基于全線生態影響的鐵路方案評價模型研究

宋子煒

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

1 引言

鐵路建設項目是大型的非污染生態型工程，突出的環境問題是對生態環境的影響［1］。近年來，隨著“可持續發展”、“和諧社會”理念的不斷深化，自然保護區、風景名勝區、森林公園等生態敏感區數量逐年增加，面積不斷擴大。以自然保護區為例，截至2013年底，全國各類自然保護區共計2697 個，面積1.46×108hm2，約占國土面積的14.6%［2］，其他敏感區數量也在逐年增加。因此，研究探討基于生態影響的鐵路線路比選成為行業熱點，但是目前研究焦點大多局限于針對單個生態敏感區進行比選論證［3－4］，而從全線生態影響角度進行方案評價的研究很少見。本文探討從全線生態影響角度建立方案評價模型，以期更加科學合理的指導設計方案優化和安心生態保護。

2 鐵路生態選線的內涵與特點

本文認為基于全線生態影響的鐵路方案評價，是指在規劃與勘察設計階段，以區域背景生態為依據，秉承“生態選線、保護優先”的設計理念，在全線層面上進行生態影響評價分析，通過經濟合理、技術可行的措施設計，在發揮鐵路主體功能的基礎上，確保路域生態環境、特別是生態敏感區得到妥善保護，生態系統服務功能得到有效恢復、生態景觀與功能有機協調。其明顯特征為，通過對全線方案的生態影響進行評價，達到路域生態系統的社會、經濟、環境效益的最大化。

3 評價體系構建

3.1 評價指標選取

為確保評價結果的科學性和準確性，指標選取應遵循科學性、代表性、典型性和可操作性原則，即所選各指標之間相互交叉較少，并且易于操作。根據生態學、景觀生態學等相關理論，本文從敏感區保護［5］、服務功能價值、景觀變化3 個方面建立評價準則，選取16 個指標構建綜合評價體系(表1)。

3.2 評價體系構建

3.2.1 綜合評價指數計算

生態影響綜合評價指數(EIAI)表征鐵路工程方案設計對路域生態系統的影響程度。EIAI 值越小表示生態影響越輕微，鐵路線路設計方案越優;反之則表明對路域生態環境影響較大，設計方案應從生態保護角度進一步進行論證比選。

式中:Wi為準則層各指標權重，wi為指標層各指標權重，Ui為準則層各指標歸一化處理后的數值，Vj為指標層各指標歸一化處理后的數值。

3.2.2 評價指標賦權

層次分析法(AHP)是一種合理可行的系統分析方法。本文通過AHP 法，結合專家咨詢，確定各層指標權重(表1)。

3.2.3 評價指標賦值

(1)敏感區保護評價指標。敏感區保護評價指標均為語言描述類的定性指標，通過專家咨詢法進行評價判斷，雖易于理解，但難以量化，并且由于判斷不確定性的存在，可能會造成判斷信息的模糊性。為避免此類問題，采取三角模糊數法進行指標賦值，具體計算步驟可參照參考文獻［6］。

(2)服務功能價值評價指標。90年代末Costanza 等人首次明確了生態系統服務價值的原理及方法，并指出生態系統服務是指通過生態系統的結構、過程和功能直接或間接得到的生命支持產品和服務［7］，其提供的價值當量在生態服務評價中得到了廣泛應用。本次評價將生態系統服務功能價值概念引入鐵路方案評價生態影響評價中，可以有效解決生態影響評價的量化問題。具體步驟為，首先結合現行土地利用分類標準，將路域生態系統進行細化分類;然后根據已有關于生態服務價值當量研究成果，計算路域各類生態系統服務價值總當量。劉文榮等對謝高地等建立的中國陸地生態系統單位面積生態服務價值當量進行修正(表2)［8］，在礦區生態影響評價中取得了較好效果，本次予以借鑒引用。1 個生態服務價值當量因子的經濟價值量等于當年全國平均糧食單產市場價值的1/7［9］，其他生態系統生態服務價值當量因子是指生態系統產生該生態服務的相對于農田食物生產服務的貢獻大小。

表1 評價體系各層指標權重匯總表

表2 陸地生態系統單位面積生態服務價值當量匯總表

(3)景觀變化評價指標。景觀生態體系結構是否合理決定了景觀功能的優劣［10］，生態景觀評價能夠較為準確的反映生態系統的整體性，本次評價選取景觀多樣性指數(H)、景觀均勻度指數(E)、斑塊密度(PD)三個特征指標。其中景觀多樣性指數(H)反映景觀類型的多少及各景觀類型所占比例的變化，計算公式:

式中:Pi為景觀類型i 所占面積比例，m 為景觀類型數量。

景觀均勻度指數(E)反應的是各類斑塊在面積分布上的不均勻程度，以多樣性指數與其最大值比值表示，

即:

斑塊密度(PD)反映景觀被分割的破碎程度，計算公式:

式中:n 為斑塊的總個數，A 為景觀總面積，i 為斑塊類型。

3.3 計算數據處理

各個評價指標表征含義不同，指標賦值單位也不相同，因此在綜合計算前，采用歸一化方法對指標層各組指標進行標準化處理，即對序列x1，x2，…，xn進行如下變換:

則新序列y1，y2，…yn∈［0，1］且無量綱，并且

由于鐵路項目建設里程較長，涉及生態敏感區數量較多，評價模型“敏感區保護”指標計算會涉及多個敏感區評價數據累加，因此，需要采用歸一化方法進行標準化處理。

4 結論與討論

(1)通過明確基于全線生態影響的鐵路方案評價內涵，從敏感區保護、服務功能價值和景觀變化3 個方面選取16 個評價指標構建模型，并進行指標賦權和量化評價，可從全線生態保護角度，為鐵路設計方案優化提供參考依據。

(2)以路域生態影響評價為切入點，將生態影響評價指數引入全線設計方案評價中，將生態系統服務功能價值概念引入鐵路生態影響評價中，能夠更加準確的量化路域生態環境變化，為鐵路建設的生態系統保護決策提供新思路。

(3)路域生態系統類型復雜多樣，生態系統服務價值核算是生態影響評價的重點指標，但目前各類生態系統價值核算尚未形成統一認識，因此，應結合鐵路建設實際，積極推進相關研究，盡可能細化完善各類生態系統的服務價值，并根據土地利用、氣候調節、人類活動等客觀條件進行修正。

［1］匡星，白明洲，王連俊，等．鐵路建設項目對生態環境影響評價體系探析［J］．鐵道工程學報，2009，31(2):125－131．

［2］http://zls．mep．gov．cn/hjtj/nb/2013tjnb/201411/t20141124 291864．htm．2014，11，24．

［3］張慧，沈渭壽，江臘沙，鄒長新．青藏鐵路沿線景觀保護評價方法研究［J］．生態學報，2004，24(3):574－582．

［4］劉立斌．自然保護區鐵路選線［J］．鐵道工程學報，2007，24(12):11－18．

［5］宋子煒，李嘉．鐵路工程建設對沙坡頭自然保護區生態環境的影響評價［J］．水土保持通報，2012，32(6):201－205．

［6］宋子煒．基于三角模糊數的自然保護區生態旅游評價［J］．生態科學，2011，30(4):411－417．

［7］CostanzaR，ArgeR，GrootR，eta1．The value ofthew0rld's ecosystem service and natural capital［J］．Nature，1997(387):253－260．

［8］劉文榮，麥方代，王歲權，等．煤礦環境影響后評價生態損益定量化分析技術方法［J］．煤炭工程，2014，46(5):27－29．

［9］謝高地，魯春霞，冷允法，等．青藏高原生態資產的價值評估［J］．自然資源學報，2003，18(2):63－70．

［10］楊海波，李云飛，陳敬偉，等．喀什河流域景觀生態綜合評價研［J］．干旱區資源與環境，2014，28(11):67－71．