公路環境與可持續發展學科的發展現狀與趨勢

陳濟丁

（交通運輸部科學研究院，北京100029）

1 學科發展現狀

我國公路環境保護工作始于20 世紀80 年代末。20 多年來，伴隨著公路尤其是高速公路的快速發展，公路環境與可持續發展學科發展迅速、成果豐碩，推動了行業科技進步。

1.1 基本理論

經過多年的科研和實踐，逐步建立和充實了公路環境與可持續發展的相關理論，對于指導“資源節約型、環境友好型”公路建設發揮著越來越重要的作用。

1.1.1 基本規律

在一些典型地區，圍繞動物、植物、水等關鍵因子，研究揭示了公路建設和運營對區域環境影響的一些基本規律。

在青藏高原多年凍土地區，篩選出了受公路建設項目影響的關鍵生態因子；初步闡明該區公路邊坡水土流失規律；指出受風的影響，路面徑流多流向背風坡，導致背風坡比迎風坡產流沙多。

在三江并流地區，研究指出：公路會誘導建設用地的空間分布變化，導致區域土地利用類型的變化，造成景觀破碎化加劇；公路對不同鳥類的影響范圍從10～190m不等，多數為50～100m；道路等級的提升大幅度增加人為活動的強度并破壞原生植被，對外來植物的侵入和擴散具有顯著的促進作用。

在喀喇昆侖地區，初步闡明中巴公路改擴建及運營對野生動植物的影響范圍與程度，以及對沿線地表水水文、水質、景觀等的影響特點。

在長白山區，初步分析了公路建設對沿線野生動植物的影響規律。研究指出：公路建設引起光強增加，導致路側10～20m范圍內陽性植物比重和植物物種多樣性增加；公路運營引起許多兩棲類動物交通致死，對兩側哺乳類和鳥類動物活動的影響范圍約為200m。

針對高原濕地，闡明了濕地路段公路建設造成地下水位變化及其對植物生長的影響規律，分析了潛埋深路段不同路基形式對地下水流的影響規律。

1.1.2 應用基礎理論

研究提出公路建設項目全程環境管理理論，即從立項階段開始，到建設期、運營期的全過程，按照公路建設與環境保護協調發展的原則，調控公路建設決策、設計、施工和運營管理中的各種行為，限制損害環境質量的活動。

從人-路、人-環境、路-環境三個界面，建立了山區等級公路運營期人-路-環境多因素非線性耦合系統安全和諧可靠度理論。發展了公路建筑學理論，提出將公路工程作為一個帶狀的建筑群來規劃設計，避免單純強調公路的某些技術指標，而忽視公路作為公共建筑所應該予以考慮的其他指標，如安全性能、環境協調、美學、藝術、光線、色彩、景觀等要素。

創立特長公路隧道通風理論。提出車輛一氧化碳、煙塵的基準排放量以及與隧道污染空氣、海拔高度、道路縱坡相關的基準排放量修正系數；提出根據人體血液中碳氧血紅蛋白飽和度安全閾值來確定洞內一氧化碳允許濃度的方法，為合理制定特長公路隧道衛生控制標準提供理論依據。

1.1.3 公路建設理念

從環境保護與可持續發展的角度出發，在公路網規劃、設計和建設過程中，豐富和發展了公路建設理念。

例如，將環保理念融入公路網規劃。規劃方案盡可能避讓自然保護區、水源保護區、生態脆弱區以及風景名勝區等環境敏感目標。開展環評和環保專項規劃，在規劃層面上避免產生重大的環境污染和生態破壞。

將環保理念融入公路工程設計。基于“安全、高效、舒適、環保”的指導思想和基本原則，提出了靈活性設計、寬容性設計、關聯性設計等設計新理念。

1.2 環境監測與影響評價技術

1.2.1 環境監測網絡初步建立

將交通運輸環境監測網絡建設列入“十二五”規劃，截至2013 年7 月，已批復環境監測網絡試點工程12項，部安排補助資金0.96億元。

1.2.2 環境監測方法不斷創新

山西、湖北等省份開展了高速公路施工期和運營期環境監測及方法的研究，研究明確了公路施工期和運營期的環境監測對象，提出了水、大氣、噪聲和振動等項目的監測因子和頻率，以及生態環境的監測方法。

1.2.3 環評技術不斷完善

明確了公路規劃環評的評價范圍、技術要求、公路穿越環境敏感區的評價方法、規劃環境影響報告書審查要點等。提出了多年凍土地區公路工程生態環境關鍵因子的識別程序和篩選矩陣，建立了青藏高原多年凍土地區公路建設項目生態環境影響指標體系。補充和修訂了噪聲預測模式，強化了公路環境影響評價中對飲用水源保護區等環境敏感區的風險評價工作。

1.3 環境保護技術

從公路路域生態保護、水環境污染防治和噪聲治理等方面對環境保護技術開展了大量研究，取得了豐碩成果，并在神宜科技環保示范工程、雅西科技示范工程、吉延生態景觀路、環長白山旅游工程等工程中推廣應用，具有顯著的環境、經濟和社會效益。

1.3.1 生態保護及水土保持

（1）公路勘察設計水平不斷提高

地質勘察的可靠度大幅提高，有效減少隧道建設對穿越山體的巖層和水系的破壞，減少環境影響。路線設計中全面考慮沿線地區的自然環境和社會環境，合理地利用地形，正確運用技術標準，保證線形的均衡性。

（2）植被保護和恢復技術取得突破

提出基于植物資源保護的路基分步清表法，最大限度地保護路域范圍內的植被資源。提出隧道施工中植被保護的三臺階法與七步開挖法，減少隧道開挖對洞口植被的破壞。開發了保育罐栽植、階梯式空心磚護面墻綠化、懸墻式種植、路基凹槽種植綠化、L 形擋板種植槽等新技術、新工藝。

（3）路域動物保護技術迅速發展

提出了一種動物通道的選址方法，按照環境地形、植被、資源和人為干擾4個因子，評價公路沿線動物生境的質量，劃分為不適宜路段、邊緣路段、一般路段和適宜路段，將“適宜路段”判定為動物通行熱區。在傳統涵洞基礎上，提出砌筑或填筑高出流水水位的供爬行動物、兩棲動物通行的通道。

（4）水土保持技術取得突出進展

明確了不同類型路基邊坡植物防護措施的適用范圍；針對干旱、半干旱地區，開發了凹凸棒、有機/無機復合保水劑、固土與土壤改良材料、植物生根促根劑、種子包衣材料、植物必需營養元素等新型水土保持材料。

1.3.2 污染防治

（1）路面徑流收集利用技術不斷完善

開發出多功能橋面徑流串聯處理裝置，由儲存調節系統和人工濕地串連而成。研發敏感水體橋梁段危險化學品泄漏監控及應急處理系統，并取得發明專利。在干旱、半干旱地區，研發了路面集水高效利用的路面集水系統與公路排水系統相結合的模式，將公路路面及邊坡作為雨水集流場，收集雨水用于公路綠化。

（2）沿線設施污水處理技術不斷優化

服務區污水處理往實用性、小型化、生態化方向發展，開發了服務區污水處理土壤滲濾技術、人工濕地處理技術等實用技術。

（3）隧道汽車尾氣污染防治技術取得突破

提出合理的送排風短道量化指標，提出秦嶺終南山特長公路隧道三豎井縱向通風方式、短道限量串流的通風控制方式和通風工況模擬設計方法。

（4）噪聲治理技術日趨完善

開發出生態型聲屏障建造技術。低噪音路面得到推廣應用，可降噪5～7dB，還具有防濺水、防反光、增強路面附著力等特點。

（5）土壤環境保護和改良技術不斷創新

研發出3 大類7 種環境友好型融雪劑，取得3項發明專利，并榮獲中國專利年會金獎、第40 屆日內瓦國際發明展組委會金獎，被授予“國家重點新產品”、“環境友好型產品”。

1.3.3 資源節約與節能減排

（1）土地節約對策措施不斷完善

提出公路建設節約集約用地的對策措施，包括低路基、瘦身立交、橋隧替代路基、收縮邊坡等等。

（2）表土保護利用技術得到優化

在清表施工前按照土地利用類型進行表層腐殖土厚度的調查，進而確定清表厚度，落實表土資源收集、保護和利用。在路基成型后，將清表時收集、儲存的表土資源回填，實現“自然恢復”。

（3）路面再生利用技術的推廣應用

改擴建工程中積極推廣廢棄瀝青混合料再生技術。利用橡膠瀝青作為鋪面材料，不僅解決了廢舊輪胎帶來的社會問題，而且節約了大量建設投資。改進了多錘頭破碎技術及裝備、水泥路面再生利用結構設計方法，實現水泥混凝土路面再生利用。

（4）棄渣資源化裝備研發成功

開發了以隧道棄渣為原料的砌塊生產設備，用于制作混凝土構件，如混凝土擋墻、生態型砌塊等。

（5）清潔能源利用技術得到推廣

高速公路服務區采用地源熱泵供暖、制冷，采用風光互補型供電系統用于服務區照明、路線自動監控，等等。

1.3.4 景觀保護利用

（1）景觀規劃與評價技術不斷完善

提出基于景觀美學以及景觀生態學的公路景觀規劃方法、景觀資源管理和視覺影響評估方法，建立了視覺資源管理和視覺影響評估模型。

（2）景觀設計技術不斷創新

采用“露、透、封、誘”等設計手段，突出公路沿線優美的自然景觀，如山川、草甸、河流及森林等。將景觀資源、地域文化等融入到路線、路基、景觀與環保的設計中，全方位、多角度地提升公路設計水平。

2 國內外學科發展對比

發達國家在公路環境保護與可持續發展方面開展了近百年的研究，已經較為系統、全面和深入。我國這方面的研究歷史只有二十多年，研究還很不系統、也不全面。國內外學科發展的對比分析如下。

2.1 環境影響規律

美國等發達國家20 世紀70 年代前已經完成了大規模的公路建設，目前研究重點多側重于公路運營對環境帶來的長期影響，如動物交通致死、遷徙阻隔、溫室氣體排放及有機污染等。而且注重公路運營對區域生態影響的長期跟蹤研究，如加拿大Banff 國家公園從1996 年起至今一直持續開展野生動物交通致死、動物通道有效性等觀測研究。

針對交通噪聲對環境的影響，目前國外關注較多的是高速公路噪聲對野生動物的影響，如汽車噪聲對鳥類的影響，也非常關注噪聲與人體健康之間的關系。

國外非常關注公路網絡對區域環境安全的影響，許多國家開展了路網的生態影響研究。Forman 等研究認為，公路網絡對美國1/5 的國土面積造成了生態影響。歐洲開展跨國路網優化與棲息地完整性研究，每2年召開一次國際會議對規劃實施效果進行評估，并對規劃方案繼續優化。

目前，國內的研究大多關注單條公路的環境影響，少量研究涉及路網對環境的影響，如三江并流區公路建設對生物多樣性的影響。研究期限一般只有2、3 年，只能分析公路建設或運營對環境的短期影響，缺乏長期觀測研究。多側重建設期環境影響研究，對運營期環境影響研究、生態環境影響的定量研究較少。

2.2 環境保護技術

2.2.1 野生動物保護

國外野生動物保護技術已經比較成熟和全面，不僅關注大型哺乳動物，也關注兩棲類、爬行類、魚類、昆蟲等。例如，在威斯康星州，美麗的瀕危物種藍蝶要在路邊的野生羽扇豆上度過幼蟲期。為了保護野生羽扇豆種群，美國國防部和其他合作伙伴每年要把這種植物標記出來，采用人工方法進行選擇性割草。

2011 年美國FHWA 出版了《北美公路野生動物通道設計指南》，綜合考慮野生動物的柵欄、誘導、隱蔽等各方面，而不只是設置一個通道。

國內在野生動物保護方面的研究還非常有限，只有思小高速公路等為數不多的公路設置了專門的動物通道。許多公路由于缺乏動物通道，經常發生交通致死事件，如穿越卡拉麥里國家級自然保護區的國道216線，2007年8～11月，就有5匹國家一級保護動物普氏野馬被汽車撞擊死亡。

由于事先缺乏對動物遷徙路線、遷徙規律等的觀測研究，許多動物通道沒有發揮應有的作用。例如，思小高速公路通車后，國家一級保護動物亞洲象60 余次橫穿高速公路，造成一些傷亡慘劇，而預先設置的18個亞洲象通道僅有44.4%發揮作用。

2.2.2 植被恢復與管理

由于歐美國家現在鮮有公路新建或改擴建工程，近些年國際上針對路域植被恢復的論文不多，但特別重視鄉土植物的應用。1999 年，美國聯邦公路局頒布命令，要求預防和控制入侵植物的引入和傳播。綠化用的植物材料，包括種子、切莖、幼苗等，必須來自當地，經過苗圃或牧場繁育后應用。國外高度重視路域植被的管理，以達到改善視線、提高行車安全性、控制非本地種和入侵物種、提高生物多樣性等目的。

得益于大規模的公路工程建設，近些年我國路域植被恢復技術發展迅速。快速綠化，如客土噴播技術等總體達到國際先進水平。但在防止外來物種入侵、誘導自然恢復等方面研究剛剛起步，路域植被管理研究有待開展。

2.2.3 水系與水環境保護

在國外，路面徑流收集處理技術已被普遍應用，如設置沉淀池、建設人工濕地等，并從濕地植物配置、濕地構型等方面研究了人工濕地對公路路面徑流、服務區污水的凈化處理。

在我國，已經對服務區污水處理、橋面徑流處理技術進行了不少的研究和實踐，但大跨徑橋梁橋面徑流收集處置技術、寒冷地區服務區污水處理技術等有待研發。

2.2.4 噪聲防治

國外已經開始關注交通噪聲對野生動物的影響，如橋位合理選址、改進橋梁伸縮縫和支座等，以減輕野生動物穿越動物通道時所受的交通噪聲干擾。我國針對野生動物的噪聲防治研究尚未見報道。

2.2.5 資源循環利用

在美國，舊瀝青路面混合料100%得到回收利用；用地范圍內清除的樹木被加工成樹屑，作為綠化用的覆蓋材料；公路清掃收集的垃圾，在養護工區內進行分類處理。

我國瀝青路面混合料再生利用技術達到了國際先進水平。但對于清表過程中清除的植被、公路養護過程中收集的垃圾，其再生利用技術有待研發。

2.2.6 節能減排與大氣污染防治

英國、美國、歐盟及日本交通運輸業采取健全法律體系、節能技術創新、有效的稅費政策等對策措施來控制溫室氣體排放。生物燃料、燃料電池電動汽車等新能源汽車已成為新寵。美國聯邦高速公路管理局于2008 年設立了二氧化碳封存項目，通過改變公路養護和管理實踐來實現固碳，研究表明全國高速公路大約有85～140 億美元的碳匯潛力。

我國在加快淘汰黃標車和老舊車輛、加強機動車環保管理、加快推進低速汽車升級換代、大力推廣新能源汽車等方面提出了政策性、技術創新要求。但尚未開展利用路域植被進行固碳方面的研究。

2.2.7 景觀保護利用

國外公路景觀大多追求自然景觀效果與人文景觀效果的有機結合，以自然景觀為主；公路的旅游設施比較完備。

國內公路景觀工程人工痕跡明顯，往往忽略自然景觀的保護利用；公路旅游設施設計較為欠缺。

3 學科發展展望

3.1 環境影響規律

隨著公路建設速度趨緩、公路路網規模繼續加大，公路對環境的影響研究，將由以建設期為主，逐步轉向以運營期為主，不斷加強公路建設運營對生態環境影響的定量研究。研究方向包括：公路路網對生態完整性影響的監測研究，不同區域、不同路網條件下公路對典型動植物種群影響的監測研究，融雪劑對路側水體累積污染的研究，公路交通噪聲對路側野生動物的影響規律研究，等等。

3.2 環境保護技術

隨著路網不斷向山區、環境敏感地區延伸，野生動物保護將越來越受到社會關注。研究方向包括：生態廊道的連通性、避免野生動物交通致死、動物通道的有效性監測，等等。

在繼續開展植物保護與恢復研究的同時，路域植被管理研究將逐步開展。研究方向包括：誘導自然恢復、防止外來物種入侵、路域植被養護、植物殘體的回收利用，等等。

在繼續研發服務區污水處理新技術的同時，將強化路面徑流收集處理等方面的研究。研究方向包括：水系連通性的保護、環境友好型冰雪清除技術、路面徑流收集處置技術，等等。

在繼續重視人類居住環境改善的同時，將逐步重視交通噪聲對野生動物的影響，開展以保護野生動物為目的的噪聲防治技術研究。

在資源再生利用領域，將針對清表過程中清除的植被、公路養護過程中收集的垃圾等開展再生利用技術研發。

在節能減排與大氣污染防治領域，將加快推廣新能源汽車、低能耗設施裝備，并針對公路路域植被的碳匯潛力開展應用基礎及實用技術研發。

在景觀保護利用領域，將更加重視自然景觀的保護利用，在公路旅游設施設計等方面取得技術突破。

4 結語

近年來，公路環境與可持續發展學科取得長足進步，為構建綠色交通運輸體系奠定了良好的基礎。理論方面，進一步闡明了公路建設與運營對環境影響的一些基本規律，提出了公路環境與可持續發展的應用基礎理論；技術方面，不斷完善環境監測、影響評價，研發了一批公路環境保護新技術、新工藝、新方法。公路建設理念不斷創新，行業環境保護意識不斷增強，環保新技術得到推廣應用，環保路、生態路、景觀路不斷涌現，極大地促進了我國公路交通的可持續發展。

由于我國公路環境保護起步較晚，與國外相比，研究廣度和深度還不夠，缺乏長期觀測研究、應用基礎研究。今后，公路運營期環境影響規律、野生動物保護、水系連通性保護、節能減排、公路旅游服務等方面的研究有望得到加強。