新疆那巴公路施工期生态环境监测及处治技术

　　一、项目总体介绍

　　G218那拉提至巴伦台项目，是沿丝绸之路经济带大通道，是自治区东西向的交通主干道，是连通南北疆便捷大通道，是霍尔果斯口岸后方辅助通道，是环天山旅游大通道，是自治区十三五交通规划“6横6纵7枢纽8通道”公路主骨架网中重要组成部分，是构筑新疆南北疆便捷通道，保障南北疆未来运输需求的需要，是打造环天山黄金旅游通道，促进地方旅游经济发展的需要。

　　本标段大部分位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和静县巩乃斯镇境内，路线总体呈东西走向，施工范围途经新源县、和静县。桩号范围：K346+000-K359+060，路线全长13.06km。公路沿线地形地貌复杂(涵盖山地、高原、沙漠等)，气候多变(高温、低温、强风、沙尘暴频发)，生态环境脆弱敏感(涉及水源保护区、自然保护区等敏感区域)。公路施工易对沿线生态环境造成不利影响，因此开展公路施工期生态环境监测与保护修复尤为必要。传统公路施工过程中存在环境监测效率低、技术方法单一、技术体系缺失等问题，生态保护与修复滞后，生态环境破坏后难以恢复，位置如下图1：

　　
图1路线位置图

　　开展公路施工期生态环境监测及处治技术研究，形成公路施工期生态环境监测预警及处治技术，提升公路施工生态环境智能化监测技术水平。依托上述项目，开展公路施工期生态环境“天-空-地”协同监测及处治技术研究，通过实施公路施工期生态环境监测与保护修复，降低因施工导致的环境污染与生态破坏。

　　二、主要做法

　　方案主要包括“天-空-地”一体化监测技术、公路施工期环境监测平台及应用、生态影响评价指标体系构建及评价、生态保护与恢复技术，具体如下。

　　(1)“天-空-地”一体化监测技术

　　空天地一体化协同监测与生态保护技术流程，如图2所示。

　　
图2空天地一体化协同监测与生态保护技术流程

　　卫星遥感监测：整合多光谱遥感影像数据、高分辨率影像数据，对施工区域水土流失强度、植被破坏范围进行亚米级空间分辨率监测。基于时间序列的NDVI指数变化分析，能够精确捕捉施工扰动引发的生态参数异常波动。通过建立多时相遥感影像与无人机核查及地面监测数据的耦合验证机制，为施工期及时采取措施，及时发现问题，可降低施工对生态环境的不利影响。采用高分2号卫星(1.0m)和吉林1号卫星(0.75m)影像;多光谱影像(分辨率优于10米)用于生态环境整体变化监测，主要采用哨兵2号卫星。获取施工区域宏观生态信息(土地利用、植被覆盖等)，实现大范围动态监测。

　　如下图3所示，通过对17号特大桥施工期间的遥感影像、NDVI数据和地块影像进行分析，可以看出，施工活动对生态环境的影响主要体现在以下几个方面：植被破坏：施工初期，尤其是桥墩开挖和临时设施建设，导致了草本植物和灌木的全面清除。NDVI数据反映出大范围的植被损失，施工区植被覆盖度降至0以下，地表裸土暴露。裸地扩展：施工活动特别是在桥墩和临时设施区域，导致了裸地面积的扩展，土壤表面暴露，原有的草本植被几乎完全消失。河道变化：施工过程中，特别是土方堆积和水流改道，导致下游河道局部形态发生变化，水体浑浊度上升，对河流生态系统产生了暂时影响。生态恢复滞后：尽管部分施工活动已经完成，但由于植被未能及时恢复，施工区域的生态环境仍未恢复到施工前的状态，NDVI值依然处于低谷。

　　整体来看，17号特大桥区域2021—2022年：河滩生态系统维持本底脆弱性(NDVI均值0.26-0.27)，2023年：扰动强度峰值期(裸地转化率40.2%)，2024年：进入恢复初期(全域NDVI回升0.08)，但永久占地恢复滞后。空间上，核心扰动区集中于桥墩建设带(占裸地新增面积的72.3%)，河道产生显著改道，河道影响范围限于下游K358+0–K358+500m河段。

　　
图3遥感监测

　　无人机监测：无人机在公路施工期生态环境监测中，结合遥感与算法，能够高效获取大范围生态数据，实时监测植被覆盖、扬尘扩散、土地利用情况、施工范围、侵占河道、施工扰动及生物多样性等指标，具备高精度、低成本、灵活性强等优势，尤其在偏远地区或复杂地形中可替代传统人工监测，为施工期环境管理提供数据支持。基于遥感观测结果，进一步实施了靶向施工期生态环境监测，监测如下图4：

　　

图4无人机监测

　　地面监测：公路施工期生态环境监测通过布设传感器、现场采样等方法，实时采集水土、大气、噪声、生物多样性等数据，量化施工活动对生态系统的扰动程度和恢复潜力。公路施工期生态环境地面监测内容涵盖水环境、噪声、大气、生物多样性、水土保持、固废管理及生态恢复等，通过实验室检测、仪器监测与空间技术相结合的方式开展系统性观测。其中水环境重点监测pH值、悬浮物等理化指标，噪声采用定点与移动互补的声级监测，空气质量依托PM10、TSP等颗粒物浓度分析。固体废物管理依托台账核查与空间定位技术，生态恢复成效则通过固定样地长期观测结合无人机多维监测进行验证，形成覆盖"指标采集-数据分析-效果评估"的全链条监测体系，地面监测如下图5：

　　
图5地面监测

　　(2)公路施工期环境监测平台及应用

　　开发了新疆公路施工期环境监测平台，旨在确保公路施工过程中的环境质量得到有效监控和管理。采用加权平均法、卡尔曼滤波等算法，融合卫星、无人机及地面监测数据，提升数据准确性;构建统一数据平台，实现数据存储、管理与分析，为生态监控提供支撑，平台如下图6：

　　
图6监测平台

　　(3)生态影响评价指标体系构建及评价

　　构建了涵盖植被覆盖度、土壤侵蚀、水质污染等指标的生态影响评价指标体系，详见表1。

　　表1 指标体系

目标层	准则层	指标层	属性值
新疆高速公路施工期生态环境影响评价指标体系	声环境 B1	C1 施工期昼间噪声	定量
		C2 施工期夜间噪声	定量
	空气环境 B2	C3 SP	定量
		C4 CO	定量
		C5 NO2	定量
	水环境 B3	C6 SS	定量
		C7 CODcr	定量
		C8 石油类浓度	定量
		C9 生活污水处理	定性
	生态环境 B4	C10 植被覆盖度	定量
		C11 NDVI指数	定量
		C12 砍伐树木量	定性
		C13 野生动物保护	定性
		C14 生活垃圾处理	定性
	土壤环境 B5	C15 土壤侵蚀模数	定量
		C16 挖填平衡率	定量
		C17 土地占用情况	定性
		C18 临时占地生态恢复情况	定性
		C19 边坡稳定性	定性

　　(4)生态保护与恢复技术

　　① 绿色低碳环保装置设施的应用

　　如图7所示，应用水土保持监测设备、微型气象站、料仓喷淋除尘系统、MBR一体化污水处理设施、BL-250型泥浆处理设备等，提高生态环境保护能力。

　
　图7 绿色低碳环保设施

　　根据遥感影像监测、无人机航拍核查以及现场调查，K358+700边坡为公路施工过程中形成的弃渣型边坡。为增加边坡稳定性，进行边坡的保护与修复(如下图8)。

　　
图8生态保护与恢复

　　② 绿色低碳环保材料的应用

　　如图9所示，通过环保水凝胶将几种环境友好型功能高分子材料制备成具有独特的空间互穿网络结构的凝胶水溶液，用于便道抑尘、料堆抑尘、隧道开挖抑尘。

　　
图9 绿色低碳环保材料

　　三、取得成效

　　通过本研究项目，构建了一套基于天、空、地多源协同的公路工程施工期生态环境动态监测与智能预警技术体系，并配套形成了集环保材料、环保设备等环境保护与修复技术。通过整合高精度卫星遥感技术、无人机低空摄影测量技术及地面实时监测技术，实现大范围、高精度、实时化的生态环境数据采集与融合分析。项目成果已在国道218线那拉提至巴仑台公路(以下简称那巴公路)工程中应用，通过对植被覆盖、水土保持、野生动物迁徙通道及景观完整性等关键生态指标的持续监测，及时识出因工程建设导致的潜在环境污染与生态破坏，发出预警信息，为工程环境管理和生态环境保护措施提供科学依据。

　　该项研究成果不仅在那巴高速项目中应用，通过实时监测与大数据分析，能够降低公路施工对生态系统的不利影响，最大限度减少环境污染和生态破坏，其研究成果还可推广至其他涉及生态敏感区的大型线性建设项目，如铁路工程、水利工程、油气开发工程等，具备行业应用价值，推动工程建设的绿色转型。

　　本项目形成了一套可复制、可推广的生态环境敏感区工程监测、预警及保护与修复技术，为我国交通基础设施建设过程中所遇到的生态环境保护难题提供解决方案。并进一步提升我国高速公路网规划、建设与运营全周期的生态监管能力，实现基础设施建设与生态环境保护协同发展，为国家生态文明战略在重大工程中的落地提供有力技术支撑和实践范例。

　　项目获得授权发明专利1件，实用新型专利4件，软件著作权3项，发表论文7篇，其中SCI检索论文5篇;编制地方标准和团体标准及企业标准各1部，具有良好的环境社会效益。