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国内外公路边坡防护

2012-08-17 15:48 来源:生态保护论文 人参与在线咨询

 

近年来中国高速公路迅猛发展,有力地促进了沿线区域经济、政治、文化发展。然而高速公路建设作为一项与自然生态环境紧密相关的工程,它不可避免地会对沿线自然生态环境造成一定程度的破坏,如植被破坏,水土流失,土地分割,景观及生物生存环境破坏等。边坡作为公路的重要组成部分,对防止水土流失、维护路基稳定起着重要作用,所以边坡防护问题也越来越受到重视。中国高速公路建设边坡防护长时间停留在工程防护与绿化防护等简单防护上,对生态防护研究及应用较少。本文就边坡生态防护理念及其生态防护措施进行探讨,以期为今后高速公路边坡生态防护理论提供参考。

 

1国内外边坡生态防护研究现状

 

发达国家十分重视公路沿线生态环境的保护与公路的绿化工作,已从过去的普通绿化进一步发展到目前的生态景观绿化,普遍采用生物防护及生物与工程措施相结合的生态防护技术,使公路建设与大自然融为一体[1-7]。早在20世纪30年代,美国政府提倡高速公路植被地带宽度以公路两侧48~100米为宜,有选择地种植草花、宿根花卉、灌木和乔木,其林型由低到高,既能起到防护作用,又不影响行车视线。五十年代后,随着公路的大量兴建,公路建设对环境的影响越来越受到社会的关注,为此美国制订法律要求新建公路必须进行绿化。美国的公路边坡防护原则概括为“自然为主,人工为辅”,追求边坡与周围环境最大限度地协调,体现自然景观特点[3-4]。加拿大在公路建设中十分重视人与自然的和谐统一,如在公路建设中强调保存自然与历史遗迹,沿公路建立生物通道,保持自然及生物的连续性,公路建设中明确规定了公路与自然区域要保持一定距离,将交通对环境的负面影响降到最低。尽管日本的高速公路建设到20世纪60年代后期才拉开序幕,但是目前日本在高速公路生态恢复技术水平上处于世界领先地位。他们的策略是“环境优先、自然再生”[6]。日本的公路生态防护基本特点是“精细化”,因国土面积狭小,且山地丘陵纵横,其公路断面形式以整体式为主,生态防护形式重点为对坡面植被恢复进行基础研究与开发应用,公路边坡生态防护因地制宜地采用了较多的生态技术措施[5-6]。此外,英国、意大利等国将加筋土技术与植被防护技术相结合,修建了包裹式的加筋土植草墙面的挡土墙[7]。

 

中国从90年代开始逐渐从采用单纯的圬工防护技术,如浆砌块石、干砌片石、喷射混凝土等,转变为采用植被重建技术进行边坡生态防护[8]。即边坡防护从工程防护为主逐渐过渡到绿化防护、生态防护。1993年中国引进土工材料植草护坡技术,随后土木工程界与塑料制品生产厂家合作,开发研制出了各式各样的土木材料产品,如三维植被网、土工格栅、土工网、上工格室等,结合植草技术在高速公路边坡植被恢复中陆续获得应用[9]。1996年昆曲高速公路开始对公路边坡采取植被恢复与重建的形式,以减少水土流失,恢复生态环境,从此高速公路走向生态建设型道路[10],2003年研究出的岩石边坡植生基质的PMS技术,在北京五环高速公路红山岩石坡面防护中应用效果良好[9-10]。至今,根据中国不同的坡面类型,已建立了多种综合技术体系,主要有开沟植草法、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[10-12]。然而中国边坡防护在植物选取配置研究、生态位研究、边坡景观设计等相关研究远远落后于一些发达国家。

 

2高速公路边坡生态防护理念及原则

 

2.1生态位原理

 

生态位是指一个种群在生态系统中,在时间空间上所占据的位置及其与相关种群之间的功能关系与作用。生态位这一概念既表示生存空间的特性,也包括生活在其中的生物的特性,如能量来源、活动时间、行为以及种间关系等。生态位概念不仅指生存空间,它主要强调生物有机体本身在其群落中的机能作用和地位,特别是与其他物种的营养关系。

 

边坡生态系统是一个生物物种相对简单,营养物质相对稀少,养分循环供应有限的比较脆弱的生态系统。在边坡生态防护过程中,应对相应自然条件下的物种生态学特点进行分析,确定相关植物在其环境中的适应性表现和相应的时空位置。充分利用物种间的共生关系,减少物种生态位的重叠,建立不同物种间的营养交换渠道,是维系边坡生态系统发展和演化的重要途径[5]。

 

2.2群落演替理论及生物多样性原理

 

在生物群落发展变化的过程中,一个群落代替另一个群落的演变现象,称为群落的演替。任何一个群落在其形成过程中,至少要有植物的传播、植物之间的竞争以及相对平衡等各种条件和作用。群落演替的主要标志是群落在物种组成上发生质的变化。生物多样性是指一定范围内多种多样活的有机体(动物、植物、微生物)有规律地结合所构成稳定的生态综合体。这种多样包括动物、植物、微生物的物种多样性,物种的遗传与变异的多样性及生态系统的多样性。

 

群落演替和生物多样性原理提示我们:边坡生态群落种群的设计,要考虑群落演替的动态变化,从初级群落向顶级群落演化过程中的变异和控制;要考虑一旦出现逆演化和退化现象时的引导性养护措施的实施。边坡生态系统的建群物种要丰富且适宜,种群单一或简单会导致生态系统稳定性下降,抗干扰能力下降;种群过多导致系统内生存竞争加剧,造成系统自组织能力降低,不利于植物群落健康演化[5]。生态护坡多样性物种筛选时,应分析物种间的共生关系,在此基础上实现植物种群的有效匹配。多物种匹配时不是只要是乡土物种就可混种混植,乡土物种间也有相克和生态位重叠的不同物种。避免这些物种的混种混植,可有效提高边坡生态系统的功能和作用。

 

2.3边坡景观生态设计原理

 

景观设计是指按生态学与美学原理对局地景观的结构与形态进行具体配置与布局的过程,包括对视觉景观的塑造。高速公路边坡景观的设计基本原则:“安全、和谐、因地制宜、持续性、经济、可行、体现时代和地方特色、环保、符合美学”[13]。具体如下:(1)安全保持稳定性原则。高速公路边坡在长期的使用过程中经受雨水、岩土体自重、温度等自然因素的作用,严重影响了其稳定性和安全性。确保边坡的稳定和安全是对边坡进行美化的基础,边坡的景观化归根结底还是要保证工程的安全。(2)减少扰动和破坏原则。保留和恢复原有良好景观效果的自然植被;切忌为片面追求景观效果而破坏边坡本身的环境。(3)因地制宜,突出地域风格原则。强调利用现状地形设计景观,尽可能减少工程量,顺坡就势进行地形改造,理顺地形,搞好水土保持,最大程度地提高景观效果。另外景观设计应融生态环境、城市文化、历史传统与现代科技、现念并充分地结合地域特征和人文特点,创造出具有鲜明风格的道路景观。(4)永久性原则。由于路基缺乏有机质,尽量选择根系深广,耐旱、耐热、耐寒、耐瘠薄土壤,抗污染、涵水能力强,适于粗放管理的植物,避免日后大量的人工维护和管理。(5)经济、景观、社会效益兼顾原则。在高速公路景观工程建设中,应充分考虑既有利于公路保护、环境保护、降低工程造价,又能发挥改善路域的小气候和生态环境的方案。做到科学地进行景观类型选择及植物配置,使边坡成为景点,具有供人们使用和欣赏的双重功能。(6)美学、人文性原则。高速公路边坡景观的形成必须在满足其功能性以及安全性的前提下,以美学理论为指导,进行相应的规划与设计。交通道路人文景观主要体现在景观的文化属性上。道路景观在设计上还应体现出对历史文物和遗址的保护,在所经之处尽可能少地干扰原有的建筑物,保持城市的风貌和特征。

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