海安至洋口港新建鐵路環(huán)境模糊數(shù)學(xué)評價

潘 惠

(復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，上海 200433)

鐵路工程跨越空間大，施工周期長，工程浩大，容易對鐵路沿線的生態(tài)環(huán)境、聲環(huán)境、振動環(huán)境、水環(huán)境和其他要素環(huán)境產(chǎn)生影響。為了分析新建鐵路對沿線區(qū)域的環(huán)境影響，選取海安至洋口港鐵路，對沿線聲環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境等影響因素進(jìn)行分析，運用模糊綜合評價模型對其環(huán)境影響進(jìn)行綜合評價，以判定該項鐵路建設(shè)對環(huán)境的影響程度，為環(huán)保部門對沿線的環(huán)境管理和環(huán)境規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 海安至洋口港鐵路工程環(huán)境概況

海安至洋口港鐵路位于江蘇省東部，長江北岸，南通市北郊，基本呈東西走向，該線接軌于新長線海安站，東至洋口港北漁站。新建海安至洋口港為單線鐵路，線路全長78.409 km，近期的設(shè)計年度為2020年，線路近期共設(shè)6個車站，其中區(qū)段站1個，新建中間站4個，新建會讓站1個，近期的區(qū)段貨流密度為675萬t/年，客車 4 對/日［1］，［2］。

2 海安至洋口港鐵路工程環(huán)境現(xiàn)狀及影響分析［3］

2.1 生態(tài)環(huán)境影響

生態(tài)環(huán)境評價范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)植被共計3 596.98 hm2，占整個評價區(qū)的67.41%，耕地面積為3 071.79 hm2，占評價區(qū)總面積的63.73%。評價區(qū)內(nèi)無國家重點保護(hù)動物，其他野生動物對人類活動具有極強的適應(yīng)性，不易受人類活動的干擾。評價范圍內(nèi)生產(chǎn)力水平較低的農(nóng)業(yè)植被和河流水域占較大比例，因此區(qū)域植被生產(chǎn)力水平不高，植被平均凈生產(chǎn)力僅為633 gC/(m2·a)，也說明了人類的農(nóng)業(yè)活動對評價區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和變化有很大影響。

工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境影響主要來自永久占地，面積為273.11 hm2，其中工程占用耕地面積240.94 hm2，占工程永久征地總面積的88.22%，而工程沿線各地區(qū)耕地總面積達(dá)160 342 hm2，工程所占用的耕地面積僅占0.15%，線路的施工及建成后不會使區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)格局發(fā)生太大變化。全線取土場、臨時材料廠等臨時用地193.66 hm2，工程完畢采取相應(yīng)恢復(fù)措施，可使其不良影響降到最低。另外，工程建設(shè)將減少生態(tài)系統(tǒng)生物量4 683 t，在建成后恢復(fù)期恢復(fù)量可達(dá)4 160 t，一定程度上彌補了工程建設(shè)生物量的減少，工程建設(shè)還使得評價區(qū)內(nèi)自然體系平均生產(chǎn)力上升到683 gC/(m2．a(chǎn))，較原先提高了 50gC/(m2．a(chǎn))，自然體系生產(chǎn)力的破壞也將逐步恢復(fù)，基本不會干擾生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。工程建成后新增道路和站場面積為273.11 hm2，僅占評價總面積的5.67%，各類植被類型的面積與比例變化不大。盡管土地利用格局發(fā)生了變化，其優(yōu)勢度值從74.03%降低至66.95%，但仍維持在較高水平，不會對自然景觀質(zhì)量產(chǎn)生太大沖擊。

另一方面，評價區(qū)野生動物均為普遍分布的種類，線路兩側(cè)的環(huán)境十分相似，不會對評價區(qū)動物生存和種群的數(shù)量產(chǎn)生太大影響。工程建設(shè)可能造成水土流失總量為20 772 t，新增水土流失總量16 404 t，通過采取工程與植物措施或兩者相結(jié)合的水土流失防治措施，投資12 471.31萬元用于生態(tài)環(huán)保，可將水土流失造成的影響降到最小。總之，工程建成后不會對沿線的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、植物資源、動物資源和水土保持等造成太大的影響，工程防護(hù)措施的實施進(jìn)一步確保將工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響降到最低程度［4］。

2.2 聲及振動環(huán)境影響

該工程評價范圍內(nèi)聲環(huán)境保護(hù)目標(biāo)有77處(75處居民區(qū)，2處學(xué)校)，監(jiān)測結(jié)果表明:既有鐵路距離鐵路外軌中心線30m處滿足GB12525—90的限值標(biāo)準(zhǔn)。新建地段，沿線基本為農(nóng)村地區(qū)，聲環(huán)境現(xiàn)狀較好，除個別點受公路影響超標(biāo)外，其余點滿足相應(yīng)功能區(qū)要求。工程建設(shè)后，近期居民住宅距鐵路外軌中心線30m處 LAeq晝間為55.5～64.0 dB(A)，夜間為56.3～65.6 dB(A)，分別較現(xiàn)狀增加0.3～4.6 dB(A)和0.2～5.4 dB(A)，晝、夜間均達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，近期2所學(xué)校LAeq晝間為54.0～56.9 dB(A)，夜間55.3～57.4 dB(A)，分別較現(xiàn)狀增加0.4～6.5 dB(A)和0.5 dB(A)，2處均超標(biāo)。采取了噪聲防治措施，使相關(guān)敏感點聲環(huán)境達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求［5- 6］。

該工程評價范圍內(nèi)振動環(huán)境保護(hù)目標(biāo)有73處(既有鐵路段6處，新建鐵路段67處)。監(jiān)測結(jié)果表明:既有鐵路滿足鐵路干線兩側(cè)振動標(biāo)準(zhǔn)限值晝、夜80 dB(A)的標(biāo)準(zhǔn)，新建鐵路地段處于縣城郊區(qū)或農(nóng)村未開發(fā)地段，其振動現(xiàn)狀良好，滿足GB10070—88晝間70 dB、夜間67 dB的標(biāo)準(zhǔn)限值。工程建成后距離外軌中心線30m外區(qū)域，均滿足GB10070—88中鐵路干線兩側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。距離外軌中心線30m以內(nèi)區(qū)域，將有27處共計50戶居民住宅的振動超過標(biāo)準(zhǔn)的“80 dB”的要求，超標(biāo)范圍為0.1至1.3 dB，采取了相應(yīng)的振動防治措施。

2.3 水環(huán)境影響

工程沿線共設(shè)6座車站，全線跨河流水體的橋梁共29座，跨越各類河流29條，跨越河流的橋位上、下游1 km范圍內(nèi)無水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。工程未侵入集中式生活飲用水水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，排放的水污染物主要為非持久性污染物。主要污染物為COD(化學(xué)耗氧量)、石油類、SS(懸浮物)等，污水水質(zhì)的復(fù)雜程度為“簡單”。

工程范圍內(nèi)既有污水排放量10m3/d，新增污水排放量為275m3/d。施工期污水來源主要是施工人員生活污水和機(jī)械車輛沖洗水，施工生活污水水質(zhì)COD200～300 mg/L，動植物油 50 mg/L，SS80～100 mg/L，施工期機(jī)械車輛沖洗排水水質(zhì)為COD50～80 mg/L，石油類1.0～2.0 mg/L，SS:150～200 mg/L。工程建成后，沿線各車站污水若不處理，污水水質(zhì)無法滿足GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)要求。通過采取必要地防護(hù)措施、先進(jìn)的施工工藝和設(shè)置臨時格柵等措施，盡量減少施工期對水體的污染，工程沿線各站污水經(jīng)SBR工藝處理后可達(dá)一級排放標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計的污水處理設(shè)施滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 其他要素環(huán)境影響

工程建設(shè)其他環(huán)境影響主要體現(xiàn)在施工期揚塵和運營期內(nèi)燃機(jī)車廢氣排放。施工過程由于施工機(jī)械和運輸車輛的增加，加上開挖、回填、拆遷和沙石灰料裝卸過程，容易造成粉塵污染。但是施工的揚塵影響是局部的，通過采取適當(dāng)?shù)膰娝⒚荛]式運輸、使用綠色能源等措施，可有效降低揚塵影響。另外，沿線系平原地區(qū)，污染物易于擴(kuò)散，且內(nèi)燃機(jī)車為流動源，其污染物排放量相對較少，內(nèi)燃機(jī)車廢氣排放對周圍環(huán)境空氣影響甚微。

3 海安至洋口港鐵路工程環(huán)境評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

針對海安至洋口港新建鐵路，施工期可能會導(dǎo)致地表植被破壞、水土流失、施工揚塵、施工噪聲、征地拆遷、土地利用環(huán)境影響，運營期可能有噪聲振動、車站生活污水等的影響［7］。根據(jù)以上所產(chǎn)生的環(huán)境影響因素，構(gòu)建了如下評價指標(biāo)體系，見圖1。

4 鐵路工程環(huán)境綜合評價模型

模糊數(shù)學(xué)是試圖運用數(shù)學(xué)工具來解決比較模糊的對象的一種方法，模糊綜合評價方法是模糊數(shù)學(xué)中用得較為廣泛的一種方法，即以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，將一些難以界定的問題進(jìn)行量化處理。通過先對單個因素進(jìn)行分析，然后對所有因素采取模糊綜合評價，其優(yōu)越性在于可以處理那些復(fù)雜系統(tǒng)中難以用精確的數(shù)學(xué)方法描述的各種問題，兩兩比較評判對象，對評判對象有唯一的評價值。具體步驟如下［8- 9］。

圖1 鐵路工程環(huán)境評價指標(biāo)體系

4.1 因子集環(huán)境影響綜合評價

設(shè)因子集為 U=(U1，U2，…，Ui)，其中各單因子集為 Ui={u1，u2，…，uj}，uj表示各單因子集下第 j個指標(biāo)。i∈I=(1，2，…，4)，j∈J=(1，2，…，m)，m 分別為各單因子集的指標(biāo)數(shù)。根據(jù)工程建設(shè)的具體評價，設(shè)定了5個評價等級，評價等級集為V={v1，v2，…，v5}，分別表示海安至洋口港鐵路對環(huán)境影響的程度為“最小”、“較小”、“中”、“一般”、“差”5個等級。則模糊數(shù)學(xué)綜合評價公式如下

其中C為海安至洋口港鐵路對環(huán)境影響程度的評價結(jié)果，按照最大隸屬原則，cj中最大值c'j所對應(yīng)的等級即為工程建設(shè)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)等級，ai分別表示生態(tài)環(huán)境、聲振動環(huán)境、水環(huán)境、其他環(huán)境要素在評價指標(biāo)體系中所占權(quán)重。Bn為生態(tài)環(huán)境、聲振動環(huán)境、水環(huán)境、其他環(huán)境要素等單因子集下所獲得的環(huán)境影響程度。

4.2 各單因子集環(huán)境影響程度評價

將各單因子集所對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重與評價矩陣進(jìn)行合成，可得公式如下

其中B1=(b11b12… b15)=a1j·R1j，表示生態(tài)環(huán)境所獲得的環(huán)境影響。a1j為單因子集的生態(tài)環(huán)境下所對應(yīng)各指標(biāo)權(quán)重，R1j為生態(tài)環(huán)境下各指標(biāo)所獲得環(huán)境影響程度的評價矩陣，B2，B3，…，Bn依次同理可說明聲振動環(huán)境、水環(huán)境和其他環(huán)境要素等單因子集所獲得環(huán)境影響。

4.3 各因子集中指標(biāo)的評價矩陣

根據(jù)評價等級集為 V={v1，v2，…，v5}，令 Rij={rij1，rij2，rij3，rij4，rij5}=)，Rij為第 i個因子集下第j個指標(biāo)的評價矩陣。rij由T個評審專家打分確定，i=1，2，…，n。其中，rij1表示第 i個因子集下第j個指標(biāo)獲得環(huán)境影響最小的得分，cij1表示有cij1個專家認(rèn)為第i個因子集下第j個指標(biāo)獲得環(huán)境影響最小。最終，處理可得評價矩陣

k為評價指標(biāo)子集含有指標(biāo)的個數(shù)。

5 海安至洋口港鐵路工程環(huán)境綜合評價

5.1 確定各因子集中指標(biāo)的評價矩陣

邀請10位在環(huán)境評估、鐵路建設(shè)等領(lǐng)域的專家學(xué)者依據(jù)相關(guān)規(guī)定［10］，分別對海安至洋口港鐵路工程的生態(tài)環(huán)境、聲振動環(huán)境、水環(huán)境和其他要素環(huán)境獲得環(huán)境影響進(jìn)行評估打分，見表1。

表1 各因子集指標(biāo)的環(huán)境影響程度評定

最終分別得到生態(tài)環(huán)境、聲振動環(huán)境、水環(huán)境和其他要素環(huán)境的評價矩陣

5.2 計算各單因子集環(huán)境影響評價

對于生態(tài)環(huán)境因子集，首先確定該因子集下各指標(biāo)的權(quán)重。權(quán)重的確定采用專家打分法，該方法對于工程項目的指標(biāo)賦權(quán)具有簡便易行，適用性強等優(yōu)勢，則生態(tài)環(huán)境下各指標(biāo)的權(quán)重為 a1j=，進(jìn)而計算生態(tài)環(huán)境的環(huán)境影響評價結(jié)果同理，依次確定聲振動環(huán)境、水環(huán)境、其他環(huán)境要素的指標(biāo)權(quán)重為，分別得到聲振動環(huán)境、水環(huán)境、其他環(huán)境要素的環(huán)境影響評價結(jié)果如下:B2=(0．540 0 0．380 0 0．080 0 0 0);B3=(0．480 0 0．420 0 0．100 0 0 0);B4=(0．440 0 0．430 0 0．130 0 0 0)。

經(jīng)過整理可得單因子集的評價結(jié)果為

5 .3 計算因子集環(huán)境影響綜合評價

對海安至洋口港鐵路工程的生態(tài)環(huán)境、聲振動環(huán)境、水環(huán)境、其他環(huán)境要素在評價指標(biāo)體系中所占權(quán)重進(jìn)行確定，運用專家打分法得到權(quán)重矩陣為 A

根據(jù)最大隸屬度原則，最大數(shù)對應(yīng)的為最終的評價等級，根據(jù)C中最大數(shù)為0.493，其對應(yīng)的評價等級為最優(yōu)，說明工程的建設(shè)對環(huán)境的影響甚微，該工程的建設(shè)注重環(huán)保和自然的可持續(xù)發(fā)展，防護(hù)和污染處理措施得當(dāng)，是一個對環(huán)境影響效果較佳的鐵路建設(shè)工程［11］。

6 結(jié)論

通過建立模糊數(shù)學(xué)模型，根據(jù)專家打分法等方法對工程的影響效果進(jìn)行打分，確定生態(tài)環(huán)境、聲振動環(huán)境、水環(huán)境和其他影響要素環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重及其子集指標(biāo)的權(quán)重，并結(jié)合專家評審意見得出的評價矩陣對海安至洋口港鐵路工程環(huán)境進(jìn)行定性與定量評價。計算結(jié)果表明，該評價方法簡便易行，對建設(shè)后工程的環(huán)境影響評價有重要的參考價值。

［1］如東縣人民政府．南通市如東縣城鎮(zhèn)體系規(guī)劃(2002～2020年)［R］．如東:如東縣人民政府，2000

［2］中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司．新建鐵路可行性研究報告［R］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2007

［3］中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，海安至洋口港新建鐵路環(huán)境評價報告［R］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2008

［4］中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部．HJ/T2.1－93環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則:總綱［S］．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1993

［5］全國人民代表大會常務(wù)委員會．中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法［M］．北京:法律出版社，1997

［6］中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部．HJ/T2.4—1995 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則·聲環(huán)境［S］．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1995

［7］全國人大環(huán)境與資源保護(hù)委員會．中華人民共和國環(huán)境影響評價法［M］．北京:法律出版社，2003

［8］李濱，谷志偉，姜全才，等．火電建設(shè)工程環(huán)境評價模型的研究［J］．黑龍江電力，2005，27(5):333336

［9］周賓，魏麗，王瑛，等．模糊綜合評價在青藏鐵路西格段沿線生態(tài)環(huán)境影響評價中的應(yīng)用［J］．環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2007，19(3):4345

［10］全國人民代表大會常務(wù)委員會．中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法［M］．北京:中國法制出版社，1989

［11］中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司．新建鐵路可行性研究報告［R］．武漢:中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2007