修改基于环保的生态公路设计理念和方法研究.docx
- 文档编号:6065389
- 上传时间:2023-01-03
- 格式:DOCX
- 页数:62
- 大小:4.92MB
修改基于环保的生态公路设计理念和方法研究.docx
《修改基于环保的生态公路设计理念和方法研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《修改基于环保的生态公路设计理念和方法研究.docx(62页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
修改基于环保的生态公路设计理念和方法研究
工程硕士学位论文
基于环保的生态公路设计
理念和方法研究
刘慧
北京工业大学
2009年10月
分类号:
U416单位代码:
10005
学号:
S
密级:
北京工业大学硕士学位论文
题目基于环保的生态公路设计理念和方法研究
英文题目THESTUDYONTHECONCEPTIONANDMETHODOFECOLOGICALHIGHWAYDESIGNBASEDONENVIRONMENTALPROTECTION
研究生姓名:
专业:
研究方向:
导师姓名:
职称:
副教授
论文报告提交日期:
学位授予日期:
授予单位名称和地址:
北京工业大学朝阳区平乐园100号
摘要
公路建设的蓬勃发展,在极大推动国民经济的同时,也带来了严峻的环境问题。
如何使公路建设融人自然,减少建设和使用过程造成环境退化和破坏从而造成公路环境质量下降,对实现交通可持续发展具有重要意义,这就需要从环保出发做好生态公路的设计研究。
针对目前国内外学者对于生态公路的研究,以及公路建设的实践经验,分析了生态公路设计理念和设计方法等方面存在的不足,提出了本文研究的主要内容。
结合生态公路特点,结合生态学理论,确定了生态公路概念及定位,并分析了生态公路特点。
在分析生态公路设计目标及考虑因素的基础上,提出了“以环保为宗旨,以可持续发展为目标,协调设计目标关系,体现以人为本、以安全为核心、以功能为主线、经济环保、绿色生态”的设计理念。
通过构建生态公路设计框架,提出生态公路的路线、路基、沿线构造物及其它设施设计方法。
界定了环境补偿设计定义,提出了公路环境补偿设计流程,并从生态结构合理性、功能稳定性和环境适宜性三方面建立了环境补偿设计评价指标体系,通过研究环境补偿模糊综合评价方法,提出了基于GIS对环境补偿设计方案模糊综合评价方法。
并结合工程实例介绍了环境补偿评价步骤,为生态公路设计提供参考。
文中提出的基于环保的生态公路设计理念、设计方法和环境补偿设计及评价方法为公路建设的可持续发展提供了有效途径。
关键词:
生态公路;环保;设计理念;补偿设计;模糊综合评价;GIS
Abstract
Withtherapiddevelopmentofhighwayconstruction,ithasgreatlyboostthenationaleconomy,butalsocausedsomeseriousenvironmentproblems.Highwayconstructionshouldcomplementtheirsurroundings,alsoreducetheenvironmentaldegradationanddestructionduringtheconstructionandusingofthematerials,bothofthemhaveagreatsignificanttorealizethesustainabledevelopmentoftransportation.Thus,itisnecessarytomakeagooddesignresearchoneconomicalhighwayconsideringtheenvironmentprotection.
Themaincontentofthearticlewasputforwardaccordingtotheresearchofecologicalhighwaydevelopedbythescholar,thepracticalexperienceofthehighwaystructure,andtheanalysisofthefaultmadebydesigningconceptandmethods;wecombinedthecharacteristicofecologicalhighwaytothetheoryofit.Makesuretheconceptandthepositionofit,andanalysisthecharacteristicofit.Basedontheanalysisofecologicalhighwaydesignaimandconsiderationfactors,adesignconceptionbasedonenvironmentprotection-aimedwasproposed:
“safety-centered,function-based,economic,environmentalandecological”.Adesignmethodofhighwayalignment,subgradeandartificialstructuresalongthehighwayforecologicalhighwaywaspresentedbysettingupadesignframeofecologicalhighway.
Itdefinestheenvironmentcompensationdesign,andputforwardtheprocessofenvironmentcompensationdesign.Also,itsetsuptheevaluationindexsystemofenvironmentcompensationdesignbasedonrationalityofecologicalstructure,functionstability,andadaptabilityofenvironment.ItproposedthefuzzycomprehensiveevaluationforenvironmentcompensationdesignbasedonGISbyresearchingtheoldone.
Andweareintroubletheproceduresofevaluatingthefuzzycompensationofenvironmentandprovideenvironmentalroaddesignreferencecombinewithengineeringlivingexample.Inthispaper,basedonenvironmentallyfriendlyeco-highwaydesignconcept,designmethods,andenvironmentalcompensationdesignandevaluationmethodshasprovidedaneffectivewaytosustainabledevelopmentforroad-building.
Keywordsenvironmentalroad;environmentalprotection;designconception;compensationdesign;fuzzycomprehensiveevaluation;GIS
第一章绪论
1.1研究背景及意义
自上世纪八、九十年代以来,我国公路交通事业取得了令人瞩目的巨大成就,无论里程还是等级都有了前所未有的突破。
公路建设的蓬勃发展,在极大推动国民经济发展的同时,也带来了严峻的环境问题,如大量的填挖土方工程破坏了原始地貌和原有植被,运营期间产生大量尾气和噪声等都加重了环境污染[1]。
如何使公路建设融入自然,减少建设和使用过程中所造成的环境退化和破坏,从而造成公路环境质量下降(如生活污水横流,污水造成农田、河流污染,空气污染、噪声污染、所经过的地段植被遭到破坏,动物迁移等)。
而生态环境资源和景观资源都是难以再生的资源,对其进行有效的保护,对实现交通可持续发展具有重要意义。
因此,解决好对公路的生态环境也就显得尤为重要和迫在眉睫。
我国经济发展形势要求大规模的交通建设还将持续相当长的一段时间,在交通基础设施建设过程中,如何在规划、设计、施工、运营的全过程中,充分考虑生态环境保护问题,使其对生态环境的危害降到最小程度是建设生态公路的重要任务。
它要求坚持可持续发展的资源环境技术路线,既满足经济社会发展的需要,又不能超出资源环境的承受能力,强调经济发展与人口、资源、环境相互协调,经济发展既保持一定的规模和发展速度,又要有节制,走循环经济发展之路。
同时我国的生态环境前景不容乐观,我国不能再重复发达国家“先污染,后治理”的老路,而是要走一条公路建设与环境保护相结合的道路,建设与环境协调的公路成为解决公路交通与环境之间矛盾的关键手段[2]。
这就需要从环保出发做好生态公路的设计研究。
对公路建设来说,要解决生态环境问题,除了要从技术上解决被破坏的生态环境及景观的恢复与重建问题外,首先必须解决人与公路生态环境、景观如何协调共存的问题,这就需要从景观及生态环境保护角度出发,科学分析公路建设对景、路、域生态环境的影响,从而确定公路建设会造成什么样的生态环境影响以及发生影响的程度,为公路设计、建设、管理、养护过程中的景观规划、生态保护提供决策支持。
在设计阶段基于环境保护理念,对设计方案进行比选,实现对环境影响的最大减缓,对公路建设实现可持续发展具有重要意义,对今后的公路建设有一定的借鉴和指导意义。
1.2国内外研究现状
公路建设改变地形地貌和原有的自然景观,运营过程中产生的各种环境污染及生态环境干扰等问题,迫使人们不得不去思考人与自然、生存与发展、改造自然与尊重自然的协调关系。
针对公路建设的环境问题,人们一直在探索如何在可持续发展理论的指导下使公路建设与环境保护相结合,于是提出了生态公路的理念以及如何实现公路生态化。
发达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,美国和加拿大等国家非常重视人与自然的和谐统一,并采用多种机制奖励对公路绿化做出贡献的团体。
西欧的发达国家非常重视动物的保护问题,为动物修建了动物通道[3],并把取土场建成动物栖息基地。
日本极为重视公路的坡面绿化工作,在20世纪50年代,学者苍田宜二郎首次提出“绿化工程”的概念,产生了一些坡面绿化工程技术,取得了良好的植被恢复效果。
美国等发达国家从20世纪三、四十年代就意识到了保护生态平衡的重要性,开始在公路边坡开展植被恢复工作[4]。
20世纪50年代后,随着公路的大量修建,公路建设对环境的影响越来越受到社会的关注,为此美国制定法律要求新建公路必须进行绿化,机械化的施工喷锚技术应运而生。
从20世纪60年代开始,美、德、法等发达国家开始大规模修建高速公路。
喷播技术等绿化新技术在稳定边坡、防止土壤腐蚀和植被恢复等方面得到了广泛的应用。
1975年,在墨西哥召开的第15届国际道路会议上成立了“道路与环境问题”工作组。
日本也提出了功能栽植的概念,对边坡的生态恢复起到了推动作用。
1976年日本制定了《公路绿化技术基准》。
进入20世纪80年代后,欧美开始着手建立公路环保法律体系和管理机制[6]。
在整个公路建设中充分体现了环保优先原则,采取公路建设与环境保护统一设计、统一施工,建设和养护并重的策略:
并在公路规划、设计、施工和营运各阶段都建立了环境调查、环境治理和环境评价程序。
1995年9月,举行的第20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。
调查涉及31个国家,其中西欧、日本、加拿大、美国等国家和地区在公路环境影响评价方面处于领先地位。
2002年,美国景观生态学之父—哈佛大学教授Forman联合来自交通部门、生态环保部门的14位科学家,在经过两年多详细耐心的全球范围内的文献检索与案例研究之后,出版了专著《道路生态学:
理论与实践》。
与国外发达国家相比,我国的公路生态保护研究起步较晚,但发展速度较快。
从1987年交通部发布《交通建设项目环境保护管理办法(试行)》开始,公路建设项目的环境影响评价工作正式启动,此后相继颁布了《公路建设项目环境影响评价规范》、《公路环境保护设计规范》(JTJlT006-98)等法规,公路建设的环境保护工作逐步走向规范化。
随着国家对环境保护方面的不断重视,对国内近几年来公路建设中的环境保护和公路沿线绿化与景观也逐渐关注起来,一些地方也不同程度地开展了一些研究工作,取得了一定成效。
生态环境恢复方面,10年以前还停留在手工撒播、铺草皮等简单工艺上,虽然施工工艺简单,易于操作,但是效率低下,工人施工的危险性较大、效率较低,远不能满足快速植被恢复的要求[5]。
在对国外技术引进和消化的基础上,通过近10年的研究和工程实践,公路生态恢复的技术逐渐成熟,主要表现在湿法喷播技术的普及和客土喷播技术的推广,同时高速公路生态恢复工程也趋于市场化。
在理论上,也从10年前的“单一种草理论”演变到目前的“灌木为主、草本为辅”的理念;从以前的完全意义上“人工建植被”演变到现在的“尊重自然,恢复自然”[8~14]。
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:
1995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。
1996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。
2003年8月我国第一条沙漠生态高速公路——陕西省榆林市至靖边县高速公路建成通车。
在固沙筑路时,沿公路线栽种了近4万亩沙生灌木,并在公路两侧营造起两条500米宽的高标准防风固沙林带。
2003年9月我国第一条舒适、美观的高原生态公路—川主寺至九寨沟公路竣工。
项目通过制定完善的生态保护原则并贯彻于设计和施工中,有效地保护了沿线的生态环境。
采用常规绿化技术和创新的生态恢复技术,使川九公路路域内植被恢复率达到90%以上,营造了良好的生态环境[15]。
2006年4月我国第一条经过热带雨林的生态高速公路——云南思茅至小勐养高速公路通车,提出了“保护自然、融入自然、回归自然、享受自然”的定位和人文关怀建设新理念。
在全国率先实施了全方位、全过程环境管理制度及“政府监督、业主管理、企业控制、全员实施”的环保保证体系。
从国内研究现状和工程实践来看,主要存在以下特点:
①公路建设的生态保护问题己受到相当关注,但“生态公路”建设才刚刚起步,存在一定的盲目性和盲从性,生态景观公路概念尚无定论。
公路生态学的理论体系尚未成熟,多是借用其他学科理论,如景观生态学、生态学、美学、水文学、交通规划、地质学、生物学等[17~20]。
②全国已开展了一定数量的生态景观公路项目,但却缺乏针对生态景观公路特性制定的建设标准、规范,缺乏衡量“生态景观公路”的科学尺度[21]。
③学术界对公路生态环境影响评价和公路项目评价研究的较多[22~25],但在生态公路评价后环境补偿措施方面以及公路对景观格局影响方面仍是空白。
④对公路景观规划、设计缺乏正确认识,将其简单的界定为公路用地范围的绿化美化工作,缺乏理论研究,更缺乏相关规范、指南的约束,对公路建设究竟对公路景观格局造成多大的影响,更是模糊不清。
⑤忽视长期效果。
这是与可持续发展理念背道而驰的,不符合我国质量型、效益型、功能型和可持续发展思路。
⑥过分强调绿化效果。
在一些西部省区,尽管干旱少雨,甚至是沙漠,有的业主仍强调植被覆盖率,甚至要种树,往往投入很大,而且效果不理想,既不符合科学也不经济。
⑦设计理念落后。
很多工程设计停留在“为绿化而绿化”的理念上,往往照搬园林绿化的模式,一味强调覆盖度指标,忽视生态系统和植物的自然规律。
1.3论文研究内容
(1)研究内容
本文在环境保护的理念指导下,分析我国公路建设存在的生态问题,探索解决问题的理论依据和指导方法,提出基于环保的生态公路设计理念和实现手段,具体研究内容包括:
结合公路环境和生态学知识,分析国内外生态公路设计现状,界定生态公路的概念并对生态公路的设计目标和设计因素进行研究;借鉴国内外经验,设计生态公路设计框架,研究生态公路进行系统设计方法;针对公路建设中产生的不良环境影响,提出生态公路环境补偿设计方法,并对环境补偿评价方法进行研究等,结构框架见图1-1。
图1-1研究结构框架
(2)研究目标
通过研究为生态公路设计提供理论基础和指导思路,基于环保的理念,实现公路建设可持续发展。
主要实现以下几个目标:
①界定生态公路的概念,明确生态公路设计的目标以及设计因素;
②以环保为宗旨,以可持续发展为目标,提出生态公路设计理念:
协调设计目标关系,体现以人为本、以安全为核心、以功能为主线、经济环保、绿色生态;
③提出生态公路整体设计的框架,研究基于环保的生态公路路线、路基、沿线构造物、排水、绿化、沿线设施等设计方法;
④分析公路环境补偿设计方法,建立环境补偿设计评价指标体系,并基于GIS对环境补偿设计方案进行模糊综合评价,为基于环保的生态公路设计提供决策依据。
1.4研究技术路线
在对国内外相关研究成果和工程经验进行广泛调研的基础上,调查、分析和总结各种生态公路设计的特点及存在的问题,通过采用环境保护的措施,结合工程实践经验,参考环境学、生态学,系统工程学等学科理论,对生态公路各系统进行设计。
在公路工程技术和生态学、公路环境学和景观学等理论与方法的指导下,通过进一步的分析和对比,研究生态公路设计中的环保措施技术,并且对不同路段情况进行环境补偿措施设计与评价,总结研究经验成果并进行推广。
本项目的研究过程中将应用统计学、系统工程学、公路工程学、生态学、环境学、景观学、运筹学、工程技术学、工程经济学、安全工程学、计算机科学等学科,进而采用模糊评判理论等建立公路补偿设计评价指标体系,综合运用相关科学建立评价模型,以环保、经济、安全的观点方法研究生态公路的工程措施适用技术与应用。
并利用arcGIS平台,借助其强大的空间分析和地统计功能,辅助环境补偿设计评价。
第二章基于环保的生态公路设计理念
公路建设项目是一个带状、流动的污染排放源,而且公路通过区域的地质地貌差异性大,环境问题的研究难度大、涉及专业多、范围广。
由于公路路面和公路边界对土地的占用,使得自然生态系统面积减少,原有土地利用方式(如林地、草地和湿地)转化成为人工裸地;公路在使用过程中噪声、大气和水污染以及人工灯光造成生境破碎化和生态系统功能下降[34]。
从环保角度出发的建设生态公路是目前公路建设的主要发展方向,对生态公路的理解和概念界定以及设计理念的研究是基于环保的生态公路设计基础。
2.1生态公路概念
在公路前面冠以“生态”二字表现了公路从单纯的人工构造物向与自然相融合的构造物的转变,表现了人类对环境认识的加深,是人类营建活动向自然生态规律学习的过程[2]。
2.1.1生态学原理
“生态”二字唤起一种新的生态意识,是人类在向自然生态系统学习的过程中把生态学思想注入公路建设体系。
从生态学的角度来看,公路作为按人类的需要建立起来的人工生态系统,是对原有自然生态系统的入侵和扰动,形成了以交通运输为主体的新的生态系统。
它是一个开放的不完整的生态系统,生物因子主要由消费者构成,非生物环境也主要是由人类为了满足自身需要而建造的人工构造物所组成,这样的系统是不能自身维持的,它只有从其他系统输入能量,才能维持其自身的运行。
所以只有用生态学的理论与规律指导公路这一人工生态系统的建设,才能够使公路的发展与环境相协调[35]。
2.1.2生态公路概念定位
公路作为人工建筑,它对生态环境的影响是多层次多方面的,生态公路是针对公路环境问题而提出的一种以环境保护和生态恢复为目前主要建设模式的公路设计理念。
生态公路的概念是当前全球化的可持续发展战略在公路领域的具体体现。
笼统地说生态公路就是与环境相适应,与环境协调发展的公路。
由于地域、观念和技术等方面的差异,目前国内外对生态公路还缺乏统一的定义,甚至对这一概念的合理性存在质疑。
从地域范围来看,生态公路不是一个封闭的系统,它是与周围自然环境相联系的开放系统,它是公路与环境之间相互交换的结果;从涉及的领域来看,生态公路不仅涉及公路人工系统,而且要与自然生态系统如地形地貌、空气、土地、森林、植被等有关,它是一个以人的交通活动为主导,自然环境为依托的人工生态系统。
生态公路的提出是人类向自然生态系统学习的过程,但建立完全符合自然规律的公路生态系统是不现实的。
一方面,公路作为按人类的需要建立起来的人工生态系统,是对原有自然生态系统的人侵,形成了以交通运输为主体的新的生态系统。
从生态学的角度来看,这是一个开放的不完整的生态系统,这一系统需要消耗大量外界的物质、能量,同时又不断向外界排出大量的废弃物,才能维持公路的正常运转。
因此,使公路成为一个完善的系统,所有废弃物都在单体内得到完全处理是不现实的;另一方面,公路存在的目的是满足人类的运输需求,而其一旦存在,对环境的影响也随即存在,达到公路发展的理想状态有赖于全社会环境意识的提高和技术水平的进步,以及全社会生产生活各个系统生态化的实现。
生态公路的提出是强调公路的生态化,并不是要求也不可能要求生态公路象健康的自然生态系统那样能够自己维持稳定性和可持续性,而是以生态学的理论指导生态公路的发展,注重其在现有条件下最大生态化的实现。
根据耗散结构理论,公路对环境的影响是不可避免的,采取措施减少公路的环境影响是可能的。
因此,研究如何减少对环境的不利影响,并对不可避免的环境影响进行补偿是生态公路的基本立足点。
基于上述分析,可将生态公路界定为:
生态公路是指建设者在公路规划设计和建设过程中,将自然、人和公路进行有机的结合,融入了生态设计方法,不会以牺牲生态资源为代价进行开发和建设,不仅考虑到人的活动和公路之间的相互影响,而且也特别注重维护人们与生存的自然条件相互融洽和遵循其自然发展规律,形成行车安全舒适,运输高效便利,景观完整和谐,保护自然的可持续的公路发展模式。
2.1.3生态公路内涵
1)生态性
生态性是生态公路的基本特性,也是它存在的基本条件。
生态公路的生态性表现在公路具有良好的生态位,良好的生态环境质量,良好的景观效果和以绿化为主的结构模式等。
[36]
(1)良好的生态位
在公路设计之前,应对工程的地质条件、占地情况、自然环境等作综合分析,为公路布设在对环境生态系统压力和影响最小的位置上提供宏观的环境信息,创造具有良好的生态位。
(2)良好的生态环境
公路建设不可避免地对沿线的生态环境造成一定的影响,如植被破坏、水土流失、用地分割等。
在现存条件下,生态公路就是要综合运用各种工程措施、生物措施、农艺措施、管理措施等将公路建设的破坏限制在最小范围内,降低到最小程度。
而对于已造成的破坏采用最大可能恢复措施,重建新的生态系统,使新建群落尽快达到顶级群落,并对占用的地域环境进行补偿。
(3)良好的景观环境
生态公路必须通过合理选线,使公路路线最佳位置适应于景观,通过公路的布局和设计来展示并加强公路景观,通过科学的绿化美化来改善景观。
(4)以绿化为主的结构模式
绿化建设是维护地球生态系统最经济、最实际、同时也是最有效的一种手段。
绿化植物生命群落的数量和质量大小是维持地球表层人类生存环境生态
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 修改 基于 环保 生态 公路 设计 理念 方法 研究
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)