生态设计技术-道路设计中生态工法技术的应用.ppt

,,——道路设计中生态工法技术的应用,重庆交通大学：张铭,让生态道路的美梦成真,思小高速,“让路”,“融、弱、细、突”,“静悄悄”,“不破坏就是最大的保护”,渝湛高速,“三同时”,生物防护,生物治污,生物隔音,生态结构,“中国山水画的原本”,“湘西北独特的文化底蕴”,“车在林中行，人在画中走”,,道路系统,道路的修建对生态系统具有重要的影响。道路建设者利用现代技术，足以快速改变地形地貌。传统道路设计理念为“安全、舒适、经济、美观”。 道路设计不仅应重視安全与效率，更应强调人类社会与自然環境的融合与平衡，即设计結合自然 （ Design with Nature ） 的环境敏感设计（ Context-Sensitive Degign,CSD ）。道路設計宜道路跨領域 （ Inter-Disciplinary ）跨专业、公众参与 （ Public Involvement ） 及透明公开（ Visualization ） 的作法。,,道路设计中生态工法技术的应用,生态工法概念 工程可行性研究及规划阶段生态工法应用技术策略 工程设计阶段生态工法应用技术策略,,道路设计中生态工法技术的应用,1938 年，德国学者 Seifert 提出「近自然河溪整治」的概念，主张以天然材料保护河川，是现今生态工法（ecological engineering methods）的原型；之后也有其他研究者陆续提出相关的理念，都是希望遵循自然的法则，让人类能与自然和平共处。 2002年台湾“公共工程委员会”制定了‘生態工法’的定义：基於對生態系統的深切認知與落實生物多樣性保育及永續發展，而採取以生態為基礎、安全為導向的工程方法，以減少對自然環境造成傷害。,旨在于工程中减少人造物的使用量，就地取材，利用当地石材、木材等，因地制宜，筑成适合当地的生态工程。工程完成后，能融入当地自然生态，在保障当地居民安全的同时，也能提供各类生物生长、栖息的空间。,生态功法,,生态工法的思维框架,生态功法原则,,,,林铁雄（台湾义守大学土木工程系副教授） 提出了生态工法的十二项设计原则：,对于生态工法的具体要求、内容和做法，我国尚处于起步阶段，而欧美日和我国台湾地区在采用生态工法应用于道路工程方面有很多经验，对我们具有重要的借鉴意义。,生态功法,,可行性研究阶段,规划阶段道路设计的基本理念： ♦道路修建内容在满足需求的前提下“少即是多” ♦整体性道路系统与环境结合 ♦全生命周期考虑-规划、设计、施工、养护与拆除 ♦提高雨水的截留、入渗，充分利用水资源 ♦临水域道路，保证河川的多样性，营造生物多样性栖息地 ♦就地取材利用当地资源 ♦利用自然植被稳定边坡 ♦资源回收利用,可行性研究阶段,► （1）生态调查 ▪调查环境敏感区域 生态保护区、自然保护区、野生動物保护区及重要栖息地环境、 森林区域、森林保护区、保护林地、森林旅游区、国家公园、风景区、特殊水土保护区物种丰富区。,▪持续的生态监测 调查生物种类、习性、分布、栖息环境及迁徙路径；调查地质(地貌、地形及土地使用状况)、水文(水质及水量)、人文环境；评估栖息地、环境变化对物种及环境的影响。,,► (2)研究环境友善方案 在进行现场勘测与调查后对生态敏感区及保护区的影响范围已有初步的掌握，在道路选先上采取回避（MEFA）、减轻对策(Mitigation)、动植物栖息地补偿（Compensation）等原则，进一步过滤评估，将道路生态补偿融入道路建设规划和道路建设环境影响评价中，选择环境友善型方案。,道路规划阶段道路路线环境友善方案比选对策（日本道路环境研究所，1997年）,可行性研究阶段,►(3)道路线形构造及比选 通过友善方案确定道路路线后，应依据对路表干扰最小的原则选择道路的构造形式，路线选择如非必要，应避免土石方的大开大挖。,a. 当道路需要大开大挖时地表扰动最小道路构造形式评估：左侧开挖改为隧道，右侧路堑改为桥梁。,b. 受地形、地物的限制，当条件允许时采用分离式路基，以减少开挖。分离式路基灵活多变，不仅能减少土方开挖，降低对路表的扰动，更能适应地形、地物。,可行性研究阶段,,工程设计阶段,●本阶段道路基本定线，故重点应依据选定路线环境特点进行细部设计，并应用环境工法开展环境影响最小化对策：,►保存表土 保存清表的表土，用于覆盖路堤边坡，或作为植草或树木种植土（右图示），一方面原生表土系植群之种源库，富含腐植質，能加速植物种群之演替，另一方面减少外运绿化种植土中运输能源消耗和二氧化碳排放。,工程设计阶段,►原生树木保护 树木是陆地上生态系统中的重要部分， 担当着重要的生态角色， 能发挥调节水土， 保土护坡， 美化环境， 为野生动物提供食物和生境等功能。因此，原本生长在斜坡的大树， 在可能的情况下， 应尽量予以保留在原来位置 （下图所示） 。现在香港已有一套较完善的《如何保护及移植在工地中树木》 工作指引让工程人员参考， 以避免宝贵的树木在工程进行期间被砍伐破坏。若因工程的须要， 未能保留斜坡上的大树， 便须把大树移植。安排在工程后原坡移植当然是最好的选择， 否则， 应选择水土环境相似的山坡作为移植地点,原生树种在香港斜坡的应用,►道路景观绿化→ 道路生态绿化演进 道路生态绿化即选择适宜道路路段生长的多种林种混合栽植，并效仿人工造林方式采用容器育苗或就地直接播种，以期待同类植物自然而不规则的分布。 台湾在20年前由林文镇先生将生态绿化应用于道路植物绿化领域，如台湾国道新竹试验段（1990）及国道3号关西-新竹段（1994）。,道路生态绿化植物种类选择流程图（台湾亚新工程顾问公司，2004a）,工程设计阶段,►道路景观绿化→ 道路生态绿化演进,道路传统景观绿化与生态绿化比较,工程设计阶段,►道路景观绿化→ 道路生态绿化演进 ●生态绿化对自然景观与生态保护的影响,工程设计阶段,►道路构造形式的细部研究及修正 a.桥梁 以大跨径桥替代小跨径多孔桥径跨越水路或栖息地，保留桥下完整空间，降低对生物栖息地及水域的干扰；施工时利用顶推法或悬臂法等施工方法减少施工噪音及其他公害，减少施工过程中对环境的破坏。旱桥下部空间因缺少阳光、水分，对其下部生态恢复时应考虑耐旱耐阴植物，防止桥下土地荒芜，提供生物栖息地形成独特桥下生态空间,顶推法施工,大跨径桥梁,工程设计阶段,►道路构造形式的细部研究及修正 b.隧道 隧道施工尽量使洞口开挖最小化，洞口边仰坡尽量减少开挖，保持原始地面形态。 c.道路边坡及挡墙 边坡绿化采用生态绿化方法，减少人工修剪及干扰。 随着环保和生态保护意识的提高, 圬工砌体支挡结构的可绿化技术越来越受到人们关注。生态挡墙兼有结构性防护功能和美化生态环境功能。根据相关文献及专利检索, 目前可绿化的生态挡墙结构型式主要包括预制块型、石笼型、土工织物型等, 而且均在工程上得到了广泛应用, 各有所长。,美国的SUREBLOCK 砌块,意大利MACCAFERRI生态挡墙,日本 吉奥生态挡墙,工程设计阶段,►道路透水路面 排水性路面，属多孔隙路面，可加速排水降低雨天行车時轮胎溅起的水雾量，降低雨天夜间行车之反光量，减轻行车噪音，并降低热岛效应。,工程设计阶段,什么是城市热岛效应?,城市热岛效应是指当城市发展到一定规模，由于城市下垫面性质的改变、大气污染以及人工废热的排放等使城市温度明显高于郊区，形成类似高温孤岛的现象。,热岛效应,城市热岛效应的危害,1、城市高温 2、增加城市能源消耗 3、加剧城市大气污染（如最近日益严重的雾霾现象） 4、造成飓风、暴风、暖冬等灾害性天气……,热岛效应,城市热岛效应形成的相关因素,1、大量人工构筑物改变了城市下垫面的热力属性，比自然下垫面（绿地、水面等）升温快。 2、工厂生产、交通运输以及居民生活等人工热源的影响。 3、绿地、水体等减少，缓解热岛效应的能力被削弱。,确定研究点：集中的人工下垫面和温度是研究的关键。,热岛效应,,城市景观系统的生态学特性,斑块——廊道——基质,一、 概念分析：,在区域的尺度上，城市本身对于环境则是一个人工热斑块。该斑块由于硬质景观较多，导致斑块整体温度升高，助长了城市热岛的形成。,热岛效应,,斑块——廊道——基质,一、 概念分析：,,在略小的尺度上，城市又是一个由基质、廊道、斑块等结构要素构成的生态单元。城市内的硬质景观和集中绿地构成了以道路划分格局的热斑块和绿色斑块，城市道路景观系统、河流等则构成了人工或自然的廊道。,热岛效应,1、观测研究表明，城市景观系统的绿色斑块（植物和水体等绿地）能起到温度的作用。 2、斑块的数量越多、斑块越大、斑块之间的连接度越大，则效益越明显。 3、景观系统需要达到一定规模才能发挥较好的环境功能，低层次的散点状绿地分布带来的调节效应是有限的。 4、进行廊道规划时，需特别强调其连续性和完整性。,二、 特性分析：,热岛效应,,1、交通干线为主的人工廊道是城市环境的主要污染源。 2、绿色廊道：河流、植被带为主的自然廊道和道路沿线绿化带，或称城市绿色廊道，有利于降低温度、吸收有害气体、释放氧气、降低和缓解城市污染，改善城市环境问题。,由于道路的连续性，沿线的道路景观系统自然满足了廊道的连续性这一特征。虽然道路景观绿色廊道宽度有限，但道路网相互联系，共同作用，对城市生态的影响比城市内点状的公园、绿地要大。,热岛效应,设计方法研究,一、设计原理,1、基于斑块的数量越多、斑块越大、斑块之间的连接度越大，则效益越明显这一特性： 利用道路景观绿色廊道对城市热斑块进行破碎化处理，降低其对热岛效应贡献的正面效益。 对城市绿色斑块进行集中和关联，提高其调节温度的生态效益。,2、基于城市道路人工廊道和道路景观绿色廊道共生的事实： 根据城市道路的路面材料、宽度、车流量等相关因子评价其热贡献指标，在其附属的道路景观系统中进行相应的量化补偿。,3、基于下垫面的物理特性影响： 选用合适的绿地类型 （降温增湿效应：乔木林>乔灌木>灌木丛>草地）,设计方法研究,4、基于下垫面的物理特性影响： 优化城市道路景观系统中人行道的材质。,设计方法研究,热岛效应,二、 优化方法,1、在保证行人步行需求的基础上，将点状树池、花池改为连续性的乔灌木树带，强化绿色廊道的调节效应。 2、在宽度较大的人行道绿化中，采用雨水花园设计，埋在地下的雨水收集系统能提供较大的热容量，更好地调节温度。,3、改善城市道路景观系统中人行道的材质，将不可透水的花岗岩、广场砖更换为透水地坪、透水砖等。 4、根据城市绿地类型的特征改善现有道路绿化系统；根据热岛效应秋冬季节较强的特点，选用合适的绿化树种在秋冬落叶季节调节温度。,设计方法研究,热岛效应,除上节所提出的优化方法外，还应在设计初期进行： 1、根据区域的规划用地性质和发展前景，估算该热斑块的热贡献强度，根据城市发展需求和热斑块破碎化的效益进行合理的道路及景观系统设计。,2、由于自然绿色廊道的规模一般比城市道路景观绿色廊道大，在道路系统的规划设计中，尽量利用较大的自然绿色廊道，以更好地对道路的负面影响进行补偿。,设计方法研究,热岛效应,设计方法研究,热岛效应,►道路附属设施的生态营造 a.排水沟或边沟 利用开挖石材或就地取材就地加工采用，构筑排水设施或溪流护岸，或取代部分混凝土，砌石空隙可以营造水生植物栖息环境。并考虑动物活动模式，避免动物受困增加逃生设置。,日本排水沟设置的动物逃生通道,工程设计阶段,b.照明设施 照明设施的选择可以选择低诱虫及收敛式光源降低对其影响;因地制宜，利用太阳能或风能新能源照明设施减少管线开挖，环保低碳。,,c.标志标牌 对于动物经常出没的区域设置标志标牌，提醒驾驶员注意避免造成伤亡。,北海太阳能路灯,工程设计阶段,►道路附属设施的生态营造 d.路权阻隔设施 人车频繁出入区进行拉网阻隔设计，防止动物进入道路，避免伤害。路权阻隔设施除金属护网也可以根据目标动物特性利用超声波、反光板或照明设施，达到阻吓目的。,拉网防护,隔音板粘贴秃鹰阻吓飞鸟,工程设计阶段,►生态补偿 道路建设时对动物栖息地的切割与阻隔，尤其以路堤或路堑等构造形式阻隔影响最大，因此在设计阶段应该依据动物习性、动物活动圈范围、诱导设施、栖息地环境特征及可能的环境干扰，提供可行可代替的补偿措施。 对于道路生态补偿, 首先要明确道路的建设对环境所产生的影响, 然后考虑制定合适的生态补偿的途径以及实施的办法, 综合已有的研究, 对道路建设所造成的负面效应的生态补偿思路如下：,工程设计阶段,►生态补偿 a.对生物栖息地丧失的补偿 道路的建设和使用导致生物栖息地的丧失, 且这种影响是不可逆转的, 对此只能采取异地补偿的方式, 即建设同等规模、同等质量的区域, 使新建区域起到与被破坏区域同等的环境功能。异地补偿的地点应尽量选择在道路周边地区, 做到邻近补偿。但如果考虑到与已存在的其它环境储存地相连接, 以形成区域性的环境功能区, 达到整体的效果, 补偿区域也可以设在被破坏区域外。,b.对栖息地功能降低的补偿 要使被破坏区域仍然具有建设之前的环境功能, 要从量和质两个方面进行补偿。从数量方面,可以人为的增加生物栖息地的范围, 以较大的量达到与以前相同的质;从质量方面, 可以采取措施提高原有栖息地的质量, 只有这样, 才能弥补由于道路的建设和使用所造成的对生物栖息地功能的影响, 真正做到对生态环境的补偿。,补偿替代,降低影响,工程设计阶段,►生态补偿 c.对生物栖息对栖息地隔断的补偿 由于道路的建设和使用对动物栖息地的隔断,又称屏障行为。通过设置动物专用通道的形式, 以形成动物流通的走廊, 促进由于道路隔断的区域之间物种的相互流通。 动物活动廊道对于与道路本体位置，可以分为穿越类型（under pass）如：涵洞、箱涵、管涵、鱼道；跨越类型（over pass）如桥梁、植物诱导等。,工程设计阶段,►生态补偿 c.对生物栖息对栖息地隔断的补偿 另外动物活动路径应考虑以下四个方面： （1）桥梁下部水路交界地带，为动物觅食饮水等生活圈主要场地，因施工干扰的水岸植物，应尽快恢复，维护原有动物活动路径。 （2）路堤两侧的替代动物廊道与原路径之间连接应栽植植物或者设置其他诱导设施，以增加其隐蔽性，防止外力干扰。另外廊道如桥梁、管涵、箱涵等周边应增加阻隔设施，以免动物误入，铺面材料应模拟原路径，以自然材料如土壤、石块、落叶等铺设。,边沟增设两栖类、爬虫类脱困、进出通道,瑞士某公路路权阻隔措施,工程设计阶段,►生态补偿 c.对生物栖息对栖息地隔断的补偿 （3）为降低鸟类与交通流之间的冲突，可以在鸟类飞翔穿越的主要路段，利用植物高度来诱导其飞行穿越，并利用路权阻隔设施来阻隔。,工程设计阶段,►生态补偿 c.对生物栖息对栖息地隔断的补偿 (4)涵洞、管涵、箱涵等动物穿行廊道入口及周边，应增设植物加以隐蔽，沿途增加诱导性食源植物，增加其使用效能。,植物诱导动物穿行,施工阶段及其运营阶段道路全寿命周期内仍需遵守生态工法之原则。,工程设计阶段,对道路工程建设来说, 不破坏是对环境最大的保护,但要做到零破坏也是不现实且难以做到。道路工程相关部门拥有先进的土木工程技术和优秀的工程技术人员，在此基础上，需要土木工程技术人员拥有更为长远的视野，非以人类利益为最大考量，而是与道路生态各相关专业（土木、水文、环工、城市规划、生态、景观、生物学等）共同合作，同时实现兼顾“人类”与 “自然界”共同利益。 道路、景观与生态没有完美的适应，利他就是利己。,,结语,谢谢 THANKS,