d s h a w 发表了“r e s t o r a t i o ne c o l o g ya ss c i e n c e ”一文， 确立了恢复生态学的学科地位及其在退化生态系统恢复中的理论意义。2 0 0 0 年9 月“恢 复生态学”国际大会在英国利物浦举行，大会通过对恢复生态学理论和实践的研讨【3 ，4 1 。 将生态恢复应用于公路建设方面的研究国外开始的也比较早，在此进程中一些标 志性年份被人们铭记：早在2 0 世纪5 0 年代，美国制定了相应的法律，要求新建公路 必须进行生态恢复。1 9 7 9 年，在维也纳召开的第1 6 届国际道路会议上，与会代表一 致认为：新建与改建的道路必须考虑建设对道路的环境保护。1 9 9 5 年9 月，举行的第 2 0 届国际道路会议对世界上部分国家进行公路环境影响评价的情况作了一次调查，旨 在督促各国加强公路环境保护的研究1 5 , 6 , 7 1 。 其中美国、同本、加拿大、西欧等国家在公路建设的环境保护方面做了大量而细 致的工作，有很多较成熟的理论和技术方法。在边坡生态恢复方面，美国和加拿大在 边坡防护中己经基本废除了浆砌片石和喷射水泥砂浆护面等破坏自然环境的工艺应 用，取而代之的是各种柔性支护和绿化措施【8 】；与此不同的是，同本则主张利用灌木 进行公路生物防护，要求公路绿化结合公路边坡坡面综合防护进行。在高陡边坡，采 用挂网( 金属) 、设置钢筋骨架、水泥方格再喷射客土进行绿化，但成本高达5 0 1 0 0 2 长安大学硕l j 学位论文 元m 2 【9 1 。在野生资源保护方面，国外为了维护野生动物的正常繁衍，一些公路保留了 下穿的“兽通”或专门设置上行的野生动物通道。自1 9 世纪5 0 年代美国佛罗里达州 出现世界上第一个专门为动物通过而设计的通道以来，至今有上百个大型动物通道分 布在各地，尤其以欧洲、北美和澳大利亚居多【1 0 】；瑞士根据动物出没路线，给动物修 建专门的跨线桥，并在桥上覆土种植与周围环境相似的灌丛和草类，以利于动物通过。 此外，德国的公路部门也不遗余力地进行公路生态恢复技术方面的研究，在公路建设 中必须考虑长期自然经济效益，天然资源利用，保护动、植物及各种自然特性、名胜 古迹和风景等。 1 2 2 国内研究现状 我国恢复生态学研究开始于2 0 世纪5 0 年代，首先开展了广东的热带沿海侵蚀台 地退化生态系统的植被恢复技术、沙漠治理与植被固沙研究、南方红壤恢复与综合利 用实验废弃矿地和垃圾场的恢复对策研究等【1 1 】。随着高速公路建设中不可避免的对生 态环境造成一定程度的破坏及影响，我国逐步将恢复生态学作为高速公路建设中生态 恢复的理论基础，经过几十年的实践研究，已经获得重要进展。 在公路生态环境保护研究方面，1 9 9 5 年蔡志洲【1 2 】讨论了公路在选线、施工和营运 期对生态的影响，对公路立交生态工程设计、公路边坡灌木生态绿化进行了深入研究， 并在文中首次阐述了“路界生态系统”的概念和内容；孙乔宝等分析了高速公路对生 态环境影响及其确定方法，提出了减轻和恢复这些负面影响的措施；林晓青对福鼎分 水关至宁德城关段高速公路建设的生态环境影响进行了分析，并提出了相应的生态保 护对策；曹力趔1 3 】综合分析了高速公路在施工和营运过程中对生态环境的破坏和污染 问题，并从路线的选择设计、施工管理、工程控制、环境管理等方面提出了相应的对 策。 在公路生态恢复技术研究方面，交通部公路科学研究所的科研工作者从生态学角 度出发，寻求适宜路域植被的恢复设计与施工技术：刘龙等从设计、施工和养护等几 个植被恢复重要环节，对高速公路路域植被恢复设计与施工技术进行探讨，并从生态 绿化设计植被恢复及交通安全等方面探讨公路生态工程技术，并对陇西立交枢纽生态 绿化工程进行初步研究；至今，根据我国不同的坡面类型，已建立了多种综合技术体 系，主要有丌沟植草法、三维植被网施工技术、厚层基材喷播技术、土工格室护坡技 术、种子袋护坡技术等1 1 4 】，可基本满足我国公路建设中植被恢复的需要。 3 第一章绪论 在新建公路生态恢复实践方面，有关资料报道表明，北京、云南和湖北等地公路 和科研部门都在新建公路生态恢复技术的研究开发方面做了一些工作，有的还实施了 试验路段。典型的研究有：1 9 9 5 年在宜黄公路首次开展利用植生带、贴草皮和人工撒 播等建植公路边坡植被的实验，结果表明，这些方法在公路边坡植被恢复工程上应用 存在一定的局限性。1 9 9 6 年在云南昆曲高速公路利用美国湿式喷播植草技术开展了公 路路域植被恢复的初步尝试，并取得了较好的初期植被覆盖率。川九公路作为山区旅 游公路，它最主要的特点就是桥隧结构物不多。在总体及路线设计当中，坚持了一个 确保、两个灵活、三个协调。即在确保安全的前提下，灵活运用标准，灵活运用指标， 公路借势得势，以保护自然界既有的势，最大限度达到线形自身协调、与结构物的协 调、与环境的协调。 1 2 3 存在的问题 通过以上对国内外研究现状的总结分析，及结合对目前高速公路路域生态恢复情 况的实际调查，发现我国在路域生态恢复方面仍存在以下几个比较薄弱的方面。 1 、将路域生态恢复工作仅局限在公路用地范围之内，主要是对公路沿线边坡进行 的植被恢复； 2 、大多数公路建设还是停留在“先施工后绿化、先破坏后恢复”的阶段，思想上 未曾意识到路域生态恢复工作应贯穿于高速公路建设的全过程； 3 、目前，没有一个完整的体系用于指导路域生态恢复工作，这容易造成工作顾此 失彼，左支右绌。 1 3 研究内容与技术路线 针对我国路域生态恢复工作中的不足之处，本论文在吸纳国外路域生态恢复思想 的基础上，以西部课题秦岭山区高速公路建设生态保护技术研究中的子课题高速 公路生态评价指标与生态恢复技术为依托工程，开展了山区高速公路路域生态恢复的 研究。 论文共分六章，各章的研究内容具体如下： 第一章绪论。阐述论文研究背景及意义，通过国内外研究资料的搜集、整理、归 类、分析，得出目前关于路域生态恢复研究的缺憾之处，从而确定本论文的研究内容。 第二章路域生态系统概述。针对目前人们对路域生态系统内涵认识的模糊性、表 4 长安人学硕j ：学位论文 象性、片面性，重点从现代系统观、生态学、哲学、公路工程学等多学科综合的理论 高度，阐明路域生态系统的内涵，探讨在时间维和空间维的基本思想；在此基础上， 分析研究了路域生态系统的组成，为识别山区路域生态系统的特点提供依据；同时分 析了路域生态系统组成成分之问的关联与影响，为开展路域生态恢复工作打下基础。 第三章路域生态恢复的基本思路。首先提出了路域生态恢复的目标，即系统恢复 后所要达到的状态；及在路域生态恢复工作过程中约束人类行为的准则、原则；在此 前提下，笔者以路域生态系统演变为主线，重点从主动环境保护和被动路域生态恢复 两方面进行了全面的分析与总结，探讨出路域生态恢复的一般途径。 第四章路域生态恢复技术研究。路域生态恢复技术是路域生态恢复的核心，为此 笔者详细探讨了植被恢复技术、土地资源补偿技术、野生资源保护技术、声环境保护 技术与水系保护技术5 项生态恢复技术。 第五章实例分析。介绍适合秦岭山地立地条件的生态恢复技术、手段和措施，研 究出针对性强、操作简便、经济适用的路域边坡植被恢复技术、弃渣场和取土场生态 恢复措施、野生资源保护措施与生物型声屏障技术。 第六章总结。包括研究工作的总结及进一步研究的建议。 根据上述研究内容，拟定本文的技术路线( 见图1 1 ) 。 囱怔茧p vv 叵恒垂匦 固一匦 臣亘互 区蓝匡蔓圜 5 罱圃 第二章路域生态系统概述 第二章路域生态系统概述 2 1 路域生态系统的内涵 生态系统类型按人类对生态系统影响程度划分【1 5 j ，可分为自然生态系统、人工生态 系统等。自然生态系统即地球表面未经人类干预的生物群落与无生命环境在特定空间的 组合。如未开发利用的天然草原、原始森林、海洋生态系统等。人工生态系统是指以人 类活动为生态环境中心，按照人类的理想要求建立的生态系统。在本文中人类活动指高 速公路从规划、设计、施工到运营与管理整个全过程。那么，路域生态系统可简单理解 为由人工生态系统和自然生态系统两部分组成，它是以牺牲原有生态系统为代价，按人 类的需要，由人工定向设计的生态系统。 现代系统观 1 6 】认为，事物的普遍联系和永恒运动是一个总体过程，要全面地把握和 控制对象，综合地探索系统中要素与要素、要素与系统、系统与环境、系统与系统的相 互作用和变化规律，把握住对象的内、外环境的关系，以便有效地认识和改造对象。 因而，从现代系统观和生态学的角度来看，路域生态系统与其它系统相互联系，进 行着大量的物流、能流和信息流的交换，是一个动态的、开放的、能动的生态系统。但 就人工生态系统本质来说，路域生态系统不断受人类活动影响，自我调节能力差，是个 不完整的生态系统，一定程度上需要人工支持。 路域生态系统相对人工生态系统或自然生态系统部分而言，是一个整体。在哲学中 整体指由事物的各内在要素相互联系构成的有机统一体及其发展的全过程。在空间上， 整体是事物内在的有机统一体；在时间上整体是事物发展的全过程。因此，阐述路域生 态系统的内涵，还应从时间和空间两方面加以考虑： 时间维路域生态系统与自然生态系统一样，具有生物学特性i ”】，在发育的不同 阶段呈现各异的特点。高速公路的规划和设计阶段可称为路域生态系统的“孕育”阶段； 自将公路构造物实体介入到原有生态系统，路域生态系统就诞生了，并开始成长起来， 也就是说施工阶段是原生态系统转变成路域生态系统的时期；在高速公路运营阶段，路 域生态系统通过系统内有机体与外界环境不断地进行物质交换和能量传递，排出大量废 弃物( 尾气、噪声等) ，而这些污染只能依靠人为的正向干扰向外界输出。可见路域生态 系统的发展演变与高速公路建设的全过程息息相关，换句话来讲即在时间维上路域生态 系统定位为高速公路建设的全过程。 6 长安人学硕士学位论文 空间维按照公路建设项目用地指标的规定，高速公路平均宽度一般不超过 1 0 0 m ，显然高速公路是具有明确边界的实体。那么高速公路路域生态系统的空间范围到 底如何界定呢? 我国在公路环境保护设计规范( j t j t0 0 6 9 8 ) 中明确指出公路环保 设计规范中所称的生态环境是指公路中心线两侧2 0 0 m 范围内的自然保护区、水源保护 地、森林、湿地和野生生物及其栖息地等。同样公路建设项目环境影响评价规范( 试 行) ( j t j t 0 0 5 9 6 ) 中也明确指出高速公路评价范围一般为项目可行性研究报告提 供的路中心线两侧各2 0 0 m 范围内。因此，本论文狭义的路域生态系统空间范围界定为 以高速公路中心线为中线分别向两侧各延伸2 0 0 m ，形成一个4 0 0 x l ( l 为高速公路长 度：米) m 2 的矩形区域范围，个别地方如立交服务区的范围可能会更大一些。此区域也 是高速公路建设对沿线生态环境的直接影响区。 但任何一个系统都具有边缘效应【1 6 1 ，它是指在某一生态系统的边缘，或两个或多个 生态系统的交界区域内能流、物流和信息流都远远大于某一生态系统内部的能流、物流 和信息流。同样，路域生态系统与原有自然生态系统之间也会产生交界区域( 即过渡区) 。 此交界区域是高速公路建设对沿线生态环境的间接影响区，在空间上尺度是难以确定的。 那么直接影响区叠加上间接影响区可称之为广义的路域生态系统空间范围，单侧可延伸 至1 0 0 0 m ，甚至可能会更远。 2 2 路域生态系统的组成 路域生态系统的组成是指系统内包含的组成部分或子系统，它反映系统包含的因素 及其相互作用。路域生态系统分成自然生态系统与人工生态系统两部分【1 7 1 ，详见图2 1 。 | 路域生态系统 1。，一 囱圈囱豳 图圈闰圈圈阁图 7 第二章路域生态系统概述 1 、自然生态系统 ( 1 ) 生物 植物群落山区的植物群落主要是天然森林，灌丛群落及杂草群落，其类型取决 于地带性的分布规律和地域分布规律，它们是生态系统的主要生产者。 动物群落主要是指天然分布在山区的地带性动物类型，包括陆生、水生的大中 小型动物及飞行鸟类等。 微生物群落主要是指所在区域的空气及土壤中的微生物。 ( 2 ) 非生物 包括与自然生态系统相适应的气候因子，如光照、热量、水分、空气等，还有岩石、 土壤等。 2 、人工生态系统 ( 1 ) 生物 路域人群路域生态系统是具有生物学特性的，因此路域人群主要包括道路的建 设者、道路的使用者及道路的管理者。当然因高速公路的介入而影响到的当地居民也囊 括在内。 人工植被在道路两侧、中央分隔带及周围由人工种植的树木、花草和攀援植物 等，它的主要特性就体现在人为干预上，而非天然生成。 ( 2 ) 非生物 公路设施包括分布在路域内的路基工程、桥梁工程、隧道工程及互通工程等主 体工程及沿线的交通工程设施。 交通工具运行在路域内的所有交通工具。 环境影响高速公路建设对原有生态系统的环境影响主要体现在两方面：一方面 资源破坏，表现为数量减少，对土地资源的影响( 水土流失) 属于此类；另一方面环境 污染，表现为质量的降低，大气污染、水污染、噪声污染等属于此类。 就山区路域生态系统而言其自身又具有独特之处，详见表2 1 。 8 长安入学硕j j 学位论文 表2 1山区路域生态系统特点 生态系 内容 特点 统 山区地质条件一般较为复杂，常见的有滑坡、泥 j 流、崩塌等地 地质 质灾害，生态比较脆弱； 山区气候复杂、变化人，雾多、湿重，还存在着冰冻、大暴雨、 气候 连阴雨等灾害天气； 自然植被完好的植被群落，植物种类丰富，并且存在敏感物种分布其中； 生态 系统 野生动物 山区是野生动物资源宝库，种类繁多，受国家级保护的野生动物 资源大多栖息在此； 自然保护区是重要的自然生态系统； 水体大多是重要的水资源发源地。 山区沟壑纵横交错、地势起伏人、坡面陡峻，因此高填深挖路基 路基下程 较普遍，并且大纵坡较多； 人工桥梁工程沿溪布设桥梁所占比例较大； 生态 系统 隧道= 程隧道设置一般较多，且长人隧道所占比例较大； 临时工程取弃土( 渣) 量大且场地布设困难。 人工生念系统与自然生态系统( 原有未受干扰的生态系统) 互相影响，经过时间、 空间的演变，你中有我，我中有你，不能截然的区分开来，最终形成一个崭新的路域生 态系统。 2 3 路域生态系统的特征 路域生念系统是在自然生态系统的基础之上演替形成的，人为修建高速公路对其影 响是面之广、时之远的，可以认为是自然生态系统的一种逆向演替。本论文为很好的阐 述路域生态系统的特征，从路域生态系统的组成成分出发，探究二者之间的联系与影响。 2 3 1 人工生态系统对自然生态系统的影响 由于公路设施、交通工具及路域人群的涌入，对原有的自然生态系统产生了很大的 影响。下面主要从生物和非生物两大块分析其影响程度和广度： 1 、对生物的影响 ( 1 ) 植被破坏 q 第二二章路域生态系统概述 高速公路对地表植被的破坏主要是征用土地使其范围内的地表植被直接损失。其包 括：公路工程永久性征用土地使公路沿线的植被遭受损失或损坏；施工期临时用地，包 括施工便道、拌合场、施工营地、预制场等，因施工作业，使这些土地的植被遭受损失； 取、弃土石方作业，使原有土地的植被遭到破坏；施工期由于筑路材料运输、机械碾压 及施工人员践踏，生长在施工作业区周围的部分植物被破坏。 ( 2 ) 野生动物影响 生境破碎化 野生动物总是以特定的方式生活于某一生境之中，同时动物的各种行为、种群动态 都与其生境分不开【1 8 】。高速公路作为大型线状人工设施，在建设和营运中的生态效应都 与生境破碎化有着直接或间接的关系。 一方面，在修建过程中将直接破坏动物生境，迫使野生动物被动迁移或丧失。交通 噪声就是对野生动物生境破坏的关键性因子，它的干扰距离直接影响着物种变化趋势。 物种密度是衡量物种变化趋势的显著指标，它与其生存境地的质量有着密切联系，图2 2 极限模型能形象的描述物种密度变化与噪声之间的关系： 相对密度 tr 噪声a 计权级d b ( a ) 图2 2 物种密度变化与噪声关系 附注1 ：t 一噪声初始值( 末破坏状态) ；r 一公路边缘噪声值。a 一所在区域面积；b 一所在区域 面积。密度降低冈数= a ( a + b ) 。 噪声对动物的影响过程相似于人类，下面的关系图2 3 能很好的反映这一点，同时 也解释了上述模型具体的含义：随着噪声的增大，物种密度逐渐减小的趋势。 1 0 长安大学硕一 ：学位论文 图2 3 噪声影响图 另一方面，营运期高速公路在减少野生动物栖息地面积的同时增加了生存于这类栖 息地的动物种群的隔离。对于地面上动物来讲，公路对动物活动形成一道屏障，使得范 围受到限制，生态环境岛屿化。从而生存在其中的动物将会变的脆弱，并有可能发生种 内分化，危及野生动物的生存。 生态研究表n 1 1 9 】：一条四车道公路对森林小哺乳动物的分隔作用，相当于两倍手这 个宽度的河流。一条公路对于动物来说就是一道难以逾越的屏障，甚至对分布于道路两 侧的蝴蝶种群都会有隔离作用，严重干扰其基因交流。由此可见公路阻隔效应对动物的 潜在影响是巨大的。 交通事故 高速公路运营期可能导致野生动物与车辆碰撞次数增加，但是这种增加的数量是很 难预测的，因为针对各种涉及的种群，影响其碰撞死亡率的因素是多种多样的。 依据相关资料统计，发生交通事故造成的损失相当客观。美国佛罗罩达就有这方面 的教训【1 9 】：当地大量兴建的高速公路切断了野生动物的迁徙路线，使各类野生动物大量 减少，当地最负盛名的美洲狮仅有8 0 余头，仅2 0 0 1 年的3 个月间就在公路上被撞死6 头，造成最直接的生命危害。 2 、对非生物的影响 ( 1 ) 土地资源减少 高速公路建设对耕地的占用是难以避免的，因为任何发展活动都必然伴随着负面的 效应，这是客观存在的规律。公路建设与耕地保护的矛盾一直是中国可持续发展过程中 的一道难题。 此外，公路建设过程中的取土、弃土、路基开挖过程中被雨水冲刷，都会引起土壤 第 二章路域生态系统概述 侵蚀的加剧，造成额外的水土流失。 ( 2 ) 水体污染 高速公路建设对河流与水体所造成的潜在环境影响包括： 施工期对河流和溪流的污染。高速公路施工期的水土流失引起的河流沉淀及含油 污水、施工营地生活污水的排放等； 营运期路面径流可能增加对水体的污染； 在跨线处对洪水的阻碍或压缩。主要在溪流跨线处，由于受到漂浮碎片的临时阻 碍或河床沉积物的累积影响，洪水受到阻碍或压缩会导致涵洞与桥梁水道通过能力不足。 ( 3 ) 大气污染 高速公路施工期对周围大气环境的影响主要是扬尘污染。公路施工扬尘主要发生在 灰土拌合工段和施工现场运输车辆、公路机械作业过程中扬灰，使施工现场尘土飞扬污 染周围环境。 高速公路运营期空气污染主要来源是机动车尾气。机动车尾气中含有碳氢化合物、 一氧化碳、氮氧化物、含铅化合物等，会给沿线居民健康带来非常大的影响。 2 3 2 自然生态系统对人工生态系统的影响 人工生态系统因路域人群的存在，使得系统的能动性加强。而自然生态系统在受人 类严重干扰之后，自动调节的功能衰退，系统仅靠自身内部的机制再返回稳定、协调状 态变得很困难。因此，自然生态系统作为人工生态系统的载体，研究受损的自然生态系 统对人工生态系统的影响是具有现实意义的，正如“水能载舟，亦能覆舟”。例如： 1 、路基高填深挖及切坡影响山体的稳定，很有可能出现岩土失去平衡而发生滑坡、 崩塌等地质病害，危害公路运营安全。即便未发生地质灾害，裸露的坡面也将破坏路容， 使得高速公路美感大大打折扣； 2 、隧道的弃渣不当有可能引发泥石流、滑坡等灾害。山区高速公路隧道所占比例较 大，其弃渣量也很大，每公里隧道开挖( 双洞) 约有弃渣1 4 0 0 0 0 立方米1 2 0 1 ，若对弃渣 不加以控制，随意地将这些废渣就近弃之于沟谷或荒坡上，将会造成河谷雍水，加大对 荒坡的压力，将可能导致大的滑坡发生，危害当地居民的生命财产安全； 3 、受投资的限制，高速公路展线总是尽可能利用沿河、沿山谷这些有利的地形，而 这些有利地形多半为山区群众生活的场所、生存宝地，尽管公路桥隧比例较高减少了土 地的占用，但相对于山区群众拥有的生活用地比较，对群众的生产、生活影响还是比较 1 2 长安人学硕 ：学位论文 大的； 4 、空气、水体是一切生命者的动力源泉，一旦因高速公路建设而造成对其的污染被 建设者忽略，那么后果是难以想象的。随着时间的推移，负面效应势必影响到路域生态 系统的结构与功能，到那时再去挽救将会付出巨大的代价。 2 4 本章小结 本章对路域生态系统内涵、路域生态系统组成、路域生态系统特征进行了分析研究。 系统阐述了路域生态系统在时间维和空间维中的含义，及路域生态系统由自然生态系统 和人工生态系统组成。在此基础上，进一步分析研究了自然生态系统与人工生态系统之 间的影响、作用，以提醒人们开展山区路域生态恢复工作是必要的、紧迫的。 1 3 第三章路域生态恢复的皋奉思路 第三章路域生态恢复的基本思路 3 1 路域生态恢复的目标 路域生态恢复是应该有个目标的，用于指导人类的活动。虽然生态恢复强调是对受 损路域生态系统进行恢复，但恢复生态学的首要目标仍是保护原有的自然生态系统；第 二个目标才是恢复受损的路域生态系统；第三个目标是对恢复后的路域生态系统进行合 理管理，避免其再次退化；最后达到终极目标，路域生态系统自身的可持续发展【2 。 然而，终极目标的时间尺度太大，加上路域生态系统是开放的，难以掌握。鉴于此， 通常会用一些基本的恢复目标来诠释恢复后系统应达到的状态： 1 、形成安全舒适、运输高效便利的行车环境； 2 、受人类干扰的自然生态环境基本得到恢复，路域景观完整和谐。 3 2 路域生态恢复的原则 在开展路域生态恢复工作时，一定要注意遵循以下的原则：整体性原则、最优化原 则、可持续发展原则。 3 2 1 整体性原则 整体性原则是体现路域生态系统观的首要原则。在公路建设生态设计阶段，从设计 方案上体现整体性原则。认识到路域生态系统边界的模糊性，进行生物群落结构、食物 链以及绿化等设计时，将设计方案建立在系统观、自然观、生态观、社会经济观基础上。 保证路域生态系统既能最大程度地满足人类文明与社会发展的需求，又能使路域生态系 统在保持原质，创造新质的发展中有序演化。对于已产生的负面影响，同样从路域生态 系统的整体功能的良性发育出发，使重建工作建立在科学合理的总体治理方案基础上。 3 2 2 最优化原则 所谓最优化原则，是指路域生态系统的演化能最大限度地发挥其各种有益的功能， 创造最佳的社会、经济和生态环境效果。要求对路域生态系统的建设实现最优规划、最 优设计、最优控制、最优管理。 应该指出，在路域生态系统建设中，为实现整体目标的优化而对部分目标必须做出 牺牲时，应使这种牺牲有一个最大限度。即对需要做出牺牲的路域生态要素，必须根据 1 4 长安人学硕 j 学位论文 可持续发展原则，按所在区域内的社会、经济、生态环境可持续发展的最优标准来限定 牺牲的程度，规定牺牲的方式，避免顾此失彼、得不偿失。 3 2 3 可持续发展原则 可持续发展是当今世界面临的一个挑战。由于全球性的人口激增、资源枯竭、环境 恶化，对人类社会的可持续发展构成了严重的威胁，已成为人们普遍关注的焦点问题。 把可持续发展作为路域生态系统建设的原则之一，其意义在于通过这一基本原则规范对 路域生态系统的建设目标，规范一切公路建设活动的目标，以保证资源的永续利用，保 障社会的可持续发展。坚持可持续发展原则，在路域生态系统的建设工作中，树立节约 意识，用长远的、发展的眼光看问题；克服“近水楼台先得月 、“靠山吃山、靠水吃水” 这种在原始自然意义上形成的资源利用“原则”，实行资源的合理分配。 3 3 路域生态恢复的一般途径 众所周知，对任何一个退化的生态系统进行生态恢复工作都不是一朝一夕就能完成 的，而是要经历一个漫长的过程，少则几十年，多则上百年。要使路域生态系统最终实 现预设的目标，生态恢复的思想就应贯穿道路建设的全过程，打破“先施工后绿化、先 破坏后恢复”的传统思想。建设者在公路规划设计、建设过程中和建设完成后，都要将 自然生态系统和人工生态系统进行有机地结合。因此，路域生态恢复的一般途径如图3 1 所示。 图3 1 路域生态恢复的一般途径 1 5 一宣一一一 一 第三章路域生态恢复的基本思路 要走完路域生态恢复途径大致可分为“三步”，有阶段地一步一步达成： 第一步：在高速公路建设的可行性研究、初步设计、施工图设计阶段发挥人类主观 能动性，尽最大力量保护原有生态系统。同时，制定路域生态恢复方案，及恢复工程设 计： 第二步：在高速公路建设的施工阶段倡导文明施工，并实施生态恢复工程，做到“最 小破坏和最大恢复”； 第三步：在高速公路建设的运营阶段实施运营管理及路域生态系统监控，及时、准 确、全面的掌握生态恢复效果，以便调整和完善生态恢复措施，达到良好恢复成效，避 免再次退化。 3 3 1 路域生态环境保护 依据路域生态系统的特征分析，可知路域环境保护主要从土地资源、植被、野生资 源、水体及大气等几方面采取主动保护措施。本论文以时间维为主线，路域环境保护方 面为辅线，探讨“主动环境保护”如何贯穿高速公路建设的全过程。 1 、路域生态系统孕育期 路域生态系统孕育期的环境保护实质上是从源头预防环境问题的产生，以提供路域 生态系统健康成长的“基础”。因此，高速公路的建设应从开始就树立“环境保护 的理 念。在路域生态系统孕育期环境保护主要涉及到如下几个方面： ( 1 ) 土地资源保护 低路堤 所谓低路堤，是指在满足最小填土高度要求的情况下，尽量降低路基的设计高度【2 2 】。 低路堤设计的主要思路是利用地下天然“硬壳层”的支撑作用，采取适当的措施降低整 个路堤高度，以减少对地基的附加压力，使得土方减少，投资降低，工后沉降减少，工 程质量相对得到保证。但路基最小填土高度还需满足设计状态下的路基临界高度。 低路堤是高速公路建设发展的一个方向，低路堤不但可以减少筑路用土，节约土地 资源，有利于环境保护，同时还可使公路与周边环境融为一体，有较好的景观效果，而 且还可以减少道路工程量，减少工程投资。但是由于低路堤填筑低，路基易受地下水的 侵入，影响路基的强度，因此在施工过程中要加强路基两侧的排水，保证施工质量，消 除低路堤施工对工程的不利影响。 以桥代路 1 6 长安人学硕i 二学位论文 当路堤较高时，以桥代路【2 3 】是节约土地资源的最好方法。按一般填土路堤1 ：1 5 的 边坡坡率计算，当路堤高度大于5 m 时，高速公路路堤占地面积将是桥梁占地面积的2 倍以上。合理地选择桥路方案，可达到减少取、弃土场地、节约土地资源、保护环境的 目的。 但是，采用以桥代路无疑会提高公路建设的造价。因此，在路桥方案决策分析中， 应从社会效益的角度充分考虑土地占用的机会成本，综合考虑路基工程的造价、土地资 源占用、环境保护等因素，从而控制路堤高度，节约土地。 以隧代路 当高速公路经过山区，选择避绕的选线方案无疑会增加公路长度，大规模地增加土 地占有面积，破坏原有地貌，会使公路达不到应有的运输效率。以隧代路可以有效地缩 短公路长度，减少土地占有面积，减少对原有地貌的破坏，增强公路的运输效率。 很明显，在高速公路规划设计阶段采用低路堤、以桥代路、以隧代路三个方案无疑 有助于土地资源的保护，缓解公路建设与耕地保护之间的矛盾。但方案的采用应建立在 深入调查、理论分析、可行性分析及方案优劣比较的基础上，保证高速公路运营的安全 与综合效益。 ( 2 ) 植被保护 在高速公路可行性研究阶段植被保护问题应予以高度重视。认真做好不穿越风景名 胜区，注意结合自然，不破坏景区景观。路线的走向及主要控制点的设置应尽量避绕敏 感、珍贵物种，减少对森林植被的破坏，避免造成水土流失，影响沿线动植物生长。 在保障运营安全的前提下，高速公路设计以运行速度为指导，灵活、合理地运用路 线平、纵线形指标，尽量减少高填、深挖，努力将对自然植被的扰动、破坏控制在最小 程度。 ( 3 ) 野生资源保护 同样，高速公路的路线走向及主要控制点的设置也应不侵占以保护野生动物为对象 的自然保护区，特别是自然保护区的核心区。同时尽量不侵占湿地和野生动植物栖息地， 减少对生态环境的影响。 ( 4 ) 水体保护 路域生态系统孕育期的水体保护主要指高速公路的路线走向不应侵占有价值水体， 改变天然水系的自然流态，造成局部区域水资源枯竭。 此外还需注意的：当桥梁桥墩布设在河中时，会削减水流的通过能力，降低水的质 1 7 第三章路域生态恢复的堆本思路 量，所以在桥梁初步设计与施工图设计中尽量考虑将桥墩设计在河流通道以外【2 4 1 。 2 、路域生态系统成长前期 本论文路域生态系统成长前期即指高速公路施工期。施工期对环境的影响是短暂性， 其影响程度主要取决于施工队伍的施工水平和管理水平。在施工期的环境保护措施见表 3 1