涉及鐵路環境敏感區選線多方案評價指標模型

【摘 要】自然環境問題影響著鐵路建設過程中的每一個階段，隨著鐵路建設蓬勃發展，鐵路線路必然會涉及自然保護區、風景名勝區等環境敏感區。文章簡述環境敏感區的定義與范圍，根據鐵路線路與環境敏感區的空間關系，通過設定相應指標，建立一個可以作為經過敏感區方案比選的評價模型，為多方案設計過程提供理論依據。

【關鍵詞】環境敏感區; 鐵路選線; 評價方法; 方案比選; 層次分析法

【中圖分類號】U212.32【文獻標志碼】A

交通是國家發達與發展的前提，鐵路是國民經濟的動脈、是國家極為重視的基礎設施和百姓最為普及的交通工具，在我國經濟社會發展中的地位和作用不言而喻。而鐵路并不能獨立存在，談到鐵路，必然要將鐵路與鐵路線周圍的空間系統聯系在一起。鐵路建設項目作為一種線型工程，過程中需要考慮到經濟發展等因素設置車站，因此將會路經較多的地區，必然會涉及眾多類型的環境敏感區。在鐵路選線設計階段，常會出現選線線路不可避免地涉及到環境敏感區，面對多方案涉及環境敏感區選線比選問題，本文將根據鐵路線路與環境敏感區空間關系建立鐵路環境敏感區評價模型，通過空間模型轉化為數學模型得到線路對于環境敏感區影響程度的結果，進而得到較好的選線方案。

1 環境敏感區的定義與范圍

2017年9月1日起施行的《建設項目環境影響評價分類管理名錄》中稱環境敏感區是指依法設立的各級各類保護區域和對建設項目產生的環境影響特別敏感的區域，主要包括生態保護紅線范圍內或者其外的下列區域：

（1）自然保護區、風景名勝區、世界文化和自然遺產地、海洋特別保護區、飲用水水源保護區。

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

（3）以居住、醫療衛生、文化教育、科研、行政辦公等為主要功能的區域，以及文物保護單位。

在以往的建設發展中，城鎮建設進而產業發展總是以忽視及犧牲生態資源為代價，生態空間在城鎮和工業發展的迅猛勢頭下不斷被擠壓，生態資源利用程度較為低效。同時，生態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的意識，生態資源很有可能在不知不覺間受到損害。環境敏感區的保護對于維護國家、區域生態安全，推動國民經濟綠色發展，建設美麗中國至關重要。因此國家提出管理名錄，強化人們對于環境敏感區的重視程度。

環境敏感區在產業發展建設過程中至關重要，鐵路建設受到環境的嚴重制約同時對環境的影響也特別突出。鐵路選線研究也需要將環境敏感區作為重要參考因素，應用在實際設計建設當中。

2 鐵路環境敏感區評價模型

2.1 鐵路環境敏感區評價范圍及工作內容

本文根據《鐵路工程建設項目影響評價技術標準》確定評價范圍：鐵路外側軌道中心線兩側3 km以內區域，僅針對自然保護區、風景名勝區、水源保護區、森林公園、地質公園、文物保護單位，六種普遍存在的環境敏感區域進行討論。

普遍認為環境敏感區在設計鐵路線路3 km以外認為該線路對環境敏感區造成影響可忽略不計，不參與環境敏感區影響的判斷。因此，環境敏感區影響評價模型針對所選評價段線路3 km以內范圍作為評價依據。

本模型旨在構建能夠體現鐵路線路方案對于區域內環境敏感區的影響程度量化數值。

2.2 鐵路環境敏感區影響評價指標

2.2.1 面積指數P1

在目標范圍內，環境敏感區面積決定了鐵路線路對環境敏感區影響程度。因此定義環境敏感區面積指數P1用來定義任一環境敏感區在范圍內的面積占比見式（1）。

式中：P1為環境敏感區A的面積指數;SA為環境敏感區A部分面積，km2;S為評價段范圍總面積，km2。

2.2.2 距離指數P2

在目標范圍內，環境敏感區與鐵路線的距離是決定影響程度的關鍵。因此定義環境敏感區距離指數用來定義任一環境敏感區在范圍內距離鐵路線的遠近程度見式（2）。

式中：P2為環境敏感區A距離指標;DA為環境敏感區A與評價線路的最短距離，km;D為選取評價段范圍的最大距離（一般取3km），km。

2.2.3 類型指數P3

環境敏感區存在自然保護區、風景名勝區、水源保護區、森林公園、地質公園、文物保護單位等不同類型，線路對于不同類型的環境敏感區的影響存在差異，因此為了保證評價結果的合理性，評價指標應該明確不同類型環境敏感區的權重。因此我們可以對環境敏感區選線評價類型指數按照敏感區不同性質分類如表1所示。

確定各評價指標在評價體系中的重要程度有多種方法，如專家評定法、指標敏感度法、層次分析法。其中層次分析法采用各指標兩兩相比的方法確定各指標權重，具有可操作性強、系統化和過程簡潔等優點，故本文采用以下所示的層次分析法確定權重。

采用Saaty提出的九標度確定一級指標U1、U2、U3…Un對類型指數的影響比值并構成判斷矩陣A見式（3）。

根據專家給出的建議和其他因素構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。整理得到不同類型環境敏感區的類型指數如表3所示。

2.2.4 形狀指數P4

環境敏感區位于評價線路范圍內，在面積、距離、類型都相同時，環境敏感區的形狀也會對因為線路產生不同的影響。在同樣面積、距離、類型的情況下，有著沿鐵路線趨勢的環境敏感區相較于遠離鐵路線方向趨勢的環境敏感區會受到更大的影響。因此我們引入形狀指標的概念，我們定義連接環境敏感區中心與距離鐵路線最近點，連線垂直方向敏感區投影長度與連線方向投影長度和垂直方向敏感區投影長度之和的比值記為形狀指數，計算公式如式（9）所示。

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

2.2.5 曲線位置系數f

另外，我們注意到在目標范圍內環境敏感區位于曲線附近時存在兩種情況，即環境敏感區在曲線內圈（區域與曲線圓心位于線路同側）方向或曲線外部（區域與曲線圓心位于線路兩側）方向，顯然當敏感區位于曲線內部時，線路對于敏感區的影響將遠大于外部。因此我們引入一個方向系數f，得到敏感區與曲線位置對于敏感區的影響因素。

我們取敏感區中心O與線路最近點M，在線路距點M前后0.05 km各取一點X、Y。這時我們得到兩個角度，∠OMX=θ1、∠OMY=θ2，我們定義曲線位置系數f計算公式如式（10）所示。

式中：ρ為點M處的曲率半徑。

2.3 鐵路對環境敏感區影響評價模型

上面考慮了環境敏感區在目標范圍內的前四個影響指標，綜合四個影響指標即可得到任意環境敏感區所收到的影響指數。但研究得到的影響指數實際對于真正的影響程度存在差異，即面積、距離、類型、形狀對于線路對于環境敏感區的影響程度存在不同，為了得到每一類型的影響指標的影響程度，我們賦予每項影響指數相應的權重見式（11）。

式中：wj為j指數的對應權重。

為了得到影響指數相應的權重，我們再次利用層次分析法構建判斷矩陣并得到特征向量，通過一致性檢驗后得到指標權重：

在得到由四個影響指標構成的影響指數公示后，根據前文對于曲線位置影響因素的研究，最終可以得到一個將鐵路線對環境敏感區影響程度量化的數值，將研究范圍內所有敏感區影響程度量化的數值求和，則為該段線路對環境敏感區總影響量，定義為鐵路環境敏感區評價值S見式（12）。

3 結論

環境敏感區對于國家產業發展極為重要卻又非常脆弱，需要我們盡可能減少對于環境敏感區的負面影響。在鐵路項目建設初期，方案比選時應盡可能地選擇避讓環境敏感區的方案，在無法避免途徑環境敏感區時，應通過環境敏感區模型計算得到對環境敏感區影響程度最小的線路方案，科學論證選址合理性，控制鐵路項目對環境敏感區的影響，使鐵路建設與敏感區的環境保護協調發展科學并存。

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[定稿日期]2021-03-26

[作者簡介]張博涵（1996～），男，在讀碩士，研究方向為鐵路選線設計。