尤冬梅1,黄智芳2,张丽华1
(1.交通部管理干部学院公路工程管理教研部,北京 101601;2:湖南城市学院土木工程学院,湖南益阳 413000)
摘 要:文中从公路选线对环境影响评价的角度,提出了山区公路路线方案环境影响评价模糊多准则模型,运用该评价模型理论实现方案的综合决策。实例分析表明,该模型客观、简洁,决策过程明了,具有较好的实用价值。
关键词:公路;山区公路;环境影响评价;模糊多准则评价模型
中图分类号:U412.1 文献标识码:A 文章编号:1671-2668(2009)04-0159-04
路线方案比选中环境影响是重要的评价因素之一,在确定山区公路路线方案中环境影响评价是工程建设中进行环境考虑的主要体现。尤其是在路线需穿越自然保护区和风景名胜区时,既要考虑工程影响、运营条件、山区地质构造复杂等选线因素,又要考虑植被破坏、噪声污染等环境因素。各个方案比选指标相互影响,相互交叉,要选出一条经济合理、安全可靠的线路,环境影响评价显得尤其重要。要搞好山区高等级公路的环境保护,必须将公路景观设计、环境美化及环境保护工程有机地结合起来。
1 山区公路路线方案环境影响评价指标体
系的构建
1.1 评价指标体系构建的原则
1)可比性选择。在确定评价指标和标谁时,应
考虑时间与空间的变化及影响。指标的选择要保证同趋势化,使公路路线方案的评价指标在横向上(区域间)、纵向上(时间轴上)具有可比性。
2)系统性原则。由于公路路线方案的评价是一个涵盖多因素、多目标的复杂系统,评价指标体系应力求全面反映该公路路线的综合情况,正确评估系统与外部环境的关联,既能反映直接效果也能反映间接影响,以保证评价的全面性、可靠性。
3)定量与定性指标相结合原则。在公路路线方案评价中,就目前发展水平而言,有些影响是难以定量的,无法用模型去精确量化,若忽视了这些方面的影响就会失去评价的全面性。所以,要定量和定性相结合,采用模糊量化或尺度量化等定性分析量化技术。
1.2 评价指标体系的构建
公路路线方案环境影响评价是一个系统工程,各个因素之间互相影响,相互制约,不能单一考虑。根据系统工程学及系统层次原理,在分析山区公路路线方案环境影响评价的各个影响因子后,依据《公路建设项目环境影响评价规范》,结合路线方案评价专家意见,将不同因子划分不同层次,用图1说明其层次递阶结构与评价因子的从属关系
。
图1 山区公路路线环境评价指标体系
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价[J ].公路与汽运,2008(3).收稿日期:2009-01-22
图1中,目标层O 为山区公路路线方案环境影响评价结果;准则层E 由社会环境影响、生态环境影响、环境空气影响、环境噪声影响组成;评价因子层e 由准则层下各级评价因子组成。
2 山区公路路线方案环境影响模糊多准则
评价模型
山区公路路线方案的环境评价受许多具有模糊性的客观因素和主观因素的影响,所以建立一套科学而全面的山区路线方案的环境综合评价体系十分必要。评价指标以大量实际调查资料为基础,并广泛吸收有关专家的研究成果,按照模糊数学理论综合归纳、分析、研究对比后建立。模糊多准则评价是系统工程理论中对非定量问题分析的有效评价方法,本文采用其原理建立山区公路路线方案环境影响评价模型。
2.1 模糊多准则评价因子权重的确定
评价因子的权重对模糊多准则评价起着至关重要的作用。通过图1可以看出,山区公路路线方案环境影响评价需要考虑的因素众多,如何确定各个评价因子的权重,是构造评价模型的重要一步。用模糊综合评价法确定准则层E 的第r 准则相对于
目标层O 的权重值为ωr ,评价因子层e 的第i 个指标相对于准则层r 准则的权重值为ωri ,则利用权重传递法可以求出评价因子层e i 相对于目标层O 的权重值
ωi =
∑
m
r =1
ωr
E r
・
ωri e ri (i =1,2,3,…,n )(1)
且满足ωi ≥0,
∑
m
r =1
ωi
=1。
2.2 评价指标特征值的提取
设准则层E i 有n i 个评价指标,对于方案层中的方案o j ,可用向量x i j 来表示n i 个评价因子的特征值。对于准则层因子E i ,m 个方案的评价因子的特征值可用矩阵表示:
X i
=
x 11
x 12…
x 1
m x 21
x 22
…
x 2m
…
…
x kj
…
x n i 1
x n i 2
…
x n i m
=[x kj ]n i ×m
(k =1,2,…,n i ;j =1,2,…,m )
(2)
式中:x kj 为在第E i 个准则下第j 个路线方案的第k 个评价因子的特征值,该特征值既包含定量指标,也包含定性指标。
2.3 定性指标与定量指标的无量纲化处理
山区公路路线方案环境影响所涉及的评价因子通常也包括效益型指标、成本型指标、固定型指标和区间型指标。所谓效益型指标是指属性值越大越优的指标;所谓成本型指标是指属性值越小越优的指标;所谓固定型指标是指属性值既不能太大也不能太小,以稳定在某个固定值为最佳的指标;所谓区间型指标是指属性值以落在某个固定区间内为最佳的一类指标。
不同的评价因子往往具有不同的量纲和量纲单位,为了消除量纲和量纲单位不同所带来的不可比性,评价之前应对评价因子进行标准化处理。
对于成本型定量指标特征值,用下式来计算相对隶属度r kj :
r kj =
1
x kj ≤min (x kj )
max (x kj )-x kj
max (x kj )-min (x kj )
a
min (x kj ) x kj ≥max (x kj ) (3) 对于效益型定量指标特征值,用下式计算相对隶属度: r kj = 1 x kj ≥max (x kj ) x kj -min (x kj )max (x kj )-min (x kj ) a min (x kj ) x kj ≤min (x kj ) (4) 对于固定型定量指标特征值,用下式计算相对隶属度: r kj =1-|x kj -x 3i | max|x kj -x 3i | (5) 式中:x 3i 表示定量指标的最佳稳定值。 对于区间型定量指标特征值,用下式计算相对隶属度: r kj = 1-Q 1-x kj max (Q 1-min x kj ,max x kj -Q 2) x kj >Q 11 x kj ∈[Q 1,Q 2]1-x kj -Q 2 max (Q 1-min x kj ,max x kj -Q 2) x kj >Q 2 (6) 式中:[Q 1,Q 2]为定量指标的最佳稳定区间,取a =1的线性形式;max (x )、min (x )分别表示取各方案相应指标特征值的最大值与最小值。 对于定性指标,采用专家评分的方法对其进行量化,量化标准如表1所示。分析其特征,将其分 类,然后采用计算定量指标隶属度的方法计算其相对隶属度。 表1 定性指标评分标准 定性指标评分标准 0～20 20～40 40～60 60～80 80～100 资源利用的影响 严重影响明显影响轻微影响基本影响无影响对野生动植物及其栖息地的影响 严重影响 明显影响 轻微影响 基本影响 无影响 2.4 优属度求解 通过评价指标的无量纲化方法,可将特征值矩阵式(2)转化为下列隶属度矩阵: R =(r kj )n i ×m (k =1,2,…,n i ;j =1,2,…,m ) (7) 优属度U 按下式计算: U =R .W = r 11r 12…r 1 m r 21 r 22 … r 2m … … r kj … r n i 1 r n i 2 …r n i m .ω1ω2… ωm = u 1u 2 … u m (k =1,2,…,n i ;j =1,2,…,m ) (8) 式中:W 为评价因子的权重集合。 由式(8)可计算出系统中各方案的优属度,比较矩阵U 的u j ,max (u 1,u 2,…,u m )对应的方案就是最优评价,即环境影响最小的设计方案。 3 实例分析 以包头至临河高速公路包头境内路段为例,对其路线方案进行环境影响评价,选出对环境影响最小的方案。该项目位于华北断块区的西北部,主要 包括山西高原北部、鄂尔多斯黄土高原和阴山东西 向构造带等,路线经过区域以山岭区为主要地形形式;项目区域分布的河流有昆都仑河、黄河、罕台川河;据初步考察,路线经过区域的矿产资源有铁、稀土、铌、钛、锰、金、铜等15个矿种,6个矿产类型;列入国家重要保护的稀有物种有黄耆、蒙古扁桃;野生动物有6种,其中青羊、雪豹是国家二级保护珍稀动物,獾、豹、野猫、蒙古兔等是内蒙古自治区级的保护动物。3.1 确定评价因子体系 山区公路路线方案环境影响评价评价因子体系从社会环境影响、生态环境影响、环境空气影响、环境噪声影响四个大准则入手,结合路线走向的自然环境及地形特点,选取评价因子层中的因子,对包头至临河高速公路包头境内的路线环境评价评价因子数据进行提取,通过实地勘察数据并结合专家对定性因素的评分,得到包头至临河高速公路包头境内路线环境评价评价因子遴选表(见表2)。3.2 确定评价因子权重 由专家对表2中的准则层因子和评价因子层因 子结合山区公路的路线特点进行认真评价,给出其初步权重(见表3)。 表2 包头至临河高速公路包头境内路线环境评价评价因子遴选表 准则因子层E 评价因子层e i 方案A (南线) 方案B (北线) 方案C 社会环境影响 资源利用的影响/分784345景观环境的影响/m 2 563006321054369生态环境影响 对野生动植物及其栖息地的影响/分 809080水土流失的影响/m 253426.23 45726.28 575.46 水环境的影响/分 506080环境空气影响 环境空气现状评价(NO x )/(mg ・m -3)0.0100.0030.007环境空气预测评价(NO x )/(mg ・m -3) 0.0420.0320.054环境噪声影响 环境噪声现状评价/dB 456055环境噪声预测评价/dB 75 90 70 准则因子权重ωr评价因子权重ωri 社会环境影响ω1=0.315资源利用的影响ω11=0.677景观环境的影响ω12=0.323 生态环境影响ω2=0.270对野生动植物及其栖息地的影响ω22=0.283水土流失的影响ω22=0.283 水环境的影响ω23=0.434 环境空气影响ω3=0.225环境空气现状评价(NO x)ω31=0.350环境空气预测评价(NO x)ω32=0.650 环境噪声影响ω4=0.19环境噪声现状评价ω41=0.350环境噪声预测评价ω42=0.650 经计算并归一化处理,得评价因子层因子的综合权重向量: ω=[0.2133,0.1017,0.07,0.07, 0.1172,0.0788,0.1463,0.0665,0.1235] 由因子的综合权重可知,环境影响评价中,资源利用的影响、环境空气预测和环境噪声预测的权重相对较大,分别为0.2133、0.1463和0.1235,与实际路线方案环境评价中将这三个指标作为重要考虑的原则一致。 3.3 决策因子的相对隶属度计算 对表2中决策因子进行无量纲化,对于定性指标依据表1进行量化,并将所有的决策因子进行分类,分别对“效益型指标”、 “成本型指标”、 “固定型指标”、 “区间型指标”进行隶属度计算,得到隶属度计算矩阵: R(3,9)=1.00000.00000.0571 0.78160.00001.0000 0.00001.00000.5000 0.36731.00000.0000 0.00000.33331.0000 0.00001.00000.4286 0.54551.00000.0000 1.00000.00000.3333 0.75000.00001.0000 根据式(8)得到各方案的优属度向量: U=(0.5597,0.4169,0.4487) 根据优属度最大原则,三种备选方案环境影响评价结果为方案A对环境影响最小,所以将其作为推荐方案。 3.4 结果分析 本模型对各个备选方案进行综合加权关联度计算、整体排序,认为方案A为最优方案,与实际结果相符。与专家组传统的评定过程相比,本研究所建立的山岭区公路选线评价模型具有简便、可操作性强等特点。实例运用表明,将该模型运用到公路路线方案评价能够取得较好的效果。 参考文献: [1] Saaty T L.Modeling unstructured decision problems theory of analytical hierarchies[J].Mathematicsand Computersin Simulation,1978,20(3). [2] 陈 业,邱宛华.多目标合作决策群优化的极大熵法 [J].系统工程理论与实践,1998(1). [3] 卢 毅,张 巍.高速公路建设项目节能模糊综合评 价模型及应用研究[A].中国交通发展论坛论文集 [C].2008. [4] Yunbo Li,Qiping Shen,Heng Li.Design of spatial de2 cision support systems for property professionals using MapObjects and Excel[J].Automation in Construc2 tion,2004(13). [5] 李,薛 波,邓域才.铁路选线设计方案多目标决 策模糊优选模型及其应用研究[J].西南交通大学学 报,2000,35(5). [6] 包头至临河高速公路可行性研究报告[R].2005. [7] J TJ005-96,公路建设项目环境影响评价规范(试行) [S]. [8] 郭一丹,郭云开,夏 丹,等.公路施工与环境保护[J]. 公路与汽运,2007(1). [9] 唐剑锋.公路环境景观模糊综合评价方法[J].公路与 汽运,2007(4). 收稿日期:2009-03-14下载本文
