喀斯特地區(qū)高速公路路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)及恢復(fù)技術(shù)研究

韋志翔，趙德新，農(nóng)邵闖

(廣西桂山高速公路有限公司，廣西 都安 530700)

喀斯特地區(qū)高速公路路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)及恢復(fù)技術(shù)研究

韋志翔，趙德新，農(nóng)邵闖

(廣西桂山高速公路有限公司，廣西 都安 530700)

河都高速公路項(xiàng)目沿線地形復(fù)雜多變，石峰遍布，沿線大部分地區(qū)被巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)覆蓋，沿線形成滲漏強(qiáng)烈、沉土速度慢的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有土壤侵蝕性強(qiáng)、植被易受破壞及逆向演替難度大等特點(diǎn)。因此如何在公路建設(shè)過(guò)程中保證“人與自然的和諧”，建設(shè)一條生態(tài)公路是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。文章以喀斯特地區(qū)高速公路路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)為主要研究?jī)?nèi)容，對(duì)喀斯特地區(qū)路域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提出相應(yīng)的解決對(duì)策與建議。

生態(tài)文明建設(shè)；喀斯特地區(qū)；高速公路；生態(tài)本底評(píng)價(jià)；生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

0 引言

在中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的大背景下，生態(tài)文明建設(shè)是一個(gè)重要且應(yīng)長(zhǎng)期進(jìn)行的任務(wù)，應(yīng)該使其從各種口號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際的行動(dòng)，并從保護(hù)與改善我們賴以生

存的生態(tài)環(huán)境開(kāi)始，逐漸推廣到全國(guó)的各行各業(yè)中。

河池至都安高速公路(以下簡(jiǎn)稱“河都高速公路”)是國(guó)家高速公路網(wǎng)和西部大開(kāi)發(fā)省際公路通道中重要的組成部分，是西南出海大通道主干道，對(duì)加快資源富集區(qū)的開(kāi)發(fā)，促進(jìn)泛珠區(qū)域合作和中國(guó)-東盟自由貿(mào)易的發(fā)展非常重要。

河都高速公路項(xiàng)目沿線地形復(fù)雜多變，石峰遍布，巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)覆蓋大部分沿線地區(qū)，其土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，滲漏性強(qiáng)烈，具有土壤侵蝕性強(qiáng)、植被易受破壞及逆向演替難度大等特點(diǎn)。本文所涉及的工程長(zhǎng)度大，投資較高，橋隧所占比例也高，因此，對(duì)于施工建設(shè)有很高的要求，建設(shè)管理難度大，運(yùn)營(yíng)成本高。工程穿越區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，公路在建設(shè)和營(yíng)運(yùn)過(guò)程中都會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利的影響。如何在公路建設(shè)過(guò)程中保證“人與自然的和諧”，建設(shè)一條生態(tài)公路是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

1 喀斯特地區(qū)公路對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響分析

喀斯特地區(qū)路域生態(tài)本底環(huán)境在公路建設(shè)過(guò)程中會(huì)受到很大的影響，表現(xiàn)為公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)自然環(huán)境與生物的多重影響，這里分為三種情況。

(1)高速公路對(duì)路域環(huán)境的綜合影響

公路建設(shè)對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生破壞，其主要表現(xiàn)形式為：大氣污染、水污染、土壤破壞、交通噪音以及景觀失調(diào)等。為了減少公路建設(shè)對(duì)沿線區(qū)域的干擾與破壞，應(yīng)使設(shè)計(jì)與環(huán)境相互協(xié)調(diào)，使景觀與生態(tài)恢復(fù)互補(bǔ)。這是公路建設(shè)中保護(hù)走廊帶生態(tài)環(huán)境，降低工程影響的重要原則。

(2)公路建設(shè)對(duì)路域生態(tài)系統(tǒng)的影響

公路建設(shè)對(duì)路域生態(tài)系統(tǒng)的影響途徑如圖1所示。

(3)公路分項(xiàng)工程生態(tài)影響

公路工程建設(shè)依據(jù)構(gòu)造物的類型一般可分為橋梁工程、隧道工程、路面工程、邊坡防護(hù)、路基工程等，不同的工程建設(shè)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)條件，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生各種各樣的影響，甚至是破壞。

圖1 路域生態(tài)系統(tǒng)變化示意圖

2 喀斯特地區(qū)路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

2.1 喀斯特地區(qū)路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.1 路域生態(tài)本底指標(biāo)選取的原則

本依托項(xiàng)目所選擇的對(duì)于溶巖生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)按照以下原則：

(1)把握巖溶生態(tài)系統(tǒng)特征

巖溶生態(tài)環(huán)境的破壞，歸根結(jié)底是由于人類的活動(dòng)造成的。現(xiàn)階段采用的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)歸根結(jié)底是從環(huán)境的服務(wù)角度出發(fā)，巖溶環(huán)境的破壞本身疊加了人類活動(dòng)，屬于人類各種活動(dòng)的一種負(fù)面影響[1]。

(2)指標(biāo)體系的層次性和代表性

對(duì)于巖溶地區(qū)的評(píng)價(jià)體系是基于DPSIR模型，整個(gè)模型是根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，通過(guò)調(diào)查、監(jiān)測(cè)和層次的劃分從而得出具有代表性的指標(biāo)體系。

(3)技術(shù)方法先進(jìn)有效

通過(guò)遙感和GIS技術(shù)手段可以便捷地獲取評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)巖溶生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。

2.1.2 路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及定義

根據(jù)石漠化指標(biāo)、地形坡度指標(biāo)、溶巖水體富水性指標(biāo)以及土地利用類型指標(biāo)可以確定不同項(xiàng)的路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)指標(biāo)圖

(1)植被覆蓋指標(biāo)

植被覆蓋度是地球生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)主要指標(biāo)，大區(qū)域范圍內(nèi)植被覆蓋的變化體現(xiàn)了自然和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的作用[2]。

(2)土地利用類型指標(biāo)

土地的利用類型不僅僅是土地的性質(zhì)、用途以及分布規(guī)律，更反映了人類在生產(chǎn)與建設(shè)過(guò)程中改造與利用土地所形成的不同特色的土地利用類別。

(3)石漠化指標(biāo)

石漠化指的是濕潤(rùn)區(qū)石質(zhì)荒漠化，即喀斯特石漠化，這是世界環(huán)境中一種相當(dāng)獨(dú)特的荒漠化類型[3]，是土地退化過(guò)程中地表現(xiàn)出的類似于荒漠的景觀[4]。

(4)地形坡度指標(biāo)

地形坡度是地形與地貌的主要形態(tài)指標(biāo)。喀斯特地區(qū)地形復(fù)雜，山嶺縱橫，巖溶發(fā)育，洼地遍布。

(5)溶巖水體富水性指標(biāo)[5]

巖溶水體富水性反映了喀斯特地區(qū)水資源空間分配和時(shí)間分配情況。公路的建設(shè)往往會(huì)改變水的流通方向與阻斷地下水補(bǔ)給源，造成水環(huán)境破壞。因此，正確且準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)巖溶水體富水性，對(duì)于路域環(huán)境內(nèi)水資源的科學(xué)有效利用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 喀斯特地區(qū)路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)方法

路域生態(tài)環(huán)境本底評(píng)價(jià)是工程建設(shè)中一種復(fù)雜的系統(tǒng)。根據(jù)研究目的來(lái)選取合理正確的評(píng)價(jià)方法，對(duì)于路域生態(tài)本底評(píng)價(jià)非常重要。本文對(duì)于喀斯特地區(qū)生態(tài)本底評(píng)價(jià)的研究，將以以下幾種方法為主，并進(jìn)行結(jié)合與修正。

(1)疊置法

疊置法是對(duì)圖形的疊加，這種方法是用由單個(gè)因子的評(píng)價(jià)圖疊加形成的區(qū)域綜合評(píng)價(jià)圖來(lái)研究路線范圍內(nèi)的環(huán)境生態(tài)特征，以評(píng)價(jià)影響的相對(duì)大小，如圖3所示。

圖3 基于GIS空間疊置分析方法示意圖

(2)類比分析法

類比分析法是各項(xiàng)研究中比較常用的定性式的評(píng)價(jià)方法，其一般分為整體類比和單項(xiàng)類比兩種類型。在生態(tài)環(huán)境研究中，體現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境的整體類比以及生態(tài)因子的單項(xiàng)類比等。

(3)合并法

合并法的步驟是先劃分出最低等級(jí)的區(qū)域單元，再根據(jù)相對(duì)一致性和區(qū)域共軛性原則合并為高級(jí)的區(qū)域單元。例如土壤區(qū)劃和地貌區(qū)劃都是按照這種防范來(lái)建立的[6]。

(4)生物多樣性評(píng)價(jià)方法

生物多樣性評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)環(huán)境本底質(zhì)量的最基本的方法，生物雖然是生態(tài)系統(tǒng)的主要因子，其多樣性只能作為環(huán)境影響評(píng)價(jià)的一個(gè)方面，并不能代表整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

(5)綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法

根據(jù)明確的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)評(píng)價(jià)因素的相對(duì)重要性來(lái)確定其權(quán)重值，然后綜合各因素的變化值來(lái)得到綜合評(píng)價(jià)值[7]。采用的數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

式中：Fi——因素作用值；

Xi——評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的指標(biāo)值；

Xmax——評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的最大值；

Xmin——評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的最小值。

(2)

式中：Pi——i因素的綜合評(píng)價(jià)值；

n——每個(gè)因素中所包含的因子個(gè)數(shù)；

Fij——i因素中j因子的作用值；

Wj——j因子的權(quán)重值。

如果沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)化變換，如式(3)所示：

(3)

式中：Pi——i因素的綜合評(píng)價(jià)值；

n——所選取的因素個(gè)數(shù)；

Cij——j指標(biāo)因子的標(biāo)準(zhǔn)化處理值；

Wj——j因素的權(quán)重。

(4)

式中：P——綜合評(píng)價(jià)值；

n——選取的因素個(gè)數(shù)；

Pi——i因素的綜合評(píng)價(jià)值；

Wi——i因素的權(quán)重。

3 喀斯特地區(qū)路域巖質(zhì)邊坡防護(hù)與生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

河都高速公路處所地帶地形復(fù)雜，山嶺縱橫，巖溶發(fā)育，其中以石灰?guī)r山地和紅壤丘陵坡地為主，地形的高低起伏相對(duì)較大，地勢(shì)較為陡峻。由于公路的開(kāi)挖，導(dǎo)致了公路邊坡自然植被的破壞，開(kāi)挖后的邊坡極易造成水土流失和坍塌事故，同時(shí)對(duì)路域生態(tài)環(huán)境和景觀影響大。因此，邊坡開(kāi)挖后必須及時(shí)利用當(dāng)?shù)刎S富的鄉(xiāng)土植物結(jié)合現(xiàn)代工程技術(shù)進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，防止水土流失和塌方，美化公路環(huán)境景觀。

3.1 路塹邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)

按照坡體的材料可以分成土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡兩大類。土質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)方式主要有草皮護(hù)坡，漿砌片石骨架護(hù)坡、混凝土預(yù)制塊漿砌片石拱形骨架結(jié)合灌草噴播等幾種防護(hù)形式。由于河都高速公路路域范圍內(nèi)土質(zhì)邊坡的比例較小且土質(zhì)邊坡植被恢復(fù)較容易，生態(tài)防護(hù)技術(shù)相對(duì)成熟，這里重點(diǎn)討論巖質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)技術(shù)。

3.1.1 巖質(zhì)路塹邊坡分類

根據(jù)巖質(zhì)邊坡的坡度和地形特點(diǎn)，可以劃分為6種類型：

A類：坡度>1∶0.3的裸露堅(jiān)硬巖石邊坡；

B類：1∶0.5的裸露堅(jiān)硬巖石邊坡；

C類：1∶1～1∶0.75的裸露堅(jiān)硬巖石邊坡；

D類：坡度<1∶1的裸露巖石邊坡；

E類：1∶0.75以下的土石混合邊坡；

F類：邊坡平臺(tái)。

3.1.2 巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)綠化原則

河都高速公路各邊坡的高度、坡度、邊坡穩(wěn)定度等實(shí)際情況有所不同，實(shí)驗(yàn)邊坡選擇的生態(tài)防護(hù)技術(shù)有所不同，噴播種植配比、移載植物的種類、數(shù)量也因坡而異。巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)綠化的總體原則如下：

(1)邊坡生態(tài)復(fù)綠應(yīng)達(dá)到與周邊自然環(huán)境相協(xié)調(diào)的效果，植物的組成、群落的高度、色調(diào)等要總體上保持與周邊的自然環(huán)境相一致。

(2)綠化物種的選擇上，以當(dāng)?shù)卦朽l(xiāng)土植物為主，充分考慮植物的地帶性分布。

(3)在邊坡覆基質(zhì)綠化中，應(yīng)優(yōu)先利用表層土壤，表層土壤應(yīng)占總覆蓋土量的60%。

(4)三維網(wǎng)植草或噴混植生需選擇適合本地生長(zhǎng)的草籽，并加入種子量30%～40%的矮灌木籽。坡度1∶1以下的巖質(zhì)邊坡綠化植物覆蓋率，成活率≥60%。

3.1.3 巖質(zhì)邊坡主要生態(tài)防護(hù)技術(shù)

(1)巖面垂直綠化技術(shù)

此技術(shù)是普通垂直綠化技術(shù)的深化，其原理是通過(guò)在裸露巖體的洼地部位栽種攀援植物的育苗，解決其坡度較陡、不適合采用其他綠化方式的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)巖面、墻的綠化以及生態(tài)修復(fù)，如圖4所示。

圖4 巖面垂直綠化施工斷面圖

(2)景觀再造技術(shù)

一般對(duì)景觀要求較高的地方可采用此法，如靠近景區(qū)、城區(qū)、道路等的邊坡。此技術(shù)適用于有較高景觀要求的大范圍邊坡、距離路肩較遠(yuǎn)的裸露面積較大的邊坡和采石場(chǎng)，如圖5所示。

圖5 景觀再造綠化施工斷面圖

(3)巖質(zhì)邊坡SNS柔性防護(hù)+噴播植生基材生態(tài)防護(hù)技術(shù)

此技術(shù)的原理是用專用的噴射裝置將均勻攪拌的植生基質(zhì)按照設(shè)計(jì)要求的厚度噴射到巖面邊坡上，結(jié)合土工合成網(wǎng)等來(lái)構(gòu)建形成一個(gè)生態(tài)功能系統(tǒng)，通過(guò)植物的自生長(zhǎng)以及輔助工程來(lái)實(shí)現(xiàn)邊坡的加固。如圖6所示。

圖6 柔性防護(hù)的植生基材綠化施工斷面圖

(4)生態(tài)袋防護(hù)技術(shù)

生態(tài)袋易透水，可用于水土保持，也有利于植物根系的生長(zhǎng)，如圖7所示。

圖7 生態(tài)袋綠化施工斷面圖

3.2 路堤邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)

按照路堤的材料可以分成土質(zhì)路堤和填石路堤兩大類，按路堤高度來(lái)分可分為高填路堤和低矮路堤。

(1)土質(zhì)路堤。土質(zhì)路堤一般為低矮路堤，其邊坡的生態(tài)防護(hù)方式主要有草皮護(hù)坡，或直接噴播喬灌草種植組合進(jìn)行邊坡生態(tài)恢復(fù)，在邊坡條件允許的情況下結(jié)合坡面建植技術(shù)進(jìn)行喬灌木的栽植。

(2)低矮填石路堤。低矮填石路堤的邊坡生態(tài)防護(hù)方式主要有：①邊坡平臺(tái)覆土種植喬灌木及種植爬藤植物覆蓋坡面。②邊坡坡面全面覆土，噴播草灌種子組合進(jìn)行全面綠化；坡腳及邊坡平臺(tái)點(diǎn)植喬灌木，以增加坡面植物群落物種的多樣性。綠化效果如圖8所示。

圖8 低矮填石路堤生態(tài)防護(hù)效果圖

(3)高填石路堤。高填石路堤的邊坡生態(tài)防護(hù)方式主要有：①坡腳及邊坡平臺(tái)種子喬灌木及爬藤植物。②漿砌片石骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)覆土結(jié)合灌草噴播進(jìn)行生態(tài)防護(hù)。③坡腳及一級(jí)邊坡平臺(tái)覆土種子喬灌木，坡腳種植爬藤植物。綠化效果如圖9所示。

圖9 高填石路堤生態(tài)防護(hù)效果圖

4 結(jié)語(yǔ)

(1)本文結(jié)合層次分析法以及專家打分法，利用灰度聯(lián)系理論，采用權(quán)重分析理論，突出了生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)本依托項(xiàng)目的實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了路域評(píng)價(jià)體系，最后利用權(quán)重分析法得出了相關(guān)的權(quán)重指標(biāo)。

(2)根據(jù)喀斯特地區(qū)實(shí)際生態(tài)情況，通過(guò)多方調(diào)查及技術(shù)論證并結(jié)合該地區(qū)的實(shí)際情況，得出了本地區(qū)自然環(huán)境恢復(fù)的方法和理論依據(jù)，并用以分析喀斯特地區(qū)路域巖質(zhì)邊坡路域生態(tài)損傷，研究巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的適宜性，提出植物資源保護(hù)與建植技術(shù)、邊坡植物生態(tài)防護(hù)技術(shù)、邊坡柔性生態(tài)防護(hù)技術(shù)。

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Study on Ecological Background Evaluation and Restoration Technology of Expressway Road Region in Karst Area

WEI Zhi-xiang，ZHAO De-xin，NONG Shao-chuang

(Guangxi Guishan Expressway Co.，Ltd.，Du’an，Guangxi，530700)

The terrain along Hedu Expressway project is complex and varied，distributed with stone peaks，and most areas along the route are covered by the strong karst development zones，forming the geological structure of strong leakage and slow soil settlement along the route，which has the characteristics such as strong soil erosion，easy vegetation damage and difficult reverse succession.Therefore，how to ensure the harmony between man and nature during highway construction and to build an ecological highway is a great challenge.With the ecological background evaluation and ecological restoration technology of expressway road region in karst area as main study content，this article proposed the corresponding countermeasures and suggestions for ecological environment protection within road region in karst area.

Ecological civilization construction；Karst area；Expressway；Ecological background evaluation；Ecological restoration technology

韋志翔(1978—)，高級(jí)工程師，主要從事高速公路工程技術(shù)管理工作；

趙德新(1972—)，高級(jí)工程師，碩士，主要從事高速公路工程技術(shù)管理工作；

農(nóng)紹闖(1971—)，政工師，碩士，主要從事高速公路工程管理工作。

U417

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.016

1673-4874(2016)11-0077-06

2016-10-25