公路選線生態(tài)適宜性分析與生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究
——以東山環(huán)島生態(tài)旅游公路為例

■陳振興

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所;2.福建省公路、水運工程重點實驗室,福州 350004）

1 生態(tài)旅游公路及生態(tài)選線概述

生態(tài)旅游公路隸屬于綠色公路的范疇，它作為綠色交通建設(shè)的主陣地，其初衷是在實現(xiàn)公路基礎(chǔ)設(shè)施本身固有功能的同時，實現(xiàn)公路與生態(tài)環(huán)境和諧共生，體現(xiàn)向大自然索取和回報之間的平衡，是推進(jìn)交通行業(yè)生態(tài)文明建設(shè)的根本措施。2016年7月，交通運輸部印發(fā)《關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》，提出了5大專項行動，要求推行生態(tài)環(huán)保設(shè)計，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)保選線，推行生態(tài)防護(hù)和修復(fù)等技術(shù)[1]。

公路生態(tài)環(huán)保選線是以環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展理念出發(fā)，把環(huán)境影響因素作為公路走向的重要因素之一納入方案決策中或根據(jù)環(huán)境影響大小對路線比選方案進(jìn)行排序，利用科學(xué)技術(shù)的發(fā)展（航測、遙感、GIS等）進(jìn)行選線設(shè)計，保證不因公路建設(shè)而使沿線周邊環(huán)境受到破壞，盡量使之保持原有水平，甚至有所改善。

東山環(huán)島生態(tài)旅游公路位于福建漳州市東山縣境內(nèi),全長110.6hm，項目總投資68.88億元。路線沿東山島海岸線繞島一周，把東山灣、南門灣、馬鑾灣、金鑾灣、烏礁灣、澳角灣、宮前灣等7大海灣串成一線，與風(fēng)動石、蘇峰山、大帽山景區(qū)相呼應(yīng)，把生態(tài)、低碳、景觀、旅游作為設(shè)計理念，突顯海島特色，把親海、臨海、近海作為設(shè)計原則，路隨景移，靈活布線，保護(hù)和修復(fù)岸線生態(tài)資源，合理布置觀景旅游服務(wù)設(shè)施，形成一條以觀海、休閑、文旅為特色的生態(tài)低碳精品公路。其中烏礁灣段是未來東山島旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的腹地，也是目前生態(tài)資源亟待修復(fù)的海灣段落，被國家交通運輸部列為生態(tài)修復(fù)示范試點公路項目。

2 基于層次分析法的公路選線生態(tài)適宜性評價模型建立

2.1 公路選線生態(tài)適宜性分析評價體系及評價模型構(gòu)建

從公路生態(tài)選線生態(tài)適宜性的內(nèi)涵出發(fā)，公路生態(tài)選線生態(tài)適宜性評價包含公路用地適宜性評價和生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價兩個部分，因此從這兩個方面出發(fā)構(gòu)建評價指標(biāo)體系，通過層次分析法（AHP）,綜合評價分析確定公路生態(tài)選線的適宜程度。針對旅游公路和東山的實際情況，參考相關(guān)研究成果[2]，從公路建設(shè)的自然條件、土地利用和道路連通性3個準(zhǔn)則層選擇6個指標(biāo)作為公路用地生態(tài)適宜評價指標(biāo)體系（見表1）。從生態(tài)系統(tǒng)特征出發(fā)，結(jié)合相關(guān)研究成果，分別從生物、氣候、土壤、水文、地形5個方面14個指標(biāo)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價指標(biāo)體系（見表 2）。

表1 公路用地適宜性評價指標(biāo)體系

表2 生態(tài)敏感性評價指標(biāo)體系

由于評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)的類型復(fù)雜，且量綱不一，缺乏可比性，因此評價時對各因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，本研究采用歸一化進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[3]。對指標(biāo)體系中各評價因子進(jìn)行分級，形成單項因子的評價結(jié)果，然后依據(jù)評價指標(biāo)的權(quán)重，將單因子評價結(jié)果進(jìn)行加權(quán)疊加，分別計算出公路用地生態(tài)適宜性和生態(tài)系統(tǒng)敏感性，計算公式為：

式中，Sij——第ij個格網(wǎng)的綜合用地適宜性（或生態(tài)敏感性）值；

n——第k個因子（k=1，2，……，n）；

W（K）——第k個因子的權(quán)重；

Cij（K）——第k個因子在ij個格網(wǎng)的用地適宜性值（或生態(tài)敏感性值）。

對最后得出的綜合評價結(jié)果進(jìn)行再處理，聚類分析，劃分出不同適宜等級的用地區(qū)域，繪制土地適宜性及生態(tài)敏感性評價等級圖。最后將兩圖疊加，得到公路用地的生態(tài)適宜性評價結(jié)果。

2.2 構(gòu)建判斷矩陣及等級劃分

按照上述構(gòu)建的評價指標(biāo)體系，根據(jù)生態(tài)、景觀、資源開發(fā)、區(qū)域規(guī)劃、社會經(jīng)濟(jì)等專家的意見，將評價體系的各種要素分解成若干遞階層次，根據(jù)各評價因素的重要性進(jìn)行排序，構(gòu)建判斷矩陣，通過兩兩的判斷比較和計算，求出各要素權(quán)重值。對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，滿足CR=CI/RI＜0.1時，認(rèn)定可以矩陣可以接受，否則須對其進(jìn)行重新調(diào)整。CI=1/（m-1）×（λmax-m）;RI表示平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

根據(jù)公路用地適宜性和生態(tài)系統(tǒng)敏感性計算結(jié)果，按照數(shù)據(jù)等距劃分，將公路用地生態(tài)適宜性分為很不適宜、不適宜、一般、適宜、很適宜 5個等級；將生態(tài)系統(tǒng)敏感性分為很低、低、中等、高、很高 5個等級。在此基礎(chǔ)上采用判斷矩陣法（見表3），依照生態(tài)優(yōu)先的原則，判斷公路選線的適宜性結(jié)果。

表3 公路選線生態(tài)適宜性判斷矩陣

3 東山環(huán)島旅游公路生態(tài)選線適宜性比選

3.1 東山環(huán)島旅游公路生態(tài)選線的原則

東山環(huán)島公路作為一條綠色環(huán)島生態(tài)公路，整體規(guī)劃理念是打造景觀、生態(tài)、旅游、低碳四大特征的東山環(huán)島旅游公路，在結(jié)合其自身自然環(huán)境、地理狀況、社會經(jīng)濟(jì)情況等特點基礎(chǔ)上，除需要遵循常規(guī)的公路選線原則如系統(tǒng)分析原則、綜合選線原則、整體最優(yōu)原則等，東山環(huán)島旅游公路選線還應(yīng)當(dāng)遵循適宜東山旅游區(qū)域安全性、保護(hù)性、便利性和經(jīng)濟(jì)性的生態(tài)選線原則。

3.2 東山環(huán)島綠色公路生態(tài)選線公路用地適宜性分析

（1）自然條件：首先考慮地形起伏度及地質(zhì)條件，生態(tài)選線以順應(yīng)地勢，減少土方量，確保安全地質(zhì)為基本出發(fā)點，同時兼顧東山環(huán)島優(yōu)勢的大海自然景觀。

（2）土地利用：根據(jù)實際調(diào)研，生態(tài)選線考慮充分發(fā)掘利用農(nóng)田景觀。

（3）連通性：連通性是公路生態(tài)選線用地適宜性的關(guān)鍵準(zhǔn)則，旅游景區(qū)與居民點科學(xué)合理連通是公路建設(shè)的基本目標(biāo)。具體見圖1～圖3。

圖1 地勢條件圖

圖2 土地利用圖

圖3 景觀聯(lián)通資源圖

圖4 NDVI指數(shù)

圖5 東山島干旱風(fēng)險

圖6 東山島洪澇風(fēng)險

3.3 東山環(huán)島綠色公路生態(tài)選線生態(tài)系統(tǒng)敏感性分析

（1）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，優(yōu)化生態(tài)選線盡量避開現(xiàn)有自然保護(hù)區(qū)域以及充分考慮擬選經(jīng)過區(qū)植被指數(shù) （以NDVI指數(shù)代表），以經(jīng)過植被指數(shù)低區(qū)為首選減少破壞。

（2）氣候敏感性，按照暴雨、干旱季節(jié)將擬生態(tài)選線路區(qū)進(jìn)行風(fēng)險等級劃分，地勢低洼大量匯水區(qū)應(yīng)避讓。

（3）生態(tài)系統(tǒng)脆弱性，根據(jù)東山現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，生態(tài)選線應(yīng)盡力保護(hù)濕地，防護(hù)林,合理利用農(nóng)田景觀。具體見圖4～圖 6。

3.4 東山環(huán)島路生態(tài)適宜性指標(biāo)量化和權(quán)重確定

基于東山島實際情況和可獲得的資料[2]，對公路用地適宜性和生態(tài)系統(tǒng)敏感性指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理和權(quán)重計算。建立東山環(huán)島公路生態(tài)選線生態(tài)適宜性評價指標(biāo)，指標(biāo)量化和權(quán)重情況見表4和表5。

3.5 東山環(huán)島綠色公路生態(tài)選線生態(tài)適宜性評價

從圖7公路用地適宜性評價結(jié)果中可以看出東山環(huán)島路用地適宜在居民點、旅游景點附近地形平緩的地區(qū)，很不適宜在城鎮(zhèn)中心區(qū)及島邊緣的海域區(qū)，不適于區(qū)集中在山區(qū)和沿海鹽場、灘涂。圖8生態(tài)敏感性評價結(jié)果看出，東山島生態(tài)敏感性高和很高的地區(qū)所占面積較大，敏感性低和很低的地區(qū)主要為城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)、西浦灣的鹽場等地。通過對東山環(huán)島公路用地適宜性評價和生態(tài)敏感性評價結(jié)果的疊加得到東山環(huán)島路選線生態(tài)適宜性評價的結(jié)果見圖9。東山環(huán)島路選線生態(tài)非常不適應(yīng)區(qū)域主要分布于島的西北部、東南海灘沿線、西南部分靠山區(qū)域等，公路選線時應(yīng)該重點考慮。

表4 東山環(huán)島公路用地適宜性評價指標(biāo)權(quán)重及量化標(biāo)準(zhǔn)

表5 東山環(huán)島路生態(tài)敏感性評價指標(biāo)權(quán)重及量化標(biāo)準(zhǔn)

3.6 東山環(huán)島旅游公路選線方案比選

根據(jù)《東山縣環(huán)島公路工程可行性研究報告》，東山縣環(huán)島公路規(guī)劃有兩種選線方案A線和K線 （圖9），路線生態(tài)適宜性比選范圍選取公路兩側(cè)200m。通過選線方案與選線生態(tài)適宜性評價結(jié)果疊加分析（見表6）可以看出，K線方案很不適宜的區(qū)段小于A線方案，在一定程度上減少了對很高生態(tài)敏感性區(qū)域的干擾，K線方案北段經(jīng)較多沿海灘涂，南段則途經(jīng)景區(qū)及水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，使其不適宜區(qū)段比例略高于A線方案，但很適宜段比例明顯高于A線方案，K線路域范圍內(nèi)一般、適宜和很適宜用地比例合計為79.8%,略高于A線方案。因此從生態(tài)適宜性的角度來說，生態(tài)適宜性程度上K線略優(yōu)于A線。結(jié)合東山環(huán)島路的社會經(jīng)濟(jì)要求，比選方案K線的公路輻射范圍（可服務(wù)更多的區(qū)域和人群）較A線多29%左右，因此最終推薦方案K作為最終選線方案。但通過分析也可以看出東山環(huán)島公路建設(shè)不可避免地通過少部分高生態(tài)敏感性地區(qū)，在環(huán)島公路建設(shè)過程中應(yīng)該加強(qiáng)其生態(tài)保護(hù)與修復(fù)。

表6 選線方案生態(tài)適宜性分析

4 東山環(huán)島旅游公路生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

4.1 東山島公路生態(tài)修復(fù)目標(biāo)

生態(tài)修復(fù)最本質(zhì)的目標(biāo)是恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的必要功能并且使其具有系統(tǒng)自我維持的能力，重點是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)，東山島公路生態(tài)修復(fù)目標(biāo)為:（1）恢復(fù)現(xiàn)有退化的生態(tài)系統(tǒng)，比如海岸帶植被群落生態(tài)恢復(fù)。（2）對現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)管理避免其退化，比如東山自然保護(hù)區(qū)，防護(hù)林帶。（3）確保生態(tài)適宜、景觀協(xié)調(diào)、行車安全、經(jīng)濟(jì)實用基本前提快速實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)并且呈現(xiàn)良好的景觀視覺效果。

4.2 東山環(huán)島公路生態(tài)修復(fù)措施和修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)東山環(huán)島公路生態(tài)敏感性分析結(jié)果可知，K線公路沿線的生態(tài)高敏感區(qū)主要分布在：東北部向陽鹽場及杏陳鎮(zhèn)至樟塘鎮(zhèn)路段 （K60+979～K67+714、K0+000～K7+100）；銅陵鎮(zhèn)路段（K10+436～K12+961）；金鑾灣路段（K16+866～K18+823）；烏礁灣路段（K27+015～K30+128），大帽山景區(qū)路段（K34+817～K37+489），南部西港鹽場路段（K41+779～K46+235），西部葉厝村、埔頭村路段（K51+991～K57+516）。根據(jù)各敏感路段的生態(tài)調(diào)查，道路建設(shè)可能造成的主要生態(tài)問題如下表所示，同時針對生態(tài)問題提出了相應(yīng)的修復(fù)措施,見表7。

（1）公路邊坡防護(hù)技術(shù)

邊坡植被建植及生態(tài)恢復(fù)是公路路域生態(tài)建設(shè)的主要內(nèi)容之一，對保證公路路基安全、公路行車安全和公路生態(tài)安全具有重要意義。東山島處于濕潤地區(qū)，大部分建植技術(shù)在一年四季均適用，不過應(yīng)避開暴雨時節(jié)。材料配比和施工應(yīng)著重考慮防暴雨侵蝕，并需考慮保水措施以防季節(jié)性干旱。目前主要的公路邊坡技術(shù)有人工植被、植生地帶、液壓噴播、三維網(wǎng)復(fù)合植被，框格工程技術(shù)、有機(jī)基材噴護(hù)等。從邊坡類型上來看，鋪草皮、人工播種、人工移栽、液壓噴播和紙質(zhì)植生帶等可適用于土質(zhì)邊坡；三維土工網(wǎng)、土工格室、客土噴播、六角型混凝土空心塊植草等可適用于石質(zhì)土邊坡；植生基質(zhì)噴播、連續(xù)纖維噴播、剛性骨架植草、混凝土預(yù)制件植草等可適用于巖石邊坡。從坡率來看植生基質(zhì)噴播、連續(xù)纖維噴播、剛性骨架植草、混凝土預(yù)制植草等可適用于 1∶1.0～1∶0.8的邊坡，其他技術(shù)可適用的坡率一般都在1∶1.0以下[4-5]。

（2）路側(cè)林帶防護(hù)技術(shù)

圖7 公路用地適宜性評價

圖8 生態(tài)敏感性評價

圖9 環(huán)島路選線生態(tài)適宜性評價

表7 東山環(huán)島旅游公路敏感路段生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的對象與措施

東山環(huán)島公路路側(cè)林帶防護(hù)技術(shù)主要針對基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，以及防護(hù)林修復(fù)。樹種選擇應(yīng)選用不同的造林樹種，或不同樹種的搭配可以形成不同疏透度的林帶，因此，應(yīng)將樹種混交、針闊混交、喬灌草相結(jié)合，以保證結(jié)構(gòu)上動態(tài)最佳。農(nóng)田防護(hù)林帶在樹種選擇上，一般考慮一下幾個方面：立地的適宜性、高生長的速生性、穩(wěn)定性、抗蟲能力、長壽性、冠形、樹冠密度、根系特性和自然更新力等方面[6]。根據(jù)以上特性，結(jié)合東山島的適生植物，喬木可選擇木麻黃、濕地松和厚莢相思，灌木樹種選擇抗污染、同時兼具觀賞效果的米仔蘭、夾竹桃、山茶，林下草種則可選擇狗牙根、結(jié)縷草和假儉草。

（3）生物廊道技術(shù)

東山環(huán)島公路在建設(shè)過程中，應(yīng)利用生物通道把道路兩側(cè)的農(nóng)田、山林和城市內(nèi)綠地之間聯(lián)系起來，把孤立的、狹小的生物生存空間連通成較大的、遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物種臨界生存空間的地域。

①設(shè)置植被天橋，寬度由8～50m不等，橋上覆蓋厚度為0.5～2m的土壤，以利于植物的生長。過街天橋要為野生動物搭建“過街通道”，以幫助野生動物安全通過道路的設(shè)施，過街動物天橋通常有10～30m寬，橋下通道部位凈高要求大于4m；

②利用渠道為提供給兩棲類動物和水生動物的季節(jié)性遷徙，渠道內(nèi)上部需要設(shè)置一定寬度且連續(xù)的平臺或擱板，以便在水漲時，兩棲動物如青蛙得以通過，通常渠道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是內(nèi)徑不小于1.2m寬；

③采用路下通道來對不利于河流、溪流進(jìn)行遷徙活動的非水生和某些兩棲類動物，如蛙、蛇等小型動物有巨大幫助。路下通道可以幫助它們安全通過道路及其他人工障礙，其具體形式包括橋梁下放通道、隧道、路基下方涵洞等。

（4）路面徑流技術(shù)

由于路面機(jī)動車輛運行排放的污染物，如輪胎顆微粒、燃燒排放物、泄露的油料等，隨雨水徑流對道路周邊沿線水體產(chǎn)生污染的問題，通過植被控制、濕式滯留池、滲濾系統(tǒng)和濕地等手段減少雨水污染。具體措施可以利用雨水溝（見圖10），將路側(cè)排水渠出水口壘高，使得有0.4m深的靜止區(qū)，通過渠內(nèi)設(shè)隔板，使初期帶有大量污染物的雨水經(jīng)隔板在排水渠內(nèi)通過水流自然擾動將泥沙等固體污染物截留于排水渠底部，達(dá)到收集污染物的目的，隨進(jìn)水量的增加，后期污染較輕的雨水經(jīng)溢流槽排入河道達(dá)到疏水的作用。平日，渠內(nèi)積累的雨水在消化菌的作用下使渠內(nèi)富集的有機(jī)物逐漸分解，泥沙可通過人工定期清除，達(dá)到去除污染物，保護(hù)天然水體的目的，同時，排水渠內(nèi)的積水通過帶式滲透層 （土工布+大顆粒鵝卵石）緩慢向路兩側(cè)綠化帶滲透，補(bǔ)充植物的生長用水。既可去除部分路面污染物，同時也合理利用了水資源，達(dá)到保護(hù)道路周邊生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。

圖10 雨水溝吸附設(shè)施示意圖

4.3 東山環(huán)島旅游公路生態(tài)修復(fù)效果評價

東山環(huán)島路正在分段實施建設(shè)中，目前建成通車的環(huán)島路先行先試路段、蘇峰山路段等工程，依山設(shè)計，路隨景移，靈活布線，盡量減少山體破壞，保留了沿海丘陵的地形地貌，極大保護(hù)沿線生態(tài)資源，充分體現(xiàn)出東山環(huán)島路生態(tài)選線和因地制宜生態(tài)修復(fù)技術(shù)良好地助力東山生態(tài)環(huán)島公路建設(shè)，取得良好的生態(tài)、低碳、景觀建設(shè)效果，有力促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜蔚陌l(fā)展。

圖11 蘇峰山路段生態(tài)恢復(fù)圖

5 結(jié)語

生態(tài)文明是福建今后交通發(fā)展建設(shè)的主旋律，通過公路選線生態(tài)適宜性分析與生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究，可有助于建設(shè)者判別公路工程對生態(tài)系統(tǒng)的干擾度，為科學(xué)規(guī)劃和決策提供依據(jù)，從根本上減少對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的不利影響，并通過實地分析和適宜技術(shù)應(yīng)用，指導(dǎo)后期建設(shè)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)，為公路生態(tài)建設(shè)添磚加瓦。但由于綠色生態(tài)公路的實施標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)仍在探索和實踐階段，本項目的研究成果可供以后建設(shè)參考。

[1]交通運輸部.關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見.2016.

[2]程朝輝，衷平.公路選線生態(tài)適宜性評價體系構(gòu)建及應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014.

[3]王晉，吉光，馬軍.綠色低碳公路評價指標(biāo)體系與評價方法研究[J].公路，2014.

[4]秦自昂.淺議公路建設(shè)的生態(tài)影響及生態(tài)公路建設(shè)[J].城市建設(shè)理論研究，2013.

[5]張榮芝，張麗珍，張焱，孫永章，劉鵬.河北省高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)措施適宜性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012.

[6]馬國強(qiáng)，李秋潔，張?zhí)盟?，胡光萬，楊漢忠，劉春霞，龍春林.高速公路對路域生態(tài)系統(tǒng)的影響及修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2010.