馬松豪

(河北省水利水電勘測設(shè)計研究院)

1 公路選線環(huán)境評價指標的選取

為使評價指標體系能夠綜合反映選線環(huán)境評價的多個方面,在選取評價指標的過程中,按照“全面考慮,突出重點”的原則,在專家評判的基礎(chǔ)上,注重可比的關(guān)鍵問題和控制路線方案的重要指標,建立選線環(huán)境評價指標體系,進行選線環(huán)境優(yōu)化,獲得最佳的環(huán)境走廊。選擇地質(zhì)環(huán)境、土地利用、土壤侵蝕、敏感目標作為環(huán)境評價指標,建立的公路選線環(huán)境評價指標如圖 1所示。

圖1 公路選線環(huán)境評價指標

(1)地質(zhì)環(huán)境對公路路線選擇、施工有著關(guān)鍵的影響。尤其是在自然條件惡劣,地形、地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū),在前期工作中更要注重加強地質(zhì)基礎(chǔ)資料的收集和調(diào)查工作,以避免地質(zhì)災(zāi)害對公路建設(shè)造成不利影響及人員財產(chǎn)損失。

(2)水土流失除了會導(dǎo)致土地肥力下降、土地沙化,嚴重破壞水土資源,淤積河床、水庫,毀壞水利設(shè)施,加劇洪澇災(zāi)害、引發(fā)滑坡、泥石流等災(zāi)害以外,還會影響公路本身的建設(shè)與運營安全。因此,在公路選線時,應(yīng)充分考慮到沿線土壤侵蝕狀況,調(diào)查收集相關(guān)資料,合理布線,盡力避免可能會發(fā)生的嚴重水土流失。

(3)土地是關(guān)系國計民生的重要戰(zhàn)略資源。在公路建設(shè)中要合理利用土地資源,減少對本已十分緊缺的土地資源的進一步破壞,要采取各種措施引導(dǎo)集約用地,提高土地利用率。

(4)公路將會穿越各種生態(tài)系統(tǒng),不可避免地會涉及一些特殊的、敏感的應(yīng)保護的生態(tài)目標,如濕地、自然保護區(qū)、水源區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)等,尤其是自然保護區(qū)的保護要求更為嚴格。此外,公路建設(shè)對沿線居民集中區(qū)(包括學(xué)校、醫(yī)院和居民點等)也會引起拆遷等問題。

2 利用GIS技術(shù)提取公路選線方案環(huán)境評價指標信息

(1)建立公路帶狀緩沖區(qū)。根據(jù)修建公路的等級及地形類型、環(huán)境狀況資料,利用GIS的空間分析功能——緩沖區(qū)分析,建立相應(yīng)的公路帶狀緩沖區(qū)模型,并制作參與公路選線環(huán)境評價的各因子圖層:水系圖、斷層圖、坡度圖、巖性分布圖、結(jié)構(gòu)面圖、土地利用圖、土壤侵蝕圖和敏感目標圖等。

(2)空間疊加。利用基于GIS開發(fā)的公路生態(tài)環(huán)境設(shè)計系統(tǒng),對該區(qū)域進行公路選線環(huán)境評價。依次打開參與公路環(huán)境選線指標評價的各指標圖層與公路帶狀緩沖區(qū)模型進行疊加。

(3)特征提取。在空間疊加的基礎(chǔ)上,提取符合某種條件的影響公路選線的特征信息。

(4)屬性數(shù)據(jù)的空間操作。利用GIS對屬性數(shù)據(jù)的操作功能,對每一影響因素屬性表中影響公路選線方案環(huán)境評價的相關(guān)指標項進行計算、統(tǒng)計,得到各評價指標的影響信息。

(5)結(jié)果輸出。根據(jù)需要,用GIS技術(shù)可輸出公路諸影響因素屬性表、各擬選方案評價指標信息統(tǒng)計表、環(huán)境綜合指數(shù)等級劃分圖等。

3 評價指標體系的確定

3.1 建立層次分析模型

根據(jù)公路選線影響因素、方案評價指標及指標之間的相互關(guān)系,結(jié)合公路選線設(shè)計的性質(zhì)和要求,將公路選線問題層次化,從而構(gòu)造出公路選線環(huán)境評價的遞階層次分析模型。此模型由 4個層構(gòu)成。

(1)目標層。公路選線設(shè)計方案環(huán)境評價的總目標,即獲取最優(yōu)線方案。

(2)準則層。目標層的主要影響因素,即方案評價指標,包括地質(zhì)環(huán)境、土地利用、土壤侵蝕、敏感目標等指標組成。

(3)子準則層。準則層的主要影響因素,即公路選線設(shè)計影因素。包括地質(zhì)環(huán)境指數(shù)、土地利用指數(shù)、土壤侵蝕指數(shù)、敏感目標指數(shù)等組成。

(4)方案層。可供選擇的定線方案。

3.2 構(gòu)造比較判斷矩陣

多層次的評價體系結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜,各種評價指標的權(quán)重難以確定,人們往往求助于專家判斷的方法,利用專家的知識和經(jīng)驗來判斷評價因子的相對重要性。當評價指標很多時,由專家直接對權(quán)重做出估計,往往難以具體把握,通過兩兩比較評價指標的重要性來確定權(quán)重要比一次性確定所有指標的權(quán)重更易于把握,結(jié)果也更為準確。因此,用特征向量法和加權(quán)最小平方法確定權(quán)重時,要先構(gòu)造各評價指標的兩兩比較判斷矩陣A。

確定aij的方法是采用T.L.Saaty提出的1～9標度法(見表1),這是將思維判斷數(shù)量化的一種方法,有相同、稍微重要、強烈重要等語言兩兩比較評價指標。對于定量指標,根據(jù)影響因素信息分析提取模型,獲取影響因素信息的比值,確定標度值;對于定性指標,根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗和專家意見,將定性分析的結(jié)果量化為標度值。

表1 1～9比例標度

在確定判斷矩陣各系數(shù)值時,考慮到:構(gòu)造比較判斷矩陣,并根據(jù)判斷矩陣,分別計算出該矩陣的特征向量及特征值。

其特征根λmax按下式計算

檢驗判斷矩陣A的一致性指標

RI為Saaty理論的平均隨機一致性指標。當隨機一致性指標CR＜0.1時,可認為判斷矩具有滿意的一致性。否則應(yīng)調(diào)整判斷矩陣的元素值直至滿足一致性要求。

研究各因子的權(quán)重之后,還需要對單個因子中各個分級標準賦分。這是按照其對公路建設(shè)是否有利為原則由專家打分確定。如果某條件下對公路建設(shè)較為有利,則分值較高,反之則較低。以此衡量各種環(huán)境條件對公路建設(shè)的有利程度,最終得出環(huán)境綜合指數(shù),從而確定區(qū)域中對于公路建設(shè)較為有利的選線走廊。

3.3 建立評價體系

公路選線環(huán)境評價指標體系結(jié)構(gòu)見表 2。

區(qū)域環(huán)境綜合指數(shù)計算方法

式中:P為區(qū)域環(huán)境綜合指數(shù);Xi為i評價因子的權(quán)重;Fi為i評價因子在某分級標準下的分值;k為公路通過某分級類型長度與總長度之比。

特殊情況:若選線通過自然保護區(qū)核心區(qū)和緩沖區(qū),則直接將選線環(huán)境綜合指數(shù)值設(shè)為 -1,表示該選線方案被否決。這是由于國家對自然保護區(qū)有特殊的保護要求,因而在公路選線中應(yīng)盡力避免線路通過其核心區(qū)和緩沖區(qū)。

表2 公路選線環(huán)境評價指標體系結(jié)構(gòu)

3.4 環(huán)境評價結(jié)果與方案優(yōu)化

在給定區(qū)域,收集相關(guān)資料制作各環(huán)境因子圖層,利用基于GIS的圖形疊置法進行疊加分析計算區(qū)域綜合環(huán)境值。將計算所得到的區(qū)域綜合環(huán)境指數(shù)作為依據(jù),在給定綜合環(huán)境指數(shù)時,可自動計算出甲乙兩控制點之間,在該區(qū)域內(nèi)符合這個綜合環(huán)境值的公路線路區(qū)域,即公路方案可以經(jīng)過的走廊。

4 結(jié) 論

選取地質(zhì)、地貌、土地利用、水土流失和敏感目標等生態(tài)環(huán)境因子,利用層次分析法建立了公路選線環(huán)境評價指標體系,并利用GIS技術(shù)開發(fā)了公路生態(tài)環(huán)境設(shè)計信息系統(tǒng)。在評價方法上,由定性評價實現(xiàn)了定量評價,以達到對公路沿線綜合環(huán)境進行定量分析比較,可在區(qū)域中選擇環(huán)境最佳走廊和比較具體線路的環(huán)境狀況,從環(huán)境角度對選線方案進行優(yōu)化,從而促進公路建設(shè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。