大气环境监测设计方案精选(九篇)

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第1篇：大气环境监测设计方案范文

关键词：无线传感器网络；考古发掘现场；环境监测

中图分类号：K879.21 文献标识码：A 文章编号：1000-4106（2013）01-0113-07

引 言

我国是文化遗产大国，地下文物数量巨大，分布广泛，埋藏环境复杂，文物保存环境差异明显，保护难度大。尽管近30年来随 着我国经济的不断发展，科技水平有了很大的提高，但是文物发掘保护手段的发展依然滞后于社会经济发展和学科需求[1]。

文物经过处于地下一段时间后，埋藏环境渐趋于稳定，文物也处于相对的动态平衡之中。随着考古发掘工作的进行，文物已形成的固有平衡被破坏，所处环境的温湿度、光辐射、氧气等因素突变，极易导致文物的毁坏，加之出土后文物所处环境条件的反复波动，加快了破坏反应的进程。同时文物内部也存在肉眼看不见的细微变化，缓慢地影响着文物的保存状况，如遗址土壤内部的温湿度、含水率等。全面而准确地了解文物实时变化，有利于对文物实施精确的保护措施。除此之外，大型不可移动文物，如壁画等，在发掘及存放过程中也会出现空鼓、起甲等现象，而这类病害的发展过程缓慢，无法使用人工进行长时间连续监测。全面了解文物存放环境的长期变化状态也有助于采取相应的调控措施，将文物的损害发展过程延长至极限。因此对考古发掘现场动态环境进行实时监测，以制订相应的出土文物保护策略是考古发掘的重要工作之一。通过环境监测精确掌握文物埋藏环境参数，为后期文物保护环境的控制提供最佳保存环境的参数依据。

目前考古发掘现场缺乏实时性强的在线监测系统。如果使用有线方式将多个传感器连接起来，通过有线网络将数据传送至终端进行环境状态监测，则布线工作复杂、工作量大。尤其当发掘工作深入开展，场地发生变化时，需要重新部署网络，人力物力投入量大，很大程度上增加了考古发掘现场文物保护的难度和成本。

相比有线网络，无线传感器网络[2，3]能够避免有线网络的上述缺点，且传感器节点具有价格低廉、部署方便、实时性好、集成化程度高、具有自组织等特性。而且根据传感器种类的不同还能够针对考古发掘现场的各类参数进行实时监测。通常使用的传感器除针对温度、湿度、光照、降尘和有害气体进行实时监测的温湿度、光照紫外线及二氧化碳、二氧化硫传感器，还有实时监测土遗址裂隙发展状况的裂隙监测传感器、倾角传感器等（图1）。

通过对考古发掘现场综合环境动态监测并建立相应的参数数据库，不仅能够从大量的数据中揭示其变化规律，为后期文物保护环境的控制提供最佳保存环境的参数依据，能够对发掘现场环境进行实时监控，还可为遗址类文物的保护加固提供基础数据，必要时能够起到及时的预警作用。通过对实时数据库的综合采集、挖掘和分析估计，最终实现对考古发掘现场的有效控制，达到提高效率、降低成本、减少损害、节省资源的目的。

一 无线传感器节点结构设计

1.1 节点硬件结构设计

如图2所示，无线传感器节点的硬件设计采用模块化设计思想，支持多种不同总线传感器的分立式结构，不仅可方便支持多种不同总线传感器，更可避免传统的一体化设计中传感器驱动电路在传感节点睡眠状态下的漏电流问题，从而降低了睡眠状态下的功耗，大大延长了无线传感网络中传感节点的寿命。节点主要由三个模块构成：电源模块、传感器模块、处理及传输模块。

电源模块采用2块3.6V的锂电池供电。

传感器模块采用多种类型传感器，如温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤含水量传感器、二氧化碳传感器、光照传感器等。以温湿度传感器为例，节点采用数字温湿度传感器SHT15[4]通过无线网络对监测区域内温度和湿度进行数据采集，具有极高的安全性、可靠性和稳定性。与同系列的温湿度传感器SHT11相比，SHT15具有更优越的性能，其供电电压为2.4-5.5V，测湿精确度为±2.0%RH，在温度为25℃时测量精度为±0.3℃，封装形式采用了SMD（LCC）贴片封装。

处理及传输模块由TI公司的CC430F5137单片机[5]组成，用于处理及传输传感器采集到的数据。CC430F517是TI公司MSP430F5xx系列的MCU与低功耗RF收发器相结合的产品，可以实现极低电池供电的无线网络应用，具有很强的稳定性和可靠性。CC430 F5137为16位超低功耗MCU，具有16KB闪存、AES-128位加密、2KB RAM和CC1101射频收发器，其工作电压为1.8-3.6V，工作频率为433MHz，正常工作模式下耗电电流为160μA/MHz。

1.2 节点软件结构设计

无线传感器节点内采用了元智公司自主知识产权的、专门面向无线传感网络的、层次化的、可动态改变内核的实时嵌入式操作系统WiseZ。与传统无线传感网络操作系统相比较，使用层次化的设计更有利于提高操作系统的运行效率、减小系统尺寸和增强跨平台特性；较传统无线传感网络操作系统，可动态改变的内核使操作系统的适用性更强，柔性更好。

二 系统体系结构设计

如图3所示，考古发掘现场（以下简称发掘现场）动态监测系统由发掘现场动态环境监测系统和发掘现场无线实时监测平台两部分组成。

2.1 发掘现场无线实时监测平台

发掘现场无线实时监测平台的作用是为发掘现场监测子系统提供实时的数据支持，由发掘现场硬件平台和发掘现场软件平台两个部分组成。

发掘现场无线实时监测硬件平台由传感器节点、中继节点和网关三个部分组成：布置在现场的数据采集节点负责采集实时环境数据（如大气温湿度、光照强度、降尘和有害气体等），按照一定的路由规则将数据发送至通信范围内的父节点，然后通过中继节点的相互中继，将数据不断转发直至到达网关节点。网关节点通过远程通信方式，如卫星通信、Internet、GPRS等手段，将数据传送至远程客户终端。其中各个数据采集节点和中继节点根据RSSI（接收信号强度指示）和跳数来选择合适的中继节点作为父节点，并以此在数据采集节点和中继节点间建立簇内星状网络拓扑结构，中继节点之间则根据RSSI值建立树状网络拓扑结构。每个传感器节点和中继节点在上电后自动加入网络，并定期将采集到的数据沿最优路由方向传送至网关。

发掘现场实时监测软件平台则由中间件、数据库和数据采集接口三个部分组成。数据采集接口将接收到的实时监测数据存入数据库中，中间件的作用则是将数据库中保存的监测数据取出，并提供给用户和子系统。

2.2 发掘现场环境监测系统

由于监测系统需要对发掘现场的内外环境同时进行监测，因此发掘现场监测子系统由环境监测子系统和气象监测子系统组成。

环境系统检测子系统主要是针对文物所处环境参数，如大气温度、大气相对湿度、土壤温度、土壤水分含量、文物表面温度、文物表面湿度、大气二氧化碳浓度、有机挥发物总量等参数进行监测。

气象监测子系统主要是针对发掘现场所处小环境的气象参数，如光照度、紫外线强度、风速、风向、降雨量等参数的实时监测。

监测系统的目的在于对文物所处环境的各种参数进行数据挖掘整理，精确掌握文物埋藏的环境参数，实现对出土文物在第一时间的检测分析以及文物出土环境参数的采集，建立环境参数历史数据库，为文物预防性保护提供技术支撑，并为文物保护措施的制订提供科学依据。

三 案例研究

3.1 凤栖原文物保存环境监测数据分析

凤栖原张安世墓葬遗址属于西汉宣帝时期的重臣、被封富平侯的大司马将军张安世。张安世在西汉的地位举足轻重，其墓葬的出土文物进一步证实了这一点，出土的很多随葬品都属于西汉皇帝御赐物件。

根据发掘现场实际状况及需要，目前已部署七个监测点，监测时段大约在八个月左右，监测点部署图如下（图4）。

数据记录及分析

3月份期间，凤栖原张安世墓葬遗址气象站监测数据存在较大波动（图5）。其中3月19日-3月21日期间，环境温度基本保持在4℃左右，环境湿度基本保持在100%，波动均不大，光照变化范围也缩减至0-2000lx之间。结合当时的天气变化，3月天气刚刚由寒转暖，气候变化较频繁，3月19日-3月21日是降雨天气，持续阴天，光照度较低，导致空气中水分蒸发较少。3月22日停止降水后，光照开始恢复，环境湿度逐渐下降，气温也逐渐回升（因水分挥发缓慢，恢复的较为迟缓）。总体来看，3月份气象站的大气温度变化为0℃到23℃之间，大气湿度在16%到75%之间，每天的照度变化最大范围0lx到8500lx内，气象站数据与环境数值较一致，温度、湿度、光照度也保持合理的变化趋势。环境变化正常，期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的。

查看这一段时间82号监测点的土壤温度和含水量的变化，遗址坑内的土壤温度和土壤水分含量变化波动较大（图6），其中3月19日-3月21日土壤水分含量逐渐升高（由4.34%上升至4.65%），土壤温度也随之逐渐降低（由10.5℃下降至5℃）。结合气象站的监测结果看，3月天气变化频繁，3月19日-3月21日为降雨天气，室内土壤虽然不直接受到降雨给监测数据带来的骤然变化，但由于受到外界土壤水分的渗透作用，土壤温度和水分含量也随之以相同的趋势逐渐变化。3月22日停止降水后，土壤水分含量逐渐下降，土壤温度也逐渐回升。总体来看，土壤温度在5.2℃到13℃范围之间、土壤含水在4.3%到4.65%范围之间保持着较为稳定的变化，并且二者保持相符的变化趋势。期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的（可查看气象站数据变化）。

查看这一段时间90号监测点的大气温湿度变化，3月期间遗址环境的大气温湿度波动较大（图7）。其中3月19日-3月21日，大气温度由10℃骤降至1℃，大气湿度由41%骤升至98%，变化显著。结合气象站的监测结果看，3月19日-3月21日为降雨天气，大气温湿度受到直接影响带来的突然变化。3月22日停止降水后，大气温度逐渐回升，大气湿度也逐渐回落，监测点数据准确反映了监测区域的环境变化。总体来看，大气环境温度在1℃到22℃范围内、大气环境湿度在20%-98% 范围内保持着稳定的变化，并且二者保持相符的变化趋势。期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的（可查看气象站数据变化）。

查看这一段时间92号监测点的大气温湿度变化，3月期间遗址环境的大气温湿度波动较大（图8）。其中3月19日-3月21日，大气温度由10℃骤降至0℃，大气湿度由50%骤升至100%，变化显著。结合气象站的监测结果看，3月19日-3月21日为降雨天气，大气温湿度受到直接影响导致突然变化。3月22日停止降水后，大气温度逐渐回升，大气湿度也逐渐回落，监测点数据准确反映了监测区域的环境变化。总体来看，大气环境温度在0℃到22.5℃范围内、大气环境湿度在20%-100%范围内保持着稳定的变化，并且二者保持相符的变化趋势。期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的（可查看气象站数据变化）。

总结对比4个监测点的数据变化，监测点的传感量数据变化和环境变化保持一致，并且与当时的天气环境较一致，说明数据正确反映了监测区域的环境变化。

3.2 高陵张栋家族墓文物保存环境监测数据分析

2011年陕西考古研究院专家在高陵县泾河工业园发现一处罕见的完整明代家族墓园。据墓志记载，墓主人张栋生前为秦藩王府知印。这一发现对研究明代墓葬制度、风俗文化具有重要作用。

根据发掘现场实际状况及需要，目前已部署十一个监测点，监测点部署图如下（图9）。

说明：

100号监测点：自动气象站--监测外界环境。

52、53、54、55号监测点：大气温湿度传感器--其中53号监测点监测墓室底部到地表中间部位的环境，其他监测点监测墓室中的环境。

61、62、63、64、65号监测点：土壤温度、土壤水分含量传感器--其中65号监测点监测墓室底部到地表中间部位的环境，其他监测点监测墓室中的环境。

71号监测点：二氧化碳传感器--监测墓室中二氧化碳含量。

数据记录及图形分析

查看这一段时间52号监测点的大气温湿度变化，5月期间遗址环境的大气温湿度波动较大（图10）。其中5月1日-5月3日期间，湿度维持在82%-93%之间，温度在17.5℃-22.5℃之间，基本保持在高湿、低温的水平，昼夜温差和湿度差较小；5月11日-5月12日温度湿度和光照度骤变，湿度由62%升至88%，温度由25℃降至最低17℃。结合气象站的监测结果看，5月为春季末尾，气温总体呈缓慢上升趋势，并偶尔伴随降雨。5月1日-5月3日、5月11日-5月12日是降雨天气，湿度很大，气温较低。无降水期间，光照逐渐充裕，环境湿度逐渐下降，气温也逐渐回升并呈上升趋势。总体来看，当月大气环境温度在16℃到35℃范围内、大气环境湿度在20%到98%范围内保持着稳定的变化，并且二者保持相符的变化趋势。监测点数据准确反映了监测区域的环境变化。期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的（可查看气象站数据进行对比）。

查看这一段时间71号监测点的二氧化碳含量变化，5月期间遗址环境的二氧化碳含量波动较大（图11）。以5月9日为分界，5月1-9日二氧化碳含量在200-450ppm之间波动较大且均值偏高，5月9-20日二氧化碳含量在200-330ppm之间波动较小且均值偏低。经调查，5月1-9日，71号监测点放置于M4考古发掘现场，现场白天有大量工作人员活动，白天由人体排放的二氧化碳使得空气中二氧化碳浓度较高，夜晚则恢复至正常水平；5月9日之后，为防止因挖掘工作破坏监测设备，工作人员将其挪至无人活动的M5内，并以不透气薄膜覆盖，给71号监测设备营造出密闭的微环境，故而二氧化碳含量偏低且波动较小。其中5月1日-5月3日期间，二氧化碳含量在300-430ppm之间变化幅度相对较小，基本保持在高湿、低温、高浓度二氧化碳的水平。经分析，因期间有降雨，空气流通不畅，故而空气中二氧化碳含量一直保持在较高水平且波动较小。结合气象站的监测结果看，监测点数据准确反映了监测区域的环境变化，并且三者保持相符的变化趋势。期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的（可查看气象站数据变化进行对比）。

查看这一段时间53号监测点的大气温湿度变化，5月期间遗址环境的大气温湿度波动较大（图12）。其中5月1日-5月3日期间，湿度维持在60%-100%之间，温度在16-28℃之间，基本保持在高湿、低温的水平，昼夜温差和湿度差相对较小；5月11日-5月12日温度湿度和光照度骤变，湿度由62%升至100%，温度由25℃降至最低17℃，之后的3天内，湿度的最高值均能达到100%。结合气象站的监测结果看，5月为春季末尾，气温总体呈缓慢上升趋势，并伴随偶尔降雨。5月1日-5月3日、5月11日-5月12日是降雨天气，湿度很大，气温较低。无降水期间，气温呈缓慢上升趋势。结合监测点的布设位置（53号节点布设在墓底部和地表中间位置），且通风不畅导致湿度在降雨之后的3天内并没有立即回落，而是逐渐降低且较其他监测点数据高。总体来看，监测点数据准确反映了监测区域的环境变化，环境变化正常。期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的（可查看气象站数据变化）。

查看这一段时间65号监测点的土壤温度和含水量的变化，坑内的土壤温度和土壤水分含量变化波动较大（图13），5月1-11日土壤水分含量保持在20-43%之间，土壤温度变化范围维持在18-21℃之间；5月12日土壤水分含量由15%突升至42%，土壤温度峰值也由29℃大幅降至23.5℃，之后逐渐恢复至平均水平。经调查，5月1-11日监测设备放置于墓室内，故而受外界降雨等影响较小且缓慢，5月12日之后设备被挪至墓室外环境，由于当日有降雨，室外湿度较大，所以监测数据突增。总体来看，土壤温度在19.5℃到29.5℃之间、土壤含水率在15%到43%之间保持着较为稳定的变化，并且二者保持相符的变化趋势。期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的（可查看气象站数据变化）。

5月份期间，高陵张栋家族墓遗址内气象站监测数据存在较大波动（图14）。其中5月1日-5月3日期间，湿度维持在82-100%之间，温度在15-23℃之间，照度在0-5000lx之间，基本保持在高湿、低温、弱光照的水平，昼夜温差和湿度差较小；5月11日-5月12日温度湿度和光照度骤变，湿度由60%升至100%，温度由22℃降至最低12℃，光照度变化范围也缩减至0-4200lx。结合当时的天气变化，5月为春季末尾，气温总体呈缓慢上升趋势，并偶尔伴随降雨。5月1日-5月3日、5月11日-5月12日是降雨天气，持续阴天，光照度较低，气温降低。无降水期间，光照逐渐充裕，环境湿度逐渐下降，气温也逐渐回升并呈上升趋势。总体来看，气象站的大气温度在12-32.5℃之间，大气湿度在18%-100%之间，照度变化最大范围为0-9000lx，气象站数据与环境数值较一致，温度、湿度、光照度也保持合理的变化趋势。环境变化正常，期间出现的特殊变化，多是天气变化引起的。

总结对比4个监测点的数据变化，监测点的传感量数据变化和环境变化保持一致，并且与当时的气候环境较一致，说明数据正确反映了监测区域的环境变化。

四 结语

本文针对目前考古发掘现场的环境状况，采用高集成度的传感器节点作为数据采集源，利用无线传感器网络的特点以及优势，将传统文物保护与现代传感器技术相结合，设计了考古发掘现场动态环境监测系统。监测系统向文物保护工作者提供相关的采集数据，为其研究文物发掘及文物保护技术提供了重要依据。

参考文献：

[1]黄克忠.浅议文化遗产地的监测工作[N].中国文物报， 2011-02-25（第6版）.

[2]孙利民，李建中.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]李善仓，张克旺.无线传感器网络原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

第2篇：大气环境监测设计方案范文

关键词：交通施工；环保；公路环境保护

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.110

1 交通工程施工中的环境影响问题

现今在社会不断发展的过程中，人们环境保护越加的重视，尤其是在交通工程的施工中，也逐渐出现了一些节能环保措施。对于交通工程的环境问题来说，指在公路施工的过程中，由于施工活动而对环境造成的污染状况，并且不利于人们生存以及发展。对于公路施工，在施工过程中会产生大量的污染物，势必会影响自然环境，其中包括：选线不适当，破坏了沿线生态环境；公路带状延伸，会破坏到路域的自然风貌；公路通车运营成功后，那么行人以及车辆都会对公路沿线造成一定程度上的污染。

2 公路环境保护总体设计的设计要点

2.1 预先做好分析

在交通工程施工中的环保设计方案中，必须要结合实际的工程情况，能够对路网的规划进行有效的思考，尤其是相关建设条件，建设后O交通量等，都要进行全面科学的思考，从而来保证设计的科学有效性。必须是能被环境所接受允许的方案，此外还要做好各方面的数据分析，如：交通量增减变化给路线及其相邻路网所带来的噪声、废气污染；与城镇的规划配合及其影响；对古迹、风景区等的影响等。

2.2 依据不同环境，做好工程设计工作

公路选线应该将环境因素列入重要考虑依据，应结合地形、地貌，针对相应的环境特征进行相应的设计：针对平原地区，应着重论证以下影响因素：取土、填方、弃土对土壤耕作和农业资源条件的影响；针对山岭区公路，应着考察深挖对植被和自然景观的影响，以及对水土流失的影响等。

2.3 线形设计应采用合理技术标准

对于平纵线形的组着设计中，必须要充分的使汽车保持一个匀速行驶的状态。同时在对匝道以及互通式立交的各类路口进行线性设计中，必须要对车流的通畅行进行有效的思考，能够充分保证车流的通畅。对于环境敏感点的路段，在进行项目设计时候，可以利用交稿的平纵指标，这样将会有效避免出现一些急弯、爬坡以及陡坡等车道的出现。另外在对路基进行设计中，必须对工程地质进行考察，了解其实际情况，依照就地取材、因地制宜的原则，力求最大限度节约资源，做好环境保护设计，此外还要符合下列要求：数量等对坡面植被、河道流向等的影响；对弃方的数量以及位置应考虑其对自然环境的影响；路基综合排水系统应与当地排灌系统协调。

3 公路工程环境影响的评价

3.1 公路工程环境影响评价概念

在对公路进行建设的过程中，必须要对相关的环境进行有效的预测，同时也要可进行评价工作，从而来提出一些针对性的建议。一般来看，交通行业属于大型的基础性工程，其建设资金十分庞大，并且对人们的影响也十分远。所以在建设中必须要对其影响进行全面的思考，能够进行有效的评估，从而来采取有效的措施进行建设。

3.2 公路工程环境影响评价目的

要对交通施工中各类环境影响进行定量分析，从而来预测出相关的影响因素面对影响的范围以及结果有一个了解，从而来采取合适的方式进行预防处理，同时也为合理选线提供依据；利用损益分析方式，来对环境保护的措施进行分析设计，以此来降低在公路建设中存在的不利影响，从而来为交通工程建设中的环境保护与管理提供依据，促进交通建设工程的可持续发展与进步。

3.3 公路工程环境影响评价内容

目前，我国公路建设项目给环境带来的影响，其评价的内容主要包括：生态环境影响，噪声污染影响，社会经济环境影响以及大气环境影响。

3.4 公路工程环境影响评价方法

根据交通工程施工的路线长、面积广的特点，在对环境影响进行评估时，通常采用点线结合的方式，将环境敏感区着重体现出来。对生态环境、水环境、社会经济环境则采用调查分析法，对空气、噪声环境采用模式计算和类比分析法。

4 交通工程施工中贯彻环保理念

4.1 落实科学发展观

全面落实科学发展观，这是我们在生产生活中都要遵循的原则，将构建和谐社会作为发展的第一要求，坚持以人为本。政府要负责环保，社会各界要参与环保，突出重点、注重实效。在交通工程施工中，要正确处理工程建设与环境保护二者之间的关系，提高全体员工的环保意识；严格环境准入，力求在源头杜绝污染和生态破坏，严格控制污染排放总量；制定并完善环境保护法规、规章，加强制度建设，严格环境执法，要采用有效的行政手段来对环境问题进行处理以及解决，同时也要因地制宜分段规划，并采取有效建议来改善一些重点的地段，从而来充分的改善区域的环境质量。

4.2 提高公共环保意识

加强环境保护教育，提高公众意识，引导全民参与环保中来，这也是实现公路环保目标的重要途径，从思想上提高公众的环境保护意识。动员社会集体力量，为生态建设服务。

4.3 加强施工中的监督管理工作

要利用有效的形式进行宣传工作，以此来不断提升公路建设人员的环保意识，保证其在建设中能够避免对环境造成污染。另外要推行环境信息公告的制度，将公众力量引入到环保中来。加强环保社会监督机制，强化依法行政意识，强化环保执法检查力度，及时开展环境监测。

5 总结

建设是为了发展，但不应以牺牲环境为代价，只有政府切实的去管理，去整治，社会公众真正的提高环保意识，公路环境治理才能真正取得实效。污染是对未来经济的透支，随着交通工程的推进，公路工程项目建设，将会对地形以及自然景观等造成一定程度上的破坏，并且在后期的运营管理中，也会出现很大的污染状况。这样必须要采取有效的措施，针对各项问题制定针对性的对策，调动工种的积极性，共同进行环保事业，才能建设和谐清洁家园。

参考文献：

[1]郭剑勇，高峰，索慧敏.浅议地铁环保节约建设与施工新技术[J]. 四川建筑，2008（06）：40-41.

第3篇：大气环境监测设计方案范文

关键词：景区； 隧道群； 技术前期；研究要点；

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

项目背景及规模

1.1杭州属于世界风景名胜旅游名城。对西湖的保护历代都非常地重视，留下了许多人文墨客和名居、名寺、名园、名人。西湖景区面积为4235.76公顷。具有优良的生态环境、著名的人文环境和历史遗迹。对于生态环境、地下水的保护、大气环境、水土保持都非常敏感。为减少启动车尾气对景区环境的影响，杭州市城市建设前期办公室于2009年2月开始了杭州紫之隧道工程（紫金港路—之江路）的技术前期工作，并于2012年12月完成全部技术前期工作。

1.2杭州主城区三面环城一面山。紫之隧道地处杭州市西湖景区的西侧，项目设计全长 14.4公里。由三个连续特长隧道组成[东线：4899(隧道)+83（桥涵）+4052（隧道）+88（桥涵）+4987]。隧道全长13.938公里。项目以解决过境交通为主，兼顾区域通的双向六车道机动车专用隧道。在孟坞谷和西溪路设置匝道进行分级分流，为区域交通进行服务的总体设计模式。隧道等级为城市主干道。总投资为44.62亿元。它是目前世界上最大规模城市景区连续的隧道群。也是单洞最长的城市景区隧道。

紫之隧道工程区位图

二．技术前期专项研究的主要内容

城市风景区特长隧道群的技术前期工作，主要有以下几个方面的专项研究。工可阶段的地质勘探、植物生态调查及保护方案、地下水环境评价、水土保持方案研究、地震安全性评价、项目环境影响评价、地质灾害防治评估、工程可行性研究报告八个专项研究。

2．1工可阶段的地质勘探。

2.1.1勘探的目的：是为了了解项目的工程特征、工程方案的主要地质问题、为拟定隧道工程方案比选及编制可行行研究报告等提供地质资料。

2.1.2勘探的主要内容：收集区域地质构造、工程地质、水文地质、气象、地震、地形地貌特征；了解洞身段的围岩级别、地应力分布、水位地质条件、洞口稳定条件对环境的影响；了解沿线运输条件和水系状况。

2.1.3 勘探孔的布置：勘探孔可以和地下水环境影响调查布孔结合起来进行。勘探孔每个隧道不少于三个。线位巨中心线5-7米布置。深度进入隧道低下5米左右，便于方案深化时留有余地。

2.2植物生态调查及保护方案。

2.2.1植物生态调查的目的和意义。为评估项目建设对该区域植被与濒危植物的影响，查明隧道建设范围内的濒危植物与古树名木的种类与数量，提出合理的保护和迁移措施。并结合地下水及环境监测相关数据，评估紫之隧道的建设对该区域丘陵山区植被的影响。同时有利于长期监测隧道建设对该区域植被和生态环境的影响及动态变化，以维持该区域植被和生态环境的良好水平。

2.2.2植物调查的具体方式。第一部分，采用样本方法对隧道洞口左右、上下50米范围内的物种进行调查，评估其生物量、物种丰富度，并调查濒危物种以及古树名木，真实地反映资源量的客观情况，评估隧道建设过程中的生物量损失情况。第二部分，在每个隧道上方的三个山头设立样方调查点，记录植被类型，植物种类，各种植物的盖度，多度，生活型，高度，冠幅，胸径，以及生物量和分布地理信息等。

在隧道进出口上下、左右以及隧道上方山顶共取26个20 m × 20 m样方进行所有植物调查，并在调查样方内取3个5 m × 5 m样方进行灌木草本植物调查。

2.2.3 植物调查后保护措施。通过样方调查, 隧道施工区域共涉及的植物种类有56科，105属148种，其中多数种类为本地区常见属种，珍稀濒危植物仅有2种，分别为豆科的花榈木，和樟科的樟树，均为国家二级保护植物。因此对于施工区域内涉及到的少量珍稀濒危植物完全可以通过迁地保护的方式进行有效保护。

2.3 地下水环境评价报告。

2.3.1评价的依据。中华人民共和国环境保护标准HJ 610～2011《环境影响评价技术导则～地下水环境》。但本标准主要是对工业企业建设的地下水环境评价，在评价范围、评价等级，现场测试标准上面并不完全适合交通工程。对于建设项目要根据项目特征进行综合分析后确定。

2.3.2评价的目的。预测和评价建设项目实施过程中对地下水环境可能造成的直接影响和间接危害（主要是地下水流场或地下水位变化），特别是对地下泉水的影响而引起植被、水土流失、和居民生活生产的危害。针对这种影响和危害提出防治对策，预防与控制地下水环境恶化，保护地下水资源，为建设项目选址决策、工程设计和环境保护管理提供科学依据。

2.3.3评价等级的确定。

建设项目类别确定。首先要按照中华人民共和国环境保护标准HJ 610～2011《环境影响评价技术导则～地下水环境》，确定项目建设的类别。本项目为属Ⅱ类建设项目。

评价等级确定。评价工作等级应根据建设项目①地下水供、排水（或注水）规模、②引起的地下水水位变化范围、③建设项目场地的地下水环境敏感程度以及④可能造成的环境水文地质问题的大小等条件确定。确定本项目隧道工程区属于Ⅱ类三级。评价等级与项目的地下水观测年限有直接的联系。

2.3.4 评价范围的取用。要根据工程建设特点，涉及工程建设、永久生产运行可能引发地下水流场或地下水位变化主要为山体隧道段的引起地下水流场、地下水位变化，并结合水文地质单元进行。本项目评价范围面积约43km2。。

2.3.5评价的主要内容。地下水评价的主要工作内容有水文地质测绘、水文地质调查、水文地质钻探布置、水文地质试验、地下水位观测、室内试验六方面内容。

水文地质测绘。收集当地的气象条件，掌握降雨强度和降雨天数和时段，气压值、季节风向、年水汽平均蒸发量、冰冻天气和基本雪压等。调查现状的沟谷水系、地貌特征分析、

水文地质调查。要调查清楚地层的岩性、地质构造特征（如断层、褶皱、节理、层面）、地下水的类型（如空隙水的类别）、地下水的流场、划分地下水地质单元、分析地下水补、迳、排特征，

水文地质钻探。根据水文地质测绘和调查，进行地下水勘探孔位的布置。孔位的布置原则在每个隧道段，于隧道山体最高处的最大埋深区域进行三点横向孔位布置，和下游的横向三个地质钻探孔组成一对水文地质试验区。来获取地下水的流向和岩体空隙水的状况。同时结合工可阶段的地质勘探孔进行地下水的观测数据的记录。水文地质调查孔要与工可勘探孔进行综合一起布置。

水文地质试验。通过对孔位的压水试验，取得岩体的透水率q(Lu)、渗透系数 (m/d)，绘制出地下水监测成果图。为隧道工艺设计提供参数，确保在施工阶段不出现较大的地下水流失和喷岩，影响地表植物的生长和地下水系的改变，以及水土的流失。

地下水位观测。地下水位观测记录主要由钻探孔的地下水位观测和既有水井观测、溪沟、和其他能反映水位变化的区域的观测。

室内试验。主要是对岩样进行物理试验，对水样进行化学物质的测定，有否对钢筋及混凝土的腐蚀性物质的存在。

2.3.6地下水评价的结论和建议。要为隧道的走向和埋深提出建议性的意见，判定项目建设对植被、地下水流向、径流系数的改变、泉眼、生产生活用水的影响，以及提出隧道施工阶段的工法和防水措施、和水质对结构的影响程度做出科学的结论。

2.4.水土保持方案.

2.4.1水土保持目的。工程的建设将占用及扰动所用的土地。通过编制水土保持方案，评价项目对水土保持功能、水土涵养能力、土石方流失对区域植被、自然景观、河流、水库、土壤及周边居民安全等的影响程度。界定防治责任范围，提出相应的防治措施，最大限度地减小水土流失所带来的危害。提出方案实施的各项保证措施，做到水土保持设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用”的要求。

2.4.2水土保持方案的等级确定。等级的确定应根据区域生态功能规划建设项目的准入程度、和水土流失重点防治区的界限划分来确定水土保持方案等级。本项目属于龙坞风景区及水土流失重点防护区，因此本工程水土流失防治执行一级标准。

2.4.3 评价的主要内容。首先对项目建设的工程规模及形式、施工工艺、技术措施和开挖部位、出渣方式、临时渣场堆放场地、对外交通及场内交通布置、房屋拆迁、临时和永久的给排水系统、影响的绿化范围进行分析，确定水土保持界限区域面积。计算涉及区域的挖、填土方工程量和绿化影响面积。计算水土流失预测值、计算防治目标值[扰动土地整治率（%）、水土流失总治理度（%）、土壤流失控制比、拦渣率（%）、林草植被恢复率（%）、林草覆盖率（%）]。提出工程各区域水土流失防治目标。进行水土保持方案措施所需要的资金估算。

2.4.4 水土保持方案的主要保护措施。分析工程地质状况、土壤植被形态和地理地貌。对工程工程施工工艺、技术措施进行评价和作出优化方案的建议；对施工区域落实表土剥离及回铺、提出土方开挖的顺序和地表土的堆放要求；沉渣池的设置区域、容量和数量；开挖区的施工临时维护与边坡支护方案、地表的植被覆盖、渣土运输要求、临时道路边坡的植被覆盖、落实渣土去向。对项目建成后的绿化种植、植被恢复、土方回填提出要求。提出水土保持的监测和实施的保障措施。

2.5地震安全性评价报告

2.5.1地震安全性评价的主要目的：是对地震危险性分析计算以及场地地震动参数的确定（50年及100年的峰值加速度）。评价范围应不小于工程场地外延150km，近场区范围应不小于工程场地及其外延25km。

2.5.2地震安全性评价的主要方法：是通过对近场区地质及工程场地范围内翔实的地震、地质、地球物理、工程勘察、工程物探等方面的资料，进行综合分析、整理后，制定具体的野外及室内工作方案。通过数据模型的建立和现场实验(土层的分层剪切波速测试、分层取土进行室内共振柱试验)，进行综合分析和计算后对项目的安全性作出准确的评价和建议。

2.5.3场地危害性分析。通过对项目地震带的活动性、震源及深度、地质构造、断裂带的稳定性进行分析。主要的内容有地震活动性参数、地震活动特征统计分析、地震动衰减关系、地震危险性概率计算、基岩加速度反应谱曲线、基岩地震动时程。

2.5.4场地地震动参数的确定。地震动参数是工程抗震等级确定的一个重要依据，是结构抗震设计的基础性数据。主要是在50年超概率（63%、10%、2%，），和100年超概率（10%、5%、2%）状态下合成值的基岩水平加速度，作为工程设计的峰值加速度。

2.6地质灾害评估

根据国土资源部《地质灾害防治管理办法》第15条规定，城市建设、有可能导致地质灾害发生的工程项目建设和在地质灾害易发区内进行的工程建设，在申请建设用地之前必须进行地质灾害危险性评估。

2.6.1评估的主要目的：项目建设是否会引起地质的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。预测评价地质灾害的可能程度,进行地质灾害风险评估或地质灾害风险评价。

2.6.2评估的范围。以实际征地边界及考虑实际地质环境条件和地质灾害危险性影响，进行纵横穿越调查，及根据地质灾害发育情况确定范围。本项目南到钱塘江，北到文三街，东到西湖景区分水岭、西到大清谷路，评估面积13.1平方公里。

2.6.3评估级别的确定：主要根据地质环境条件的复杂程度和建设项目的重要性分级确定。本项目按一级评估。

2.6.4评估的基本内容和方法：进行地质环境在水文、气象、地貌、岩性、地层构造、工程地质条件的现状调查和分析，评价现状地质灾害活动的危险程度和预测地质灾害危险区受灾体的可能破坏程度,即地质灾害的危险性评价和灾害区的易损性评价,通过对既有建筑、构筑物、溪沟、湖泊的评估，进行单项指标或综合指标定量化反映地质灾害的主要特点和破坏损失程度。对隧道山体岩体爆破及基坑支护引起地质灾害事件的发生概率及发展速率的作出确定，进行危害范围及危害强度分区，区域危险性区划等。

2.7环境影响评价报告书

2.7.1环境影响评价的目的：通过对水环境、生态环境、社会环境、环境质量现状调查及环境影响预测分析，进而对项目污染防治、工程设计方案提出切实可行的环保对策和措施。为工程设计文件的和工程建设提供环境保护的依据。

2.7.1评价等级的确定。主要确定地下水环境评价、声环境、环境空气、水环境、生态环境的等级。本项目地下水环境评价等级为Ⅱ类三级，其他都为二级评价。

2.7.2评价范围。声环境、环境空气、社会环境评价为规划红线两侧200m范围内，生态环境为红线两侧300m，水环境跨越河流为两侧500m。

2.7.3评价及措施的主要内容。营运期间的地下水环境评价、水土保持方案评价、植物生态影响及保护方案评价、地表水系的影响分析与评价、机动车噪音的环境影响评价、机动车尾气的排放影响评价、工程通风方案的评估计、雨污水系统排放方式的评价以及相应的措施；施工期间的噪音防治及措施，大气污染防治措施、污水排放对地下水及地表水系等的影响分析和防治，有害垃圾及渣土等固体废物的分析和防治措施，土方开挖及施工便道对生态的影响分析与措施，隧道爆破引起的震动污染防治措施，和房屋拆迁对社会环境的影响分析和评估。

2.8工程可行性研究报告编制

工程可行性研究报告编制根据现有《市政公用工程设计文件编制

深度规定》需要从以下几个方面进行深化和补充。

2.8．1.建设项目的定位：景区隧道群主要是解决过境交通为主，

同时兼顾区域交通。如果在项目定位上不能科学地加以明确，如以区域交通为主，那么对于工程设计来说，投资的增加是必然的。而且对于景区的环境影响会带来更大损害。如水土保持、生态环境、水系的影响等。也会给区域的交通带来更大的压力，会出现整个区域交通路网格局的调整。

2.8.2.对规划选址论证报告的评估：规划选址论证报告提出的线

位着重解决的是项目的位置和规模。对于竖向设计、施工工艺、节点的技术性设计深度是远远不够的。考虑环境的制约因素也不多。如植物、树林、茶地、溪沟、地下管线交叉、既有桥梁限制等的技术节点、敞开段开挖的交通组织、隧道的施工方式、出渣通道、管理用房的规模及选址、既有建筑及文物古迹等都有可能会引起线位的调整。同时围岩等级、地震带的影响也会引起规划线位的调整。

2.8.3交通问题的研究。对于两端接线要科学地分析进出口的交通状况，切实解决过境交通与区域通的分流问题，以及出口段地面道路的路幅宽度是否能满通组织的要求，对于行人过街的安全·问题是否有切实的保障。如果以上这些存在问题和不足，就必须对原有的规划控制性详规进行调整。优化路网结构或加大道路红线宽度。

2.8.4隧道开挖方法的研究。上体隧道段开挖方法主要受到围岩等级的影响，开挖方法主要有钻爆法。爆破用的药量是影响开挖的进度要根据所处地域的外部环境来决定，如是否有环境影响的敏感点，社会影响问题等。钻爆法分为分层法或断面法等，这都与围岩等级有关。地面接线段隧道埋深要根据所涉及的地质状况、沿线建筑物、构筑物、桥梁、地下管线、交通组织等外部环境来综合确定。施工工艺采用暗挖法，即可以解决由于地层不均匀引起的施工难度及投资的节约。敞开段的支护方法也要综合考虑交通的组织和施工的难度。

2.8.5灯光照明设计方案。由于是连续特长隧道群，在行车舒适度上面存在一定的问题。因此只有通过洞内的装饰及灯光色彩的变换来改善行车的疲劳度，同时使室内的色彩及效果变得丰富及富有艺术性。

2.8.6配电系统网络构成的选择：配电系统是确保照明、通风、给水、排水、智能交通、消防、防雷、监控、车辆服务、管理用房供电不间断的重要基础设施。变电所设置的服务半径按0.6—1.2公里范围进行布置。高压网络供电方式有分散供电方式、集中供电方式、和混合供电方式三种。对于等级高的城市隧道群采用混合供电方式优于前两种供电方式。中压网络供电方式有小串接环网方案、小串接环网方案+联络开关方案、大串接环网方案三种。由于城市外部电源均失的几率很低，易于满足供电可靠性要求，因此对于城市隧道群还是采用小串接环网方案比较经济，一次性投入低。同时实施性好，占地面积也小。也便于管理。

2.8.7监控及通信系统方案的选择：监控管理模式有一级管理两级控制（隧道群串联控制型）、和一级管理三级控制（隧道群并联控制型）。从安全性而言一级管理三级控制高于前者。其中一个隧道的失控状态不会引起隧道全部的瘫痪。

2.8.8中央系统管理系统：是一个系统集成的中心。主要是对照明、通风、给水、排水、智能交通、消防、防雷、监控、火灾报警系统、车辆服务、管理用房各系统的集成。实现管理智能化、措施高效化、对点精确化、数据科学化。

2.9.9估算的编制：项目估算编制中首先要对分析清楚有多少个专项研究，分别列支研究费用。同时哪几个专项研究相应地在实施过程中进行监理的、和检测的，这些费用也需要列支。其他的项目建设单位管理费用标准需要按地方标准执行。征地拆迁的土地费用按土地性质进行市场化编入，房屋拆迁也按市场价进行列入，同时适当考虑为鉴房屋的费用支出。对于绿化迁移费用按政府投资项目类的市级标准执行。对于整个项目的景观绿化工程要以高等级的标准进行建设，使整个项目建成的后的绿化环境有一个较大的提高。

3.项目专项研究的推进与管理。

3.1 对于项目专项研究的管理与推进，作为项目业主要对相关的主要规范、政府行政性文件进行阅读，特别是涉及到产生专业之间、和各行政政府管理上产生的不同要求时，需要统一编制的口径，提出统一的措施和要求，为工程设计提供依据。

3.2编制项目研究大纲。对于地下水环境评价、水土保持方案、环境评价报告、工可阶段的地质勘察需要提前编制工作大纲，专项研究报告的编制有一个更为准对性的实施方案，和协同其他专业工作带来指导性的意见和帮助。

3.4 组织召开协调推进会。根据专项研究的进程，项目业主要及时召开专项研究协调会，对于编制专项研究报告中存在的问题及时予以统一和明确。这对项目研究的推进工作使非常有必要的。

4.结论。

城市景区隧道群的技术前期工作，所涉及八个方面的主要研究专题，对于项目的工程设计及建设具有重要的技术支撑和保障作用。特别是对于生态环境的保护能做到有准对性和管理上职责范围的确定。因此，作为工程设计单位、专项研究单位、建设管理单位、施工单位都有必要了解和基本知晓每个专业所研究的目的、内容和所涉及到的相关问题，在实际建设中落实相关的保障措施。对于有效做好项目的技术前期工作和工程设计文件的严谨与科学，使工程建设在功能、生态保护、社会效益、经济效益方面产生积极的作用。

参考文件：

浙江华东建设有限公司《杭州市紫之隧道地下水环境影响报告》

浙江华东建设有限公司《杭州市紫之隧道工程可研阶段水文地质、工程地质勘探大纲》

浙江华东建设有限公司《杭州市紫之隧道工程地质灾害危害性评估报告书》

浙江大学《杭州市紫之隧道工程植被调查报告》

浙江广川咨询有限公司《杭州市紫之隧道工程水土保持报告书》

浙江省工程地震研究所《杭州市紫之隧道工程场地地震安全评价报告》

浙江环科环境咨询有限公司《杭州市紫之隧道工程场环境影响评价报告书》