【摘要】道路建設(shè)在現(xiàn)代城市化進(jìn)程中至關(guān)重要，對環(huán)境的影響不可忽視。土地利用變化、水土流失以及雨水徑流所帶來的問題，不僅損害自然生態(tài)系統(tǒng)，也給城市基礎(chǔ)設(shè)施和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了一系列挑戰(zhàn)。生態(tài)工程與雨水管理成為實(shí)現(xiàn)道路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。文章深入探討在道路建設(shè)中應(yīng)用生態(tài)工程與創(chuàng)新雨水管理技術(shù)的重要性，為道路建設(shè)領(lǐng)域提供關(guān)于生態(tài)工程與雨水管理創(chuàng)新技術(shù)與最佳實(shí)踐，為未來道路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考與指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】道路建設(shè)；生態(tài)工程；雨水管理技術(shù)

【中圖分類號】TU992" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2024）04-0016-03

0" 引言

道路建設(shè)的持續(xù)增長使我們必須重新審視現(xiàn)有的建設(shè)方法，尋找更加環(huán)保和可持續(xù)的替代方案。隨著氣候變化的加劇，雨水管理問題也變得日益復(fù)雜，需要更加智能和綜合的解決方案，因此，生態(tài)工程的理念引起了廣泛關(guān)注[1]。通過模擬自然生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)工程可以在道路建設(shè)中減緩環(huán)境的惡化，并為城市生態(tài)系統(tǒng)提供豐富的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。與此同時(shí)，創(chuàng)新的雨水管理技術(shù)也為解決雨水徑流和水質(zhì)問題提供了新的途徑。

1" 道路建設(shè)對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響

（1）土地利用變化。道路建設(shè)引發(fā)的土地利用變化是指在道路修建過程中，區(qū)域內(nèi)土地功能發(fā)生的結(jié)構(gòu)性變化，包括對農(nóng)田、森林、濕地等多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的涉及，涵蓋了廣泛的地理和生態(tài)類型。修建道路引起了原有土地的物理分割和劃分，改變了土地的空間結(jié)構(gòu)，一定程度上會(huì)導(dǎo)致土地碎片化，影響生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。道路穿越原有的生態(tài)系統(tǒng)，直接破壞了土地的自然狀態(tài)，如砍伐森林、填充濕地等活動(dòng)，對土地生態(tài)系統(tǒng)的原始結(jié)構(gòu)造成破壞。修建道路也導(dǎo)致原有的生境被剝奪或破壞，使得土地?zé)o法提供原有的生態(tài)服務(wù)，對植物和動(dòng)物的生存和繁衍帶來威脅[2]。

（2）水土流失問題。在道路建設(shè)的施工階段，土地被裸露在外，地面雨水無法被植被有效攔截，土壤易受降雨沖刷形成大量的地表徑流而迅速流失，增加了水流速度和沖擊力。地表徑流導(dǎo)致水土流失問題加劇，不僅影響道路周邊的土地，還可能對下游水域和土地產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。大量的水土流失物質(zhì)進(jìn)入周邊水體會(huì)導(dǎo)致水體淤積、水質(zhì)惡化，對水生生物和生態(tài)系統(tǒng)造成不利影響。持續(xù)的水土流失會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，影響土地的肥力和可持續(xù)利用。在農(nóng)業(yè)地區(qū)，水土流失可能對農(nóng)田造成嚴(yán)重侵蝕，影響農(nóng)作物生長，威脅農(nóng)業(yè)可持續(xù)性。

2" 生態(tài)工程在道路建設(shè)中的應(yīng)用

2.1" 生態(tài)工程概念

生態(tài)工程是一門綜合性的工程學(xué)科，通過模擬和應(yīng)用自然生態(tài)系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)人類活動(dòng)與自然環(huán)境的和諧共存。

在道路建設(shè)中，生態(tài)工程涵蓋了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。通過采用適宜的植被覆蓋和土壤修復(fù)措施，恢復(fù)被道路建設(shè)破壞的土地生態(tài)系統(tǒng)，保護(hù)和促進(jìn)周邊生態(tài)系統(tǒng)的健康，確保生物多樣性和生態(tài)平衡。通過生態(tài)工程手段管理雨水徑流，減緩水體污染，促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用[3]。通過合理設(shè)計(jì)和實(shí)施生態(tài)工程，使受到影響的生態(tài)系統(tǒng)具備自我修復(fù)和適應(yīng)環(huán)境變化的能力。

在道路建設(shè)中，通過采用生態(tài)友好的設(shè)計(jì)和管理措施，最小化對土地生態(tài)系統(tǒng)不可逆轉(zhuǎn)的破壞。采用生態(tài)工程手段時(shí)，盡量模擬和保留原有生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，還原土地的自然狀態(tài)，同時(shí)，保護(hù)和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物多樣性，提供適宜的棲息地，以支持各類植物和動(dòng)物生存。

在道路建設(shè)中，注重雨水管理。通過設(shè)計(jì)雨水花園、濕地等生態(tài)工程手段，降低雨水徑流對水體的沖擊，保護(hù)水資源。

2.2" 生態(tài)工程設(shè)計(jì)原則

（1）自然模擬。這是生態(tài)工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵原則。通過模仿和還原自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，最大程度地保留并重建原有的生態(tài)平衡。選用與周邊自然環(huán)境相適應(yīng)的本地植被，優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)靥赜兄参镂锓N以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性。

在道路建設(shè)過程中設(shè)法恢復(fù)或保留原有生態(tài)系統(tǒng)的重要元素，如濕地、草原、樹木等，確保整體生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。盡可能模擬天然水體形態(tài)與水流路徑，還原濕地和河流的自然特征，以促進(jìn)水體自凈能力，減緩水流速度。

（2）植被選擇與布局。在生態(tài)工程設(shè)計(jì)中，植被選擇與布局是實(shí)現(xiàn)土壤保持、水源涵養(yǎng)等生態(tài)效益的重要手段。①選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件的植被，通過科學(xué)合理的植被規(guī)劃，提高植被的生存率，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和增強(qiáng)。②引入多樣性的植物物種促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，提高對病蟲害的抵抗力，支持更豐富的生態(tài)功能。要防止引入具有入侵性的植物物種，確保生態(tài)系統(tǒng)的健康[4]。③根據(jù)地形、水文等條件合理布局植被，形成植被帶、防護(hù)林等，以實(shí)現(xiàn)土壤保持、水源涵養(yǎng)等功能，以保障土地生態(tài)系統(tǒng)的健康與可持續(xù)性。

2.3" 生態(tài)工程效益

通過植被的引入和土地復(fù)原，生態(tài)工程能夠有效減緩水土流失，提高土壤的抗侵蝕能力，從而實(shí)現(xiàn)土壤保持的目標(biāo)。

通過生態(tài)工程措施降低徑流對水體的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的改善，如濕地過濾、雨水花園能夠過濾雨水中的污染物。另外，引入適宜的植被可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)氣候調(diào)節(jié)。通過蒸騰作用降低氣溫，增加濕度，提供城市綠化的同時(shí)還可以改善周邊氣候環(huán)境。

通過生態(tài)工程，為當(dāng)?shù)刂参锖蛣?dòng)物提供適宜的棲息地，創(chuàng)造條件使各類物種能夠在道路周邊繁衍生息。在道路設(shè)計(jì)中考慮設(shè)置生態(tài)通道，幫助野生動(dòng)物穿越道路，減少道路對動(dòng)物遷徙的阻礙，維護(hù)生物多樣性。通過保護(hù)和改善生態(tài)系統(tǒng)，提供瀕危物種所需的棲息環(huán)境，促進(jìn)物種繁衍。生態(tài)工程在道路建設(shè)中不僅提供了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，還有力地保護(hù)和支持了當(dāng)?shù)厣锒鄻有?，?shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)平衡。

3" 雨水管理

3.1" 雨水管理的重要性

（1）水資源保護(hù)。雨水，通常被視為一種被忽視的資源，因其被迅速排放至排水系統(tǒng)導(dǎo)致浪費(fèi)。有效的雨水管理，可以最大程度地利用雨水的潛在價(jià)值，實(shí)現(xiàn)水資源保護(hù)的目標(biāo)。①收集的雨水可以用于灌溉農(nóng)田、公園和其他綠化區(qū)域，降低對地下水和其他淡水資源的需求，提高水資源的可持續(xù)利用。②利用雨水作為景觀用水，不僅減輕了對城市供水系統(tǒng)的壓力，還有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)。③雨水在流經(jīng)城市地表時(shí)可能攜帶各種污染物，包括油脂、化學(xué)物質(zhì)和固體顆粒。采用適當(dāng)?shù)挠晁芾泶胧┛梢杂行p緩這些污染物的輸入，從而維護(hù)城市水體的水質(zhì)。④通過設(shè)計(jì)合適的雨水收集系統(tǒng)，可以讓雨水在進(jìn)入水體之前經(jīng)過沉淀和過濾，有效去除懸浮顆粒和有害物質(zhì)[5]。⑤通過減少污染物的輸入，雨水管理不僅有助于保護(hù)城市水體，還提升了相關(guān)水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，如提供清潔的水源和促進(jìn)生物多樣性。

通過實(shí)現(xiàn)水資源回收利用和水質(zhì)改善，雨水管理在保護(hù)水資源方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，為可持續(xù)的城市水管理提供了創(chuàng)新的解決方案。

（2）水文循環(huán)與洪水防治。雨水管理對水文循環(huán)的平衡具有顯著的影響。在城市化過程中，大量土地被覆蓋導(dǎo)致雨水無法迅速滲透，改變了自然水文循環(huán)，通過合理的雨水管理可以維持水文循環(huán)的平衡。采用雨水收集系統(tǒng)和綠化帶等雨水管理手段，有助于增加土壤的保水能力，減緩雨水徑流速度，促進(jìn)雨水滲透。合理的雨水管理有助于地下水補(bǔ)給，提高地下水位，對維護(hù)地下水資源的可持續(xù)性具有積極影響。不當(dāng)?shù)挠晁欧攀菍?dǎo)致城市內(nèi)澇的原因之一。積極的雨水管理措施可以有效地應(yīng)對城市內(nèi)澇。綠色基礎(chǔ)設(shè)施和雨水花園可以減緩雨水流速，延遲雨水排放，有效地防止了短時(shí)內(nèi)大量雨水造成的城市內(nèi)澇。通過提高雨水滲透率和減緩雨水徑流，能夠有效降低洪水期間的洪峰流量，降低洪水對城市基礎(chǔ)設(shè)施的沖擊。通過維護(hù)水循環(huán)平衡和采取洪水防治措施，為城市水資源的可持續(xù)利用和城市防洪工作提供了解決途徑，不僅有助于保護(hù)城市水環(huán)境，還提高了城市抵御自然災(zāi)害的能力。

3.2" 道路建設(shè)對雨水管理的挑戰(zhàn)

（1）城市道路建設(shè)問題。隨著城市化的不斷發(fā)展，道路建設(shè)對雨水管理帶來了一系列挑戰(zhàn)。道路建設(shè)導(dǎo)致大片土地被硬化，使土地自然滲透能力下降，雨水難以滲透到土壤中，增加了徑流和城市內(nèi)澇。大量的建筑、道路和人工表面導(dǎo)致雨水迅速流入排水系統(tǒng)，雨水徑流量迅速增加，使傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)難以應(yīng)對大規(guī)模的雨水沖擊。道路建設(shè)過程中產(chǎn)生的污染物，如瀝青、油脂和重金屬等附著在道路表面，經(jīng)雨水沖刷而導(dǎo)致雨水污染，對周邊水體產(chǎn)生不良影響。

（2）傳統(tǒng)雨水排放系統(tǒng)。傳統(tǒng)的雨水排放系統(tǒng)在面對城市化和大規(guī)模道路建設(shè)的挑戰(zhàn)時(shí)存在明顯的不足之處。①排水設(shè)計(jì)用量小。當(dāng)遇到極端降雨事件時(shí)，排水系統(tǒng)因超負(fù)荷導(dǎo)致洪水發(fā)生。②排水模式單一。排水設(shè)計(jì)忽視了多樣的雨水管理需求，沒有充分考慮雨水的再利用和自然滲透，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和環(huán)境問題。③需要定期維護(hù)和更新。當(dāng)系統(tǒng)無法滿足城市擴(kuò)張和道路建設(shè)帶來的需求時(shí)，可能需要進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施升級，升級成本昂貴。

4" 創(chuàng)新技術(shù)在雨水管理中的應(yīng)用

4.1" 使用綠色基礎(chǔ)設(shè)施

（1）屋頂綠化。這是一種在建筑物屋頂覆蓋植被的技術(shù)。通過種植植物形成植被覆蓋層，具有保水、隔熱、減緩雨水徑流的效果。屋頂綠化能夠吸收和存儲雨水，降低雨水徑流速度，緩解城市內(nèi)澇。植物的蒸騰作用有助于改善城市氣候和提高空氣質(zhì)量。為生物提供棲息地，促進(jìn)生物多樣性。屋頂綠化還能夠吸收大氣中的有害物質(zhì)凈化空氣，利用智能灌溉系統(tǒng)和監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對屋頂植被的合理管理，確保植物的生長狀況和生態(tài)效益[6]。

（2）生態(tài)滲透瀝青。這是一種透水性的道路鋪裝材料。具有快速滲透雨水的特性，降低雨水在道路表面的滯留時(shí)間，減緩雨水流速，防止水負(fù)荷過大導(dǎo)致的洪澇。通過過濾作用，生態(tài)滲透瀝青可以減少道路排放的污染物，改善雨水徑流的水質(zhì)。生態(tài)滲透瀝青的設(shè)計(jì)考慮了耐久性，同時(shí)提供相對容易的維護(hù)方式，確保道路的長期可持續(xù)性。生態(tài)滲透瀝青符合可持續(xù)城市規(guī)劃的理念，為城市雨水管理提供一種綠色、環(huán)保的解決方案。

4.2" 持續(xù)性排水系統(tǒng)

（1）蓄水池與濕地的建設(shè)。建設(shè)地下或地上的蓄水池用于收集和儲存雨水，減緩雨水徑流速度防止洪水發(fā)生。①根據(jù)周邊地形和降雨情況，確定蓄水池規(guī)模和適宜位置，以最大化地利用雨水資源。②設(shè)計(jì)人工濕地模擬自然濕地的生態(tài)系統(tǒng)，通過濕地植物和土壤過濾雨水改善水質(zhì)，提供棲息地支持生物多樣性，是可持續(xù)性排水系統(tǒng)中的重要組成部分。將蓄水池和濕地與城市景觀整合，提高人們對水體的認(rèn)知度，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)意識，通過建立定期維護(hù)計(jì)劃延長設(shè)施使用壽命，確保蓄水池和濕地設(shè)施正常運(yùn)行，提高排水系統(tǒng)的可持續(xù)性。

（2）雨水收集與再利用系統(tǒng)。在建筑物屋面設(shè)置雨水收集系統(tǒng)，將雨水導(dǎo)入集水設(shè)施，通過過濾系統(tǒng)去除雜質(zhì)，存儲，并確保收集到的雨水質(zhì)量。將收集的雨水用于灌溉、沖洗、綠化等非飲用用途，降低對自來水的需求量，降低排水系統(tǒng)負(fù)荷，節(jié)省用水成本，提高城市水資源的經(jīng)濟(jì)效益。利用智能監(jiān)測系統(tǒng)追蹤雨水的收集、存儲和使用情況，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)整雨水收集系統(tǒng)，以適應(yīng)不同的氣象條件和用水需求。

4.3" 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的管理與監(jiān)測

利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析以了解當(dāng)前雨水管理系統(tǒng)的狀態(tài)。部署在關(guān)鍵地點(diǎn)的傳感器監(jiān)測降雨情況、土壤濕度、水體水位等重要參數(shù)，整合氣象站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供全面的降雨情景分析。①利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳感器和控制設(shè)備連接到云平臺實(shí)現(xiàn)對雨水管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，提供移動(dòng)應(yīng)用程序，使管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，并實(shí)時(shí)做出決策。②運(yùn)用先進(jìn)的氣象模型分析歷史氣象數(shù)據(jù)，預(yù)測未來降雨趨勢和極端降雨事件。系統(tǒng)定期獲取最新的氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新模型，提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。③結(jié)合GIS技術(shù)建立城市水文模型，模擬雨水在城市中的流動(dòng)，推測可能的洪澇風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對城市水文模型進(jìn)行修正和優(yōu)化，以提高預(yù)測精度。

利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)處理海量的雨水管理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在的趨勢和關(guān)聯(lián)，基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果建立決策支持系統(tǒng)，為城市規(guī)劃者和管理者提供科學(xué)依據(jù)，制定更有效的雨水管理策略。

5" 結(jié)語

綜上所述，在未來的城市規(guī)劃和道路建設(shè)中，建議廣泛采用這些創(chuàng)新技術(shù)和最佳實(shí)踐，注重生態(tài)工程的應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)道路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的良性互動(dòng)，確保城市雨水管理的可持續(xù)發(fā)展，這將有助于創(chuàng)建更加宜居、環(huán)保、可持續(xù)的城市環(huán)境。

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[作者簡介]王升（1986—），男，山東昌邑人，大學(xué)本科，工程師，市政一級建造師，研究方向：市政工程。