涉及鐵路環(huán)境敏感區(qū)選線多方案評(píng)價(jià)指標(biāo)模型

【摘 要】自然環(huán)境問題影響著鐵路建設(shè)過程中的每一個(gè)階段，隨著鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展，鐵路線路必然會(huì)涉及自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)。文章簡述環(huán)境敏感區(qū)的定義與范圍，根據(jù)鐵路線路與環(huán)境敏感區(qū)的空間關(guān)系，通過設(shè)定相應(yīng)指標(biāo)，建立一個(gè)可以作為經(jīng)過敏感區(qū)方案比選的評(píng)價(jià)模型，為多方案設(shè)計(jì)過程提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境敏感區(qū); 鐵路選線; 評(píng)價(jià)方法; 方案比選; 層次分析法

【中圖分類號(hào)】U212.32【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

交通是國家發(fā)達(dá)與發(fā)展的前提，鐵路是國民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈、是國家極為重視的基礎(chǔ)設(shè)施和百姓最為普及的交通工具，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的地位和作用不言而喻。而鐵路并不能獨(dú)立存在，談到鐵路，必然要將鐵路與鐵路線周圍的空間系統(tǒng)聯(lián)系在一起。鐵路建設(shè)項(xiàng)目作為一種線型工程，過程中需要考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素設(shè)置車站，因此將會(huì)路經(jīng)較多的地區(qū)，必然會(huì)涉及眾多類型的環(huán)境敏感區(qū)。在鐵路選線設(shè)計(jì)階段，常會(huì)出現(xiàn)選線線路不可避免地涉及到環(huán)境敏感區(qū)，面對(duì)多方案涉及環(huán)境敏感區(qū)選線比選問題，本文將根據(jù)鐵路線路與環(huán)境敏感區(qū)空間關(guān)系建立鐵路環(huán)境敏感區(qū)評(píng)價(jià)模型，通過空間模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型得到線路對(duì)于環(huán)境敏感區(qū)影響程度的結(jié)果，進(jìn)而得到較好的選線方案。

1 環(huán)境敏感區(qū)的定義與范圍

2017年9月1日起施行的《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)分類管理名錄》中稱環(huán)境敏感區(qū)是指依法設(shè)立的各級(jí)各類保護(hù)區(qū)域和對(duì)建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生的環(huán)境影響特別敏感的區(qū)域，主要包括生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)或者其外的下列區(qū)域：

（1）自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、世界文化和自然遺產(chǎn)地、海洋特別保護(hù)區(qū)、飲用水水源保護(hù)區(qū)。

（2）基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、基本草原、森林公園、地質(zhì)公園、重要濕地、天然林、野生動(dòng)物重要棲息地、重點(diǎn)保護(hù)野生植物生長繁殖地、重要水生生物的自然產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場和洄游通道、天然漁場、水土流失重點(diǎn)防治區(qū)、沙化土地封禁保護(hù)區(qū)、封閉及半封閉海域。

（3）以居住、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育、科研、行政辦公等為主要功能的區(qū)域，以及文物保護(hù)單位。

在以往的建設(shè)發(fā)展中，城鎮(zhèn)建設(shè)進(jìn)而產(chǎn)業(yè)發(fā)展總是以忽視及犧牲生態(tài)資源為代價(jià)，生態(tài)空間在城鎮(zhèn)和工業(yè)發(fā)展的迅猛勢頭下不斷被擠壓，生態(tài)資源利用程度較為低效。同時(shí)，生態(tài)資源有著不可再生且較為脆弱的特性，因此人們一旦缺少保護(hù)的意識(shí)，生態(tài)資源很有可能在不知不覺間受到損害。環(huán)境敏感區(qū)的保護(hù)對(duì)于維護(hù)國家、區(qū)域生態(tài)安全，推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展，建設(shè)美麗中國至關(guān)重要。因此國家提出管理名錄，強(qiáng)化人們對(duì)于環(huán)境敏感區(qū)的重視程度。

環(huán)境敏感區(qū)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展建設(shè)過程中至關(guān)重要，鐵路建設(shè)受到環(huán)境的嚴(yán)重制約同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響也特別突出。鐵路選線研究也需要將環(huán)境敏感區(qū)作為重要參考因素，應(yīng)用在實(shí)際設(shè)計(jì)建設(shè)當(dāng)中。

2 鐵路環(huán)境敏感區(qū)評(píng)價(jià)模型

2.1 鐵路環(huán)境敏感區(qū)評(píng)價(jià)范圍及工作內(nèi)容

本文根據(jù)《鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目影響評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》確定評(píng)價(jià)范圍：鐵路外側(cè)軌道中心線兩側(cè)3 km以內(nèi)區(qū)域，僅針對(duì)自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、文物保護(hù)單位，六種普遍存在的環(huán)境敏感區(qū)域進(jìn)行討論。

普遍認(rèn)為環(huán)境敏感區(qū)在設(shè)計(jì)鐵路線路3 km以外認(rèn)為該線路對(duì)環(huán)境敏感區(qū)造成影響可忽略不計(jì)，不參與環(huán)境敏感區(qū)影響的判斷。因此，環(huán)境敏感區(qū)影響評(píng)價(jià)模型針對(duì)所選評(píng)價(jià)段線路3 km以內(nèi)范圍作為評(píng)價(jià)依據(jù)。

本模型旨在構(gòu)建能夠體現(xiàn)鐵路線路方案對(duì)于區(qū)域內(nèi)環(huán)境敏感區(qū)的影響程度量化數(shù)值。

2.2 鐵路環(huán)境敏感區(qū)影響評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2.1 面積指數(shù)P1

在目標(biāo)范圍內(nèi)，環(huán)境敏感區(qū)面積決定了鐵路線路對(duì)環(huán)境敏感區(qū)影響程度。因此定義環(huán)境敏感區(qū)面積指數(shù)P1用來定義任一環(huán)境敏感區(qū)在范圍內(nèi)的面積占比見式（1）。

式中：P1為環(huán)境敏感區(qū)A的面積指數(shù);SA為環(huán)境敏感區(qū)A部分面積，km2;S為評(píng)價(jià)段范圍總面積，km2。

2.2.2 距離指數(shù)P2

在目標(biāo)范圍內(nèi)，環(huán)境敏感區(qū)與鐵路線的距離是決定影響程度的關(guān)鍵。因此定義環(huán)境敏感區(qū)距離指數(shù)用來定義任一環(huán)境敏感區(qū)在范圍內(nèi)距離鐵路線的遠(yuǎn)近程度見式（2）。

式中：P2為環(huán)境敏感區(qū)A距離指標(biāo);DA為環(huán)境敏感區(qū)A與評(píng)價(jià)線路的最短距離，km;D為選取評(píng)價(jià)段范圍的最大距離（一般取3km），km。

2.2.3 類型指數(shù)P3

環(huán)境敏感區(qū)存在自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、水源保護(hù)區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園、文物保護(hù)單位等不同類型，線路對(duì)于不同類型的環(huán)境敏感區(qū)的影響存在差異，因此為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性，評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該明確不同類型環(huán)境敏感區(qū)的權(quán)重。因此我們可以對(duì)環(huán)境敏感區(qū)選線評(píng)價(jià)類型指數(shù)按照敏感區(qū)不同性質(zhì)分類如表1所示。

確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的重要程度有多種方法，如專家評(píng)定法、指標(biāo)敏感度法、層次分析法。其中層次分析法采用各指標(biāo)兩兩相比的方法確定各指標(biāo)權(quán)重，具有可操作性強(qiáng)、系統(tǒng)化和過程簡潔等優(yōu)點(diǎn)，故本文采用以下所示的層次分析法確定權(quán)重。

采用Saaty提出的九標(biāo)度確定一級(jí)指標(biāo)U1、U2、U3…Un對(duì)類型指數(shù)的影響比值并構(gòu)成判斷矩陣A見式（3）。

根據(jù)專家給出的建議和其他因素構(gòu)建判斷矩陣并求得特征向量為W=（0.232 3，0.167 6，0.097 0，0.054 4，0.095 8，0.352 9），通過一致性檢驗(yàn)。整理得到不同類型環(huán)境敏感區(qū)的類型指數(shù)如表3所示。

2.2.4 形狀指數(shù)P4

環(huán)境敏感區(qū)位于評(píng)價(jià)線路范圍內(nèi)，在面積、距離、類型都相同時(shí)，環(huán)境敏感區(qū)的形狀也會(huì)對(duì)因?yàn)榫€路產(chǎn)生不同的影響。在同樣面積、距離、類型的情況下，有著沿鐵路線趨勢的環(huán)境敏感區(qū)相較于遠(yuǎn)離鐵路線方向趨勢的環(huán)境敏感區(qū)會(huì)受到更大的影響。因此我們引入形狀指標(biāo)的概念，我們定義連接環(huán)境敏感區(qū)中心與距離鐵路線最近點(diǎn)，連線垂直方向敏感區(qū)投影長度與連線方向投影長度和垂直方向敏感區(qū)投影長度之和的比值記為形狀指數(shù)，計(jì)算公式如式（9）所示。

式中：P4為環(huán)境敏感區(qū)A的形狀指數(shù);L0為環(huán)境敏感區(qū)A中心與線路最近點(diǎn)連線垂直方向投影長度，km;L1為環(huán)境敏感區(qū)A中心與線路最近點(diǎn)連線方向投影長度，km。

2.2.5 曲線位置系數(shù)f

另外，我們注意到在目標(biāo)范圍內(nèi)環(huán)境敏感區(qū)位于曲線附近時(shí)存在兩種情況，即環(huán)境敏感區(qū)在曲線內(nèi)圈（區(qū)域與曲線圓心位于線路同側(cè)）方向或曲線外部（區(qū)域與曲線圓心位于線路兩側(cè)）方向，顯然當(dāng)敏感區(qū)位于曲線內(nèi)部時(shí)，線路對(duì)于敏感區(qū)的影響將遠(yuǎn)大于外部。因此我們引入一個(gè)方向系數(shù)f，得到敏感區(qū)與曲線位置對(duì)于敏感區(qū)的影響因素。

我們?nèi)∶舾袇^(qū)中心O與線路最近點(diǎn)M，在線路距點(diǎn)M前后0.05 km各取一點(diǎn)X、Y。這時(shí)我們得到兩個(gè)角度，∠OMX=θ1、∠OMY=θ2，我們定義曲線位置系數(shù)f計(jì)算公式如式（10）所示。

式中：ρ為點(diǎn)M處的曲率半徑。

2.3 鐵路對(duì)環(huán)境敏感區(qū)影響評(píng)價(jià)模型

上面考慮了環(huán)境敏感區(qū)在目標(biāo)范圍內(nèi)的前四個(gè)影響指標(biāo)，綜合四個(gè)影響指標(biāo)即可得到任意環(huán)境敏感區(qū)所收到的影響指數(shù)。但研究得到的影響指數(shù)實(shí)際對(duì)于真正的影響程度存在差異，即面積、距離、類型、形狀對(duì)于線路對(duì)于環(huán)境敏感區(qū)的影響程度存在不同，為了得到每一類型的影響指標(biāo)的影響程度，我們賦予每項(xiàng)影響指數(shù)相應(yīng)的權(quán)重見式（11）。

式中：wj為j指數(shù)的對(duì)應(yīng)權(quán)重。

為了得到影響指數(shù)相應(yīng)的權(quán)重，我們?cè)俅卫脤哟畏治龇?gòu)建判斷矩陣并得到特征向量，通過一致性檢驗(yàn)后得到指標(biāo)權(quán)重：

在得到由四個(gè)影響指標(biāo)構(gòu)成的影響指數(shù)公示后，根據(jù)前文對(duì)于曲線位置影響因素的研究，最終可以得到一個(gè)將鐵路線對(duì)環(huán)境敏感區(qū)影響程度量化的數(shù)值，將研究范圍內(nèi)所有敏感區(qū)影響程度量化的數(shù)值求和，則為該段線路對(duì)環(huán)境敏感區(qū)總影響量，定義為鐵路環(huán)境敏感區(qū)評(píng)價(jià)值S見式（12）。

3 結(jié)論

環(huán)境敏感區(qū)對(duì)于國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為重要卻又非常脆弱，需要我們盡可能減少對(duì)于環(huán)境敏感區(qū)的負(fù)面影響。在鐵路項(xiàng)目建設(shè)初期，方案比選時(shí)應(yīng)盡可能地選擇避讓環(huán)境敏感區(qū)的方案，在無法避免途徑環(huán)境敏感區(qū)時(shí)，應(yīng)通過環(huán)境敏感區(qū)模型計(jì)算得到對(duì)環(huán)境敏感區(qū)影響程度最小的線路方案，科學(xué)論證選址合理性，控制鐵路項(xiàng)目對(duì)環(huán)境敏感區(qū)的影響，使鐵路建設(shè)與敏感區(qū)的環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展科學(xué)并存。

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[定稿日期]2021-03-26

[作者簡介]張博涵（1996～），男，在讀碩士，研究方向?yàn)殍F路選線設(shè)計(jì)。