（道路与铁道工程专业论文）公路生态系统健康评价方法研究.pdf

t h er e s e a r c ho ne v a l u a t i o nm e t h o do fh i g h w a ye c o s y s t e m h e a l t h y b y p e n gy e y i n g b e ( c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe r l g i n e e r i n g r o a da n dr a i l w a ye n g i n e e r i n g c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl i uz h a o h u i a p r i l ，2 0 11 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 彭| 晔葱 日期：弘”年哎月西日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“刀) 作者签名：爱j 眸垂日期：堋f 年舌月墙日 导师签名： 日期：扣1 年岁月侈日 上i 石 捅芰 当公路完工后，伴随着绿化和生态恢复为主的环保工程的完成，在 公路用地范围之内，宽约5 0 7 0 m ，长为数十至数百公里的范围内出现了 一个新的生态系统，加之公路社会影响辐射范围内的区域，共同称为“公 路生态系统。 公路生态系统是人工参与下短期内达到稳定的，但直接承受人为破 坏、自然灾害、环境污染等胁迫和压力。现行的行业内有关的各种评价， 都仅仅是单项的环境评价或者经济评价，而缺少了整体的、综合性的评 价。为了能够综合评价公路生态系统健康的状态，为以后公路设计、公 路景观设计与公路生态环境设计提供更多的资料，更是为易于确定整个 路网的管理养护方案的优先顺序。本文结合公路生态系统的社会效应、 生态环境与景观及灾害这三个方面，依据指标确定的原则，建立了公路 生态系统健康评价指标体系。指标体系中包括目标层、准则层( 3 个准则) 、 一级指标层( 6 个一级指) 标和二级指标层( 2 2 个二级指标) 。论文使用 层次分析法和熵权法来共同确定各个指标的权值，并以模糊数学理论为 基础，构建了公路生态系统健康评价指标的多目标多层次物元评价模型， 由此计算得出公路生态系统健康的得分。结合了主观赋权的宏观性与客 观赋权的合理性、定量分析的条理性与定性分析的逻辑性，提高了评价 的可接受度与可靠度。 本文以常德至张家界高速公路为例，对其公路生态系统健康进行了 评价，得到的结果是优偏良，评价结果于事实吻合，效果较好。根据此 评价结果，结合常张高速公路的实际情况和自身特点，提出了几点改进 意见，其中的关键思想是在促进交通量增长的同时做好日常的环保和养 护措施。 关键词：公路生态系统健康评价；评价指标；评价体系；权重；层次分 析法；熵权法；物元模型 a b s t r a c t a f t e rr o a dc o m p l e t i o n ，a st h ee n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n ga c c o m p l i s h e d ， l i k ea f f o r e s t a t i o na n de c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n ，t h e r ei san e we c o s y s t e m a p p e a r i n g ，w h i c hc o n s i s tt h er o a dl a n d ss t r e t c h i n gs e v e r a lt e n st oh u n d r e d s m e t e r sa l o n gt h er o a da n d5 0t o7 0m e t e r sa c r o s s t h en e we c o s y s t e ma n d t h ea r e aa f f e c t e db yr o a ds o c i a li m p a c ta r en a m e dh i g h w a ye c o s y s t e m t h eh i g h w a ye c o s y s t e ma c h i e v e ss t a b i l i z a t i o n w i t hm a n u a lw o r ki n s h o r tt i m e ，a n dd i r e c t l yb e a r st h es t r e s s e sl i k ea r t i f i c i a l d a m a g e s ，n a t u r a l d i s a s t e r s ，e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n de t c t h ev a r i o u se v a l u a t i o n so f p r e s e n tc o d ea r em o n o m i a la b o u te n v i r o n m e n t a le v a l u a t i o no re c o n o m i c e v a l u a t i o n ，b u ti tl a c ko fai n t e g r a la n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n i no r d e r t oe v a l u a t et h eh i g h w a ye c o s y s t e mh e a l t h ys y n t h e t i c a l l y ，a n dp r o v i d em o r e d a t at of u t u r e h i g h w a yd e s i g n ，h i g h w a yl a n d s c a p ed e s i g na n dh i g h w a y e c o l o g yd e s i g n ，a n de a s yt oe n s u r et h e s e q u e n c eo fr o a dn e t w o r k m a i n t e n a n c em a n a g e m e n tp l a n ，a c c o r d i n gt o h i g h w a ye c o s y s t e m ，ss o c i a l e f f e c t ，e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，l a n d s c a p ea n dd i s a s t e r s ，b a s e do ni n d e x d e f i n e d p r i n c i p l e ，t h i st h e s i se s t a b l i s h e sah i g h w a ye c o s y s t e m h e a l t h y e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m t h ei n d e xs y s t e mc o n s i s t s o fd e s t i n a t i o nl a y e r c r i t e r i al a y e r ( 3c r i t e r i o n s ) ，f i r s t l e v e li n d e xl a y e r ( 6f i r s t 1 e v e l i n d e x e s ) a n ds e c o n d l e v e li n d e xl a y e r ( 2 2s e c o n d 1 e v e l i n d e x e s ) i tu s e sa n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s sa n de n t r o p ym e t h o dt od e f i n ee a c hi n d e xw e i g h t 。a n d s t r u c t u r eh i g h w a ye c o s y s t e mh e a l t h ye v a l u a t i o ni n d e x m u l t i o b je c t i v ea n d m u l t i l e v e le v a l u a t i o nm o d e lb a s e do nf u z z ym a t h e m a t i c s ，a n dc a l c u l a t et h e r e s u l to fh i g h w a ye c o s y s t e mh e a l t h y i tc o m b i n e st h es u b je c t i v ew e i g h ta n d t h eo b j e c t i v ew e i g h t ，t h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s a n d r a i s e st h ea c c e p t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y t a k ec h a n g z h a n gh i g h w a yf o ra n e x a m p l e ，i te v a l u a t e si t sh i g h w a v e c o s y s t e mh e a l t h y ，a n dt h er e s u l ti se x c e l l e n tg r a d et of i n eg r a d e ，i sf i tw i t h t h ea c t u a ls i t u a t i o n a c c o r d i n gt ot h i sr e s u l t ，a n dp u ts o m es u g g e s t sa b o u t r o u t i n ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dm a i n t e n a n c em e a s u r eb yc o n s i d e r i n g c h a n g - z h a n gh i g h w a y sc h a r a c t e r i s t i ca n da c t u a lc o n d i t i o n s h k e yw o r d s ：h i g h w a ye c o s y s t e mh e a l t h ye v a l u a t i o n ；e v a l u a t i o ni n d e x ； e v a l u a t i o n s y s t e m ；w e i g h t ；a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ；e n t r o p ym e t h o d ； m a t t e r e l e m e n tm o d e l i i i 目录 摘要i a b s t r a c t 一i i 第一章绪论 1 1 研究背景与目的1 1 2 国内外研究概况3 1 3 现状分析5 1 4 主要研究内容及技术路线6 第二章公路生态系统健康评价指标体系 2 1 公路生态系统9 2 2 公路生态系统健康评价指标体系12 2 3 本章小结2 9 第三章公路生态系统健康评价方法 3 1 评价方法31 3 2 评价方法介绍及计算步骤35 3 3 本章小结4 2 第四章实例应用 4 1 评价模型系统流程图4 3 4 2 项目概述4 3 4 3 评价指标体系与指标属性值5 0 4 4 本章小结5 7 第五章结论与展望 5 1 结论5 9 5 2 展望6 0 参考文献6 1 致j 射6 5 附录a ( 攻读硕士学位期间发表论文目录) 6 6 附录b ( 攻读硕士学位期间参与的科研项目) 6 7 第一章绪论 1 1 研究背景与目的 1 1 1 研究背景 进入2 0 世纪8 0 年代后，环境问题已从地区性走向全球化，环境和 可持续发展成为国际社会更加关注的话题。保护自然资源和生态环境， 实现可持续发展是全人类所面临的艰巨而紧迫的任务。可持续发展的核 心思想是经济建设应当建立在公平和环境、生态可持续的前提下，既满 足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害。 自二十世纪以来，以汽车运输为代表的公路，特别是高速公路的迅 速发展，推动着交通运输业的快速发展。到上世纪末，发达国家基本上 已经形成了比较完整的公路路网体系，仅美国的高速公路通车里程就超 过了8 8 万公里。近年来，随着国民经济的快速稳步发展、经济体制改革 逐级深化以及出台的拉动内需政策的带动，我国公路建设事业得到前所 未有的发展。2 0 0 2 年以来，国家不断加大在交通行业上的投入力度，特 别是大大提高了再公路建设上的投资，使得我国公路事业迅猛发展，到 2 01o 年底，我国公路通车总里程一道3 9 8 4 公里，其中高速公路通车里 程已突破7 4 万公里，其中十一五期间新增3 3 万公里。我国以“五纵七 横 为主干、连接国内绝大部分城市的新的交通主动脉正在逐步形成。 公路，特别是高速公路，对一个国家、一个省份或一个区域的影响 重大，比如说可以推动经济发展，促进社会进步以及提高人民生活质量 水平等等。随着公路建设的不断发展，城乡物资交流更加便利，也很大 程度上协助了老少边穷地区脱贫致富，更加刺激了经济产业结构的调整 与旅游事业的协调发展。然而，公路建设也必然对项目所在地的自然生 态环境和社会经济环境有很大的影响，特别是引起了环境质量和环境保 护工作的变化，同时也加剧了资源、环境和人口之间的矛盾，成为可持 续发展战略实施需要面对的严峻问题。据统计，每建设1 k m 高速公路， 占地面积最高可达5 7 公顷；由于公路建设用地增加，在华北、西北等 于旱地区，耕地绿地因此而减少，导致水土流失和沙漠化现象愈发严重； 在长江中下游地区，每年有高达5 0 0 0 万吨土壤因公路建设而流失。公路 建设不仅会引起地表植被破坏、局部地形地貌改变、土壤侵蚀与流失， 还会对自然资源( 如土地、水源、草场、森林、野生动植物等) 、景观 及生态敏感区( 如自然保护区、自然或历史文化遗产、风景名胜区和各种 水源保护区) 等产生非常重要的影响。此外，交通量随着公路的建成运营 而不断增加，机动车所产生的废弃物将对公路所在区域产生严重的空气 污染与固体污染等。有关数据表明【lj ，交通运输业产生的大气污染物已 占我国大气污染物的lo 以上，所以机动车尾气的污染己成为我国主要 的大气污染源之一。 为了解决刻不容缓的环境问题，将保护自然环境、改善生态环境协 调经济与社会的和谐发展，建设“两型社会 ，走可持续发展的道路， 各种关于公路对经济、环境影响逐渐成为研究重点，从而使得公路方面 的各种相关影响评价便应运而生。19 8 6 年西安公路学院环境工程研究所 进行了第一次对公路建设项目( 西安一i 临潼高速公路) 的环境影响评价， 从此为公路生态环境影响评价开启了新篇章。然而，随后相继出台的各 种相关的法律法规以及行业规范都仅仅是侧重于公路项目在建设期、运 营期或者建设期及运营期的环境、生态、景观或者经济影响情况，却很 少将生态环境、景观与社会经济发展状况结合起来考察公路的综合影响， 尤其是将公路及周边区域视为一个整体来考虑。随着生态健康的概念深 入人心，人们对生态环境质量水平要求的不断提高，公路生态系统健康 也逐步大众的关注。 1 1 2 研究目的 何谓生态系统? 维基百科给出的定义是：生态系统是在一个特定环 境内，各种生物群体和环境之间，以及他们互相之间由于不断地进行物 质和能量的交换，通过物质流和能量流的连接而形成的统一整体。那又 何谓生态系统健康? r a p p o r t 2 】认为生态系统健康( e c o s y s t e mh e a l t h ) 是指 二个生态系统所具有的稳定性和可持续性，即在时间上具有维持其组织 结构、自我调节和对胁迫的恢复能力。目前，公路生态系统健康评价尚 处于试验和摸索阶段，还未形成一套比较成熟的方法和体系。中国现行 的各项法律法规及行业规范中，虽然没有具体的公路生态系统健康评价， 但是相关的中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国水污染 防治法、中华人民共和国大气污染防治法、中华人民共和国固 体废物污染环境防治法、中华人民共和国环境噪声污染防治法等， 都对公路生态系统健康评价有积极的意义。这些法律法规一定程度上促 进了区域社会经济发展，完善区域生态建设规划，带动了区域内自然资 源、文化资源的保护和开发，并且在提高综合意识、促进科学决策等方 面都发挥了举足轻重的作用。 总之，公路生态系统健康评价是正确认识公路之于社会、经济和环 2 境之间相互关系的科学方法，是正确处理社会经济发展与生态环境保护 之间关系的积极措施，更是强化区域环境规划决策管理的有效手段。如 今，环境保护已经成为对保持国家经济建设可持续发展影响重大的一个 方面，公路生态系统健康评价可以起到监督公路运营对生态环境的影响、 考察公路对周边地区经济发展、评估环境保护与社会进步之间的关系的 作用。因此积极探讨公路生态系统健康评价对经济发展和环境保护均有 重大的意义。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 公路项目建设对生态环境造成的不利影响，早己引起世界各国的高 度重视。19 7 0 年，德国的汉斯洛伦茨博士【3 】提出了人与自然环境密切 相关的道路设计方法，在保证道路有快速、安全的优美线形及良好行驶 路况的同时，又能够起到保护自然景观与野生动物、防止噪音等作用。 在道路与景观协调方面，各国的公路设计者也做了积极的探索。l9 41 年英国土木工程师协会通过了一项决议：“美学处理，必须是土木工程 师职责范围”：l9 6 5 年，美国出台了道路美化条例，并且每年政府 拨款1 2 亿美元建设州际道路沿途风景；前苏联在19 7 5 年制定了公路 建筑和景观设计规范；日本在l9 7 6 年制定了公路绿化技术规范， 在19 8 8 年又对该规范进行了修订等。将公路融入到周围自然环境中去， 力争将公路与周围环境之间的视觉冲击降到最低，加强环境生态保护， 这些都是欧美等国在道路规划设计中重点强调的。特别是美国，在考虑 到施工期污染控制、防噪设计等基础上，突出了对高速公路美学设计、 恢复被破坏的自然生态的要求。 目前，将“环境影响评价( e i a ) 的程序、审批、法律责任制度化并 最终法律化法律化，这已经成为各国环保及相关部门日程上的热点。世 界道路协会为此设置了专门的技术委员会，对各种公路环境影响的评价 方法进行研究和探索，主要是为了在生态环境方面，能够为公路规划、 设计及管理提供一个准则。美国、英国、荷兰、澳大利亚和新西兰等国 研究了公路对沿线生态环境的不利影响及因其而产生的生态压力与风险 ( s p e l l e r b e r g t 4 1 ，19 9 8 ) ，包括由于施工建设导致的生物生存区减少，水文 条件、地形地貌的改变等，运营阶段污染物质排放、生态环境发生变化 等。美国公路防护中心( c e n t e rf o rp r e v e n t i n gr o a d s ：c p r ) 建立了公路参 考数据库r o a d r i pd a t a b a s e ，用来监测公路路域生态环境变化。法国从 3 上世纪八十年代初期开始颁布的包括国内交通发展方向法、公路建设项 目研究和批准体制通报、公路环境保护法实施细则等一系列法律法规， 已经形成了一套较为完善的体系。欧洲经济委员会于2 0 01 年3 月出台了 战略环境影响评价法，用以指导综合交通网发展战略。澳大利亚把 环境保护落实到所有公路建设项目的各个环节和阶段，严格设计审批， 完善检测监督，并实时追踪环保评价。加大拿把公路的环境保护工作从 国家大的法律细化到地方政府的法规条文，根据项目的规模和对环境的 潜在影响对项目进行不同的分组评价。 在公路环保领域高新技术应用方面，国外已将各种高新技术引入公 路环境影响分析中，包括电子计算机模拟技术、遥感( r s ) 技术、航空摄 影技术、地理信息系统( g i s ) 技术等等。随着科技信息的飞速发展和进步， 以及t i 技术在环境研究领域的广泛运用，大多数环境监控及相关的数据 处理己经由计算机来完成。如德国的“c a d n a a 环境噪声预测评价模拟软 件系统 ，英国的“大气扩散模型系统( a d m s ) ，美国的“q u a l 2 e 水 环境污染预测数值模拟 等。可以看出，大部分评价软件都是针对某一 单项的评价。 但到目前为止，国外关于公路生态系统及有关的综合性评价，很少 有相应的实例报导。 1 2 2 国内研究概况 真正意义上的公路生态环境评价在我国起步较晚。 19 8 6 年的西安一 临潼高速公路是中国第一次进行环境影响评价的公路建设项目。随后对 关于公路建设或运营引起的生态环境评价的研究逐渐丰富起来，如公路 环境影响评价的指标体系( 陈雨人【5 】【6 】，19 9 6 ；师利明等【7 1 ，19 9 8 ) ，高速 公路生态系统的评价指标体系( 魏凤虎pj ，2 0 0 3 ) ，公路沿线景观破碎等 ( 张镱锂等【9 1 ，2 0 0 2 ；刘世梁等【1 0 】，2 0 0 5 ) ，公路景观类型美学感知差异 ( 王云【1 ，2 0 0 7 ) 公路景观评价( 顾韩1 2 】 1 3 】，2 0 0 6 ) ，路侧环境中的 毒害重金属污染( 李波等【1 4 】 15 】，2 0 0 5 ；王初【16 1 ，2 0 0 7 ) ，高速公路服务 区适应性评价( 郭跃东等【l 7 1 ，2 0 0 7 ) 等。 为了更好地保护生态环境，实现可持续发展，近年来，我国对公路 生态环境评价进行了大量的研究、探索与实践，在与公路生态环境相关 的法律法规与行业规范的研制方面，也取得了长足的进展。除了中华 人民共和国公路法外，交通部的交通建设项目环境保护管理办法、 公路环境保护设计规范、公路绿化规范、公路建设项目环境 影响评价规范( 试行) 等一批技术规范都对公路环境设计与环境评级提 4 出了要求。另外，相关的科研、规范项目，如汽车排放对环境的有害 影响及防治对策的研究、公路效能噪声限值标准、公路交通行 业环境保护投资界定、公路环境保护设施验收办法等，为落实公 路环保工作提供了技术保障。 在理论方面，国内相关机构与单位也对公路生态环境影响进行了大 量的研究。如郑新奇【1 8 】的基于g s 和g i s 的区域生态环境质量综合评价、 李修刚等【l9 】开发的用于道路环境影响评价的基于g i s 的图形叠置法、李 铁柱【2o 】的城市交通大气环境影响评价及预测技术等等。 这些年来，生态环境评价研究工作对统筹公路建设与社会经济、环 境协调持续发展意义重大。公路生态环境评价方面的科研成果随着公路 生态环境评价技术及方法的不断改进及完善而不断涌现出来：汽车尾气 污染物排放因子的界定，路面径流污染源强度的探讨，公路交通重金属 累计模式的研究等。各种生态环境评价技术及相关方法、手段相继得到 开发及应用，从而加快了公路生态系统健康评价技术的进步。 目前，关于公路生态系统健康评价的方法以及如何量化等还处在研 究的初期阶段。 1 3 现状分析 随着经济社会的发展速度不断加快，实际情况变化更加复杂以及其 不可预测性和人们对环境认识的不断深化，现有的环境影响评价制度在 许多方面显得与可持续发展不相适应。目前，有关公路方面的生态系统 研究，多集中于公路建设期的环境影响以及公路路域范围内的绿化、边 坡防护、生态设计及景观设计等。而有关公路生态系统的基础理论研究 却比较薄弱，并且在对生态系统健康评价的认识上仍受到传统发展模式 的局限。 ( 1 ) 对于建设项目的生态环境评价，一般是基于建设期，而对运营期的 跟踪评价甚少。国家及行业的绝大部分法律规范都是针对项目建设期的， 然而在公路建成后的长期运营中存在的问题没有深刻探讨，因此没能形 成一个系统而完整的体系，更没有一个连续的监测数据库，为今后的公 路设计及路网的规划与养护管理提供最真实、准确的一手数据。 ( 2 ) 传统的建设项目在较为狭窄的范围内进行评价分析，故其评价要 素、评价因子、评价重点和评价目标的筛选难免存在局限性。从研究独 立的单个工程项目来看，这种评价似乎合理，综合起来看就不一定合理。 如果评价只局限于某一大项或者某一重点，而不从更大范围，更高角度和 更长时间来全面综合评价，就有可能导致整个系统的不均衡发展，造成区 5 域性重大的突发性影响和经济衰退，从而对生态环境、经济发展和社会生 活带来负面影响。 ( 3 ) 以往的生态系统健康评价注重生物、化学、物理等单一过程的研 究、而忽视了整个系统多方面、多元化的特性。研究大气、水、土壤等 环境要素的目的，是为了在掌握这些要素生态价值后，能够在其物质价值 的基础上，竞可能的实现其社会价值，以及更高层此的综合价值。而由于 传统的评价周期的限制，仅重视生态系统的物质管理，追求对环境污染物 浓度的预测，而对其内在联系、与其它因素的关联性及更高层次的研究往 往不够。 1 4 主要研究内容及技术路线 1 4 1 主要研究内容 ( 1 ) 通过文献阅读和调研，收集资料，集中整理，系统归纳公路生态 系统健康的特点。从社会效应、生态环境和美学景观的角度系统阐述公 路生态系统健康的意义以及对公路生态系统健康进行评价的重要性。 ( 2 ) 在大量的文献阅读、资料统计和调查研究的基础上，通过综合分 析，寻找一套比较切合公路生态系统的健康评价指标系统和评价标准。 ( 3 ) 在对如今比较常用的几种评价方法，如层次分析法、模糊综合评 价法、灰色关联度分析法、主成分分析法、熵权法等方法进行综合分析， 选取比较适合公路生态系统健康的评价方法，结合工程实例进行评价。 ( 4 ) 针对常张高速公路自身特点，结合其公路生态系统健康评价结 果，提出改进方法。 1 4 2 技术路线 整个研究过程是按照图1 1 的思路进行的。 6 查 构结 阅 建 a 口 文 公 工 献 路 确程提 资 几 定 实 出总 料 生 确 种评 例 相 结 态定 评 价 对 关成 分 系评 价 方 其 保果 析 统 价 方法 进 护 并 研健等 法及 行 作 究 康级 的评 生 改出 现 评标 比 价 态 状 价准系 进展 提 指 较模 统 措望 出 标 型 健 施 问 体 康 评 题 系 价 图1 1 研究技术路线 7 8 第二章公路生态系统健康评价指标体系 2 1 公路生态系统 2 1 1 公路生态系统内涵 当公路建成后，伴随着绿化和生态恢复为主的环保工程的完成，出 现了一个新的生态系统。有人称之为“路域生态系统 ( 或“路界生态系 统”，蔡志洲【2 1 1 ，l9 9 5 ) ，指的是公路用地范围之内，宽约5 0 7 0 m ，长为 数十至数百千米的地带。其中包括了中央分隔带的植被、边坡植被、护 坡道植被，立交区植被和隔离栅植被等当中的生物因素，另外，这里栖 息了许多小型哺乳动物和鸟类、农田迁来的害虫和天敌、排水沟的两栖 类等。但是公路有自己的使用功能及社会效益、经济价值，因此考虑了 自然与社会双重属性之后，将其称为“公路生态系统 以区分路域生态 系统。 公路生态系统是由公路建设、维护或管理行为所改变的大地表面宽 阔的带状区域范围内的生命系统、环境系统及其影响所辐射的社会系统 构成，它包括了此范围内的人类、动植物、微生物、非生物环境组成( 水、 土壤、大气等) 以及社会因素。其代表性的特点是有外来种属的引进， 乔、灌、草、动物等生物多样性的变化，人类活动对其具有很大影响， 在很长的线性地域内，它的边界是模糊的。陈雨人和朱照宏【2 2 】( 19 9 6 ) 认为公路改变了原来环境的连续性和整体性，因此这个系统是一个灰色 模糊地带，其范围达到一个动态范围达到几百米至数公里。我国的公路 环境影响评价规范则规定其评价范围为2 0 0 m 。公路生态学家f o r m a n ( 2 0 0 2 ) 用景观生态学原理对美国麻省的郊区各生态因子影响氛围界定 为1 0 0 1 0 0 0 m ，平均达6 0 0 m 。 2 1 2 公路生态系统的功能 根据上面对公路生态系统的定义，笔者认为公路生态系统是指公路 生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与 效用。生态系统的功能是多种多样的，具体可分为社会经济效应、文化 效应、稳定生态、水土保持、环境净化、养分循环、固碳释氧、小气候 调节、提供生境、景观美化等。 2 1 2 1 社会经济效应 公路的建设带来了交通，同时带动了相应的服务业发展，这是最浅 9 层的。随之而来的是交通发展对经济的促进作用，才人、资金也会随着 其导向而流动，进而促进区域社会发展，推动经济结构优化等。 2 1 2 2 文化效应 在公路的建设中不可避免的经过历史文化古迹，或者是自然文化遗 产，更有甚者是决策者有意识的将公路与当地拳头文化品牌结合，让公 路促进文化的繁荣，反过来又让文化刺激公路的兴盛。 2 1 2 3 稳定生态 项目建设中的绿化植被一般是因地制宜，科学地选取在当地容易存 活的植物。这些植物往往是短时间内能够存活下来，长时间内能保持较 好状态的物种。因此绿化工程对周边环境，特别是环境恶劣、气候严酷 的地区有改善作用。 2 1 2 4 水土保持 植物根系能够固定土壤，边坡植被可以截留雨水，防止雨水直接冲 击地表，这对减少地表汇集径流、降低土壤侵蚀有明显的作用。而这又 保持了边坡的稳定性，延长了公路使用寿命，降低了维护费用，如此形 成一个良性循环。 2 1 2 5 维持和改善环境质量 公路绿化能降低噪声，特别是良好的绿化对沿线敏感点的作用尤为 重要。植物还有抑制扬尘、吸收尾气的功能，对改善沿线空气质量有很 明显的效果。 2 1 2 6 养分循环 公路植被在生长过程中，吸收土壤中的养分和枯落物的降解是地球 化学循环一部分，保持了区域养分元素的正常流动与源汇平衡。 2 1 2 7 固碳释氧 公路植被进行了光合作用和呼吸作用，大气中的c 0 2 和0 2 在这一个过 程中不断交换，其中c 被固定下来，同时0 2 被释放出来。众所周知，c 0 2 是温室气体，光合作用是对温室效应减缓唯一的主动办法。此外释放出 来的0 2 可保持沿线空气的清新。 2 1 2 8 小气候调节 公路植被可以一定程度上起到增湿、降温、减低风速等作用，从而 增加了司乘人员舒适感，营造一个良好的外界环境。 2 1 2 9 提供生物栖息环境 随着公路生态系统的重建和逐步恢复，公路路域范围的土壤、植被、 水体等为多种生物( 鸟类、虫类、鱼类、两栖类，小型爬行动物等) 提供 栖息环境。 1 0 2 1 2 1 0 景观美化 公路绿化综合使用乔木、灌木、草本而形成，结合原生风貌形成新 的景观，增加公路的视觉美感，提高公路与沿线景观的协调性。 2 1 3 公路生态健康受胁迫现状 公路生态系统是直接模仿自然生态群落，在人为的帮助下短期达到 稳定的顶级生态群落，并且承载一定范围内变化的人类活动，承接废水 和废气的压力。因此公路生态系统面临着以下几个问题： 2 1 3 1 人为破坏严重 高速公路的建设带动了沿线经济的发展，但是一般周围群众爱护意 识普遍淡薄，国家的法律、法规、政府的行政行为还未化为群众的自觉 行动，使得高速公路破坏严重。有些地方，沿线村民为了走路方便，把 高速公路两边封闭公路的隔离栅剪开，更有极少数人利欲熏心，成群结 伙偷盗公路设施，例如电缆、集水槽盖板、隔离栅、安全标志牌、绿化 供水配套设施等，令路政部门防不胜防，不仅仅造成了严重的经济损失， 更是给交通安全、生态安全留下了巨大的隐患。 2 1 3 2 自然灾害频发导致功能失效 近年来暴雨、热带风暴、泥石流、冰冻、地震等自然灾害频发，2 0l0 年全国自然灾害直接经济损失达53 4 0 亿元。近年来我国长江中下游地区 洪涝灾害灾情较重，热带风暴多次登陆我国东南沿海，西部地区地震灾 害造成房屋和基础设施损毁，西南地区山体滑坡和泥石流等地质灾害严 重。这些自然灾害不仅损坏了高速公路等基础设施，更是对周边生态系 统造成了难以恢复的破坏，导致生态功能的失效。 2 1 3 3 设计阶段的预计失效 即对高速公路将来可能发生的情况预计失准。交通量增长超过或者远 远低于预计水平，包括公路、服务区等的服务水平达不到需求或者富余 过多；高速公路建设带动当地经济的发展没有达到预期水平；随着交通 量增长，污染物排放量超过设计的承载水平。 2 1 3 4 交通量增加加剧了交通环境污染 公路生态系统的污染物主要来源于公路本身和服务区。公路交通运输 中排放的汽车尾气、交通噪声、光污染、路面雨水径流以及危险品运输 的交通事故给公路两侧环境质量带来了严重影响。服务区人员活动强度 也对服务区周边环境有一定影响。随着我国经济快速发展，汽车保有量 迅速增加，交通量也随之激增，排放的污染物相应增加。人类活动强度 的增加，扩大了接近效应，使得污染的范围扩大化。 2 1 3 5 景观绿化应付了事 为了获得更多的利益，绿化工程仅仅是达到设计规范的最低要求， 有些更是在建设时偷工减料，将绿化做好表面功夫。在景观上更是敷衍 了事，既没实现人造景观的优美性，又没达到与自然景观和谐统一，更 有甚者是破坏了本来优美的自然风光。 2 2 公路生态系统健康评价指标体系 2 2 1 公路生态系统健康评价指标的内涵 指标( i n d e x ) 这一术语来源于拉丁文i n d i e a r e ，其含义是揭示、指明、 宣布、或使人了解等。通常指标是用来衡量事物变化的具体参数及评价 工具，可直接或间接地衡量变化；可以是某一参数的表达，也可以是某 几个参数的综合定义。指标是一种定量化的信息，可以用来表征事物随 着时间的变化，帮助人们理解然后在此基础上预测事物的变化。 在公路生态系统健康评价中，指标是用来揭示和反映公路生态系统 变化趋势的工具，具体包括标定和形容生态环境、社会经济的现状、可 预测的环境效应、生态系统的社会、经济效应以及检测执行情况与预期 目标的偏差等。由于公路生态系统中涉及领域广、因子多，也就导致了 评价指标体系比较复杂，但是为了能够全面、科学、客观地描述和评价 公路生态系统，这是必需的。 综合地说，公路生态系统健康评价指标体系的功能主要有三个方面： 一是描述和反映任何时间( 或时期内) 公路生态系统健康的水平或状况： 二是评价和监测一定时期内公路生态系统健康可持续发展的状况及趋 势；三是综合衡量公路生态系统发展的平衡性。通过进行公路生态系统 健康评价，决策者有机会充分了解和认识项目实施后可能带来的社会经 济与生态环境的变化，更易于确定路网的管理养护方案中的优先顺序， 以及为今后公路生态环境设计提供可靠依据。 2 2 2 评价指标的类型 从不同的研究角度，指标有着不同的分类方法。下面分别加以简单 归纳和介绍【2 3 】【2 4 1 。 2 2 2 1 依据指标的功能分类 ( 1 ) 描述性指标 具体反映的是某种现象的状态，例如，某种事物的数量，某种物种 的浓度等，这种指标具有独立性、基础性的特点。因为具有时效性的特 1 2 点，描述性指标往往不能简单地相加，也不能综合反映某一层次或者某 一方面的特征或者状态。 ( 2 ) 评价性指标 其目的在于对公路生态系统健康评价的各个方面、各个层次的初级 指标进行综合，然后能形成一个总指数，最终能够反映各领域、各范围 以及总体生态系统健康变化趋势或动态。 一般情况下，评价指标多数是描述性指标。通常对每个指标进行无 量纲化处理，最后实现评价指标的汇总目的。由于各个初级指标在子体 系中以及各个子体系在总体系中的地位、作用并不完全相同，故应赋以 权重来调整。 2 2 2 2 依据指标浓缩信息的程度分类 ( 1 ) 单个指标 侧重于对基本情况的描述。表现形式以指标的大型列表或菜单居多， 其特点是数量较大，但是综合程度最低。这类指标通常没有对基准值做 出定义，是由于各种各样的原因不便确定其基准值，或者其基准值难以 确定。因而这样的指标过多，会给公路生态系统健康的评价增加一定难 度。 ( 2 ) 专题指标 为了减少信息量，便于定性评价且突出重点，许多国家或者行业会 根据环境政策或者当前最紧要问题涉及到主要方面建立一套比较小型的 指标系列，在这样一个专题中进行数据的分析和综合的评判。、 ( 3 ) 系统化指标 在一个确定的研究框架中，以明确的目的对大量相关信息加以汇总 与耦合，进而得到一个含义明确的指标，这就是系统化的指标。系统化 指标不是像指数那样对低级层次的同类指标进行某种形式的加权而算 得，而是在最大程度的削减信息量后以得出一个数字来指示某个复杂系 统处于的状态。然后通过这种指示明确潜在的问题，经过进一步分析后， 确定这个问题的准确特性。 2 2 2 3 依据指标所代表的内涵分类 ( 1 ) 行动指标 指的是是描述社会、经济、环境、景观等子系统对于公路生态系统 的响应情况。如某事物对某项的贡献率等。 ( 2 ) 压力指标， 也叫响应强度指标，表征因子所受社会经济行为影响的性质、影响 范围、大小以及可恢复性。比如污染物排放量、生物多样性变化等。 ( 3 ) 状态指标 又可称为质量指标，用来确定和描述生态环境的优劣。比如环境中 污染物浓度、植被覆盖面积等。 2 2 2 4 据指标的定量化程度分类 ( 1 ) 定性指标 在宏观上，公路有自己的一些特定特征，因而在公路生态系统健康 评价中，定性分析不可避免。比如“协调度 。但是，过多的定性指标 会增大公路生态系统健康评价的不确定性。 ( 2 ) 定量指标 在公路生态系统健康评价指标体系中，指标的定量化程度随着这个 指标在整个指标体系中的位置变动而产生变化。一般来说，层次越低、 越具体的指标定量化程度越高，而较为抽象的指标不容易量化；另一方 面，不同子系统的需要反映的问题不同，故定量化程度也不同。通常来 说，生态环境与景观方面的子系统中定性指标较多，而经济与路用性能 子系统中的定量指标较多。 除了上述以外，从不同的角度、不同目标出发还可以将指标进行其 它方式的分类。例如，按照指标与时间的相关性，可以分为时期指标和 时点指标等。 总之，公路生态系统健康评价指标体系是由不同内容、不同属性、 不同范围、不同定量化程度的众多指标构成的一个多级评价指标体系。 2 2 3 指标体系的确定原则 评价指标体系是多个指标指为完成一定研究目的并保持一定联系而 构成指标群。指标体系中不仅涵盖了研究内容，而且昭示了指标之间的 相互关系。考虑到评价指标之间以及评价指标群群之间具有因果关系和 层次结构，指标体系的建立以公路生态系统健康作为目标，从公路本身 影响到社会经济、生态环境及景观等方面，以及外界条件可能会影响到 公路生态系统健康的各个方面出发，如此一级一级逐步细化到代表性强 的具体指标。 评价指标体系的确定不同于单元尺度的评判，而是在全面把握研究 区域社会经济与生态环境特点的基础上展开，既体现生态环境这方面的 一系列专门评价指标的意义，又要选择社会经济方面的适当的要素来评 判，还要结合美学跟景观的要求确定评价指标。并且评价指标必须具有 可比性、可测定行及可操作性，以及符合综合、简便、实用的原则，便