楊亞倫 ，戴 梅

（1.華中科技大學(xué)，武漢 430074；2.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

南水北調(diào)中線京石段工程臨時(shí)占地復(fù)墾適宜性評價(jià)方法研究

楊亞倫1，2，戴 梅2

（1.華中科技大學(xué)，武漢 430074；2.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

南水北調(diào)中線京石段工程實(shí)施中，對臨時(shí)占地均遵循規(guī)定采取了不同的復(fù)墾措施，目前復(fù)墾已基本完成。開展臨時(shí)占地復(fù)墾適宜性評價(jià)，有助于全面了解該工程實(shí)施中占用農(nóng)、林地的復(fù)墾情況和復(fù)墾效果，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)提出完善措施，以切實(shí)保護(hù)土地，實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。文中對臨時(shí)占地復(fù)墾適宜性評價(jià)的多種方法進(jìn)行了比較，探討了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評介法的特點(diǎn)，并采用ANN方法對南水北調(diào)中線工程典型臨時(shí)占地復(fù)墾進(jìn)行了適宜性評價(jià)，認(rèn)為該方法可以為科學(xué)管理、提高土地生產(chǎn)力提供有效的技術(shù)參考。

南水北調(diào)；臨時(shí)占地；復(fù)墾；評價(jià)；方法

土地復(fù)墾是指對在工程建設(shè)過程中，因挖損、塌陷、占壓等造成破壞的土地，采取工程、生物等整治措施，使其恢復(fù)到可供利用狀態(tài)的活動。臨時(shí)占地復(fù)墾是在工程建設(shè)過程中，因交通運(yùn)輸、施工生活、生產(chǎn)加工、取土、開挖、棄土（泥、渣）等臨時(shí)用地對土地造成了破壞，通過采取整治措施，使其恢復(fù)到可利用狀態(tài)的活動。

南水北調(diào)中線工程土地復(fù)墾是指臨時(shí)占地，占壓類型為工程進(jìn)場道路占地、施工輔道占地、取土料場占地、渠道開挖臨時(shí)堆土占地、棄土棄渣占地、施工工區(qū)中混凝土拌合場和生活區(qū)占地等。該渠段臨時(shí)占地中耕地園地約為臨時(shí)占地總面積的88.41%，這些農(nóng)用地已均按原規(guī)模、原標(biāo)準(zhǔn)、恢復(fù)原功能的原則，結(jié)合工程施工的特點(diǎn)和不同臨時(shí)占地類型，劃分單元，提出了不同的復(fù)墾措施和設(shè)計(jì)。目前該段工程已接近竣工驗(yàn)收，臨時(shí)占地復(fù)墾也已基本完成。因此對南水北調(diào)中線臨時(shí)占地復(fù)墾進(jìn)行適宜性評價(jià)，將有助于全面了解南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程實(shí)施中占用農(nóng)、林地的復(fù)墾情況和復(fù)墾效果，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)提出完善措施，以切實(shí)保護(hù)土地，實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。

1 京石段項(xiàng)目區(qū)自然環(huán)境概況

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程起自石家莊古運(yùn)河樞紐，止于北拒馬河中支南，途徑石家莊市新華區(qū)、正定、新樂，保定市的曲陽、定州、唐縣、順平、滿城、徐水、易縣、淶水和涿州12個縣（市、區(qū)），渠段總長227.391km。工程占地合計(jì)總征地面積為7820.60hm2，臨時(shí)占地為4474.07hm2，其中耕地、園地約為臨時(shí)占地總面積的88.41%。

項(xiàng)目區(qū)地理位置為東經(jīng)114°25′～115°47°， 北緯38°06′～39°30′，大體為南北向狹長地帶地形西高東低，南高北低，南北地面高程在90～60m范圍，西側(cè)為太行山迎風(fēng)山區(qū)，東側(cè)為山前平原或坡水區(qū)。屬北溫帶季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季秋高氣爽，冬季寒冷少雪。石家莊至唐縣以南及南拒馬河以北渠段為傾斜平原地貌區(qū)；唐縣以北至南拒馬河渠段為丘陵地貌區(qū)。有耕地、林地、園地、其他農(nóng)用地（坑、塘）、建設(shè)用地（磚窯）等。土壤類型多數(shù)為黃土狀壤土。

2 土地復(fù)墾評價(jià)的技術(shù)路線

2.1 復(fù)墾評價(jià)原理

復(fù)墾評價(jià)就是對土地復(fù)墾綜合因素進(jìn)行定量、定性評述。定量評價(jià)必須以國家規(guī)定的土地復(fù)墾標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，將土地復(fù)墾的評價(jià)因素轉(zhuǎn)化為定量的可比數(shù)值進(jìn)行評價(jià)。定性評價(jià)是指土地復(fù)墾對生態(tài)環(huán)境、社會影響及國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面作用的評估［2］。

復(fù)墾評價(jià)體系是由許多要素組成的綜合體?？赡苌婕八⑼寥?、植物和動物等組成的自然體，涉及人口、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、公共設(shè)施和住宅等組成的社會體。這個綜合體不是水、土壤、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和其他組成要素的簡單總和，而是相互發(fā)生關(guān)系的有機(jī)組合。因此，土地復(fù)墾評價(jià)屬于多因素綜合評價(jià)，是一項(xiàng)難度很大的系統(tǒng)工程，并與土地、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水保、環(huán)境、管理和經(jīng)濟(jì)等諸多科學(xué)領(lǐng)域的知識相關(guān)聯(lián)。

2.2 復(fù)墾評價(jià)程序

復(fù)墾評價(jià)一般應(yīng)貫穿于土地復(fù)墾工程的始終，按時(shí)間順序可劃分為復(fù)墾前的土地破壞狀況評價(jià)、復(fù)墾過程中的土地復(fù)墾技術(shù)評價(jià)、復(fù)墾后的土地復(fù)墾效果（適宜性）評價(jià)和效益評估。土地復(fù)墾評價(jià)程序見圖1。

圖1 土地復(fù)墾評價(jià)程序圖

2.3 復(fù)墾評價(jià)單元的劃分

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)待復(fù)墾土地適宜性評價(jià)單元的劃分，一般以生產(chǎn)地段和地塊作為評價(jià)單元。南水北調(diào)中線工程臨時(shí)占地土地復(fù)墾可按道路占地、施工輔道占地、取土料場占地、渠道開挖臨時(shí)堆土占地、棄土棄渣占地、施工工區(qū)中混凝土拌合場和生活區(qū)占地等劃分為7類評價(jià)單元。

3 臨時(shí)占地復(fù)墾適宜性評價(jià)方法

基于土地復(fù)墾評價(jià)這一系統(tǒng)工程的復(fù)雜性、可操作性和工程實(shí)際需求，對南水北調(diào)中線工程情況深入分析認(rèn)為，京石段應(yīng)急供水工程臨時(shí)占地破壞不同于礦區(qū)塌陷、露天采礦等工程，臨時(shí)占地具有點(diǎn)多、面小、污染輕微、復(fù)墾分散，基本不涉及各市縣區(qū)域內(nèi)氣候、生物、動物、畜牧和區(qū)域社會環(huán)境等特點(diǎn)，遵循復(fù)墾原則和技術(shù)，保證復(fù)墾質(zhì)量與耕種效果，及時(shí)退還占地是其關(guān)鍵線路。臨時(shí)占地復(fù)墾后的土層厚度、坡度及土壤的結(jié)構(gòu)及其侵蝕能力、污染度、有機(jī)質(zhì)、pH值和耕作灌溉條件等因素基本決定了重新耕種的適宜性。所以，南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程臨時(shí)占地復(fù)墾評價(jià)宜按上述土地復(fù)墾評價(jià)程序做出簡化，并以多因子適宜性效果綜合評價(jià)為目標(biāo)，取得實(shí)用性的評價(jià)效果。

3.1 復(fù)墾適宜性評價(jià)方法比選

臨時(shí)占地復(fù)墾多因子適宜性綜合評價(jià)，目前可借鑒的評價(jià)方法主要有專家評價(jià)法、經(jīng)驗(yàn)判斷指數(shù)和法、極限條件法、多因素模糊綜合評價(jià)法等。

3.1.1 專家評價(jià)法

專家評價(jià)法是以評價(jià)者的主觀判斷為基礎(chǔ)的一種評價(jià)方法，是將專家們作為索取信息的對象，組織相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的專家使用專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和理論對綜合環(huán)境要素進(jìn)行評價(jià)的方法。其最大特點(diǎn)在于對一些難以用數(shù)學(xué)模型定量化的因素，在缺乏足夠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和原始資料的情況下，可以做出半定量估計(jì)。但這種方法必須反復(fù)征求多個專家的意見，過程拖延的時(shí)間較長。

3.1.2 經(jīng)驗(yàn)判斷指數(shù)和法

經(jīng)驗(yàn)判斷指數(shù)和法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去判斷參評因素權(quán)重，并進(jìn)行土地評價(jià)的一種方法。其評價(jià)步驟是以調(diào)查訪問和當(dāng)?shù)囟嗄晟a(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)選定參評因素，并確定各參評因素的權(quán)重。然后按土地評價(jià)單元累加各參評因素的指數(shù)獲得指數(shù)和。最后再對照事先設(shè)定的不同土地等級指數(shù)范圍，評定各土地評價(jià)單元的土地適宜性等級。這種方法要求評價(jià)人員具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

3.1.3 極限條件法

極限條件法是基于系統(tǒng)工程中“木桶原理”即分類單元的最終質(zhì)量取決于條件最差的因子的質(zhì)量。模型為：

式中 Yi為第i個評價(jià)單元的最終分值；Yij為第i個因素中第j參評因子的分值。

這種方法在進(jìn)行土地復(fù)墾的適宜性效果評價(jià)時(shí)具有一定的局限性，土地復(fù)墾在一定程度上就是對這些限制因素的改進(jìn)，使其適宜作物的生長。

3.1.4 多因素模糊綜合評價(jià)法

模糊綜合評判法是模糊數(shù)學(xué)中最基本的數(shù)學(xué)方法之一，該方法是以隸屬度來描述模糊界限的。由于評價(jià)因素的復(fù)雜性、評價(jià)對象的層次性、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中存在的模糊性及評價(jià)影響因素的模糊性或不確定性、定性指標(biāo)難以定量化等一系列問題，使人們難以用絕對的“非此即彼”來準(zhǔn)確描述客觀現(xiàn)實(shí)，經(jīng)常存在著“亦此亦彼”的模糊現(xiàn)象，其描述也多用自然語言來表達(dá)，而自然語言的最大特點(diǎn)是模糊性，且這種模糊性很難用經(jīng)典數(shù)學(xué)模型加以統(tǒng)一量度。因此，建立在模糊集合基礎(chǔ)上的模糊綜合評判方法，從多個指標(biāo)對被評價(jià)事物隸屬等級狀況進(jìn)行綜合性評判，把被評判事物的變化區(qū)間做出劃分，一方面可以顧及對象的層次性，使得評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、影響因素的模糊性得以體現(xiàn)；另一方面在評價(jià)中又可以充分發(fā)揮人的經(jīng)驗(yàn)，使評價(jià)結(jié)果更客觀，符合實(shí)際情況。模糊綜合評判可以做到定性和定量因素相結(jié)合，擴(kuò)大信息量，使評價(jià)數(shù)度得以提高，評價(jià)結(jié)論可信。

3.1.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）評價(jià)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于模仿生物大腦的結(jié)構(gòu)和功能而構(gòu)成的一種信息處理系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)，簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，簡寫為ANN（Artificial Neural Network）。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)架是模仿生物的神經(jīng)細(xì)胞，分為輸入層、隱含層和輸出層3層。每一層包括若干代表處理單元的點(diǎn)。輸入層的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收外在信息（如圖1）不同于人腦的輸入，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所接收的輸入信息是各種變量的數(shù)量化信息，一個輸入變量對應(yīng)一個輸入節(jié)點(diǎn)。隱含層的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理輸入層傳來的信息，并轉(zhuǎn)化為中間結(jié)果傳遞給輸出層。而輸出層的節(jié)點(diǎn)就以隱含層傳來的信息與門檻值比較后，得到系統(tǒng)的最后結(jié)果，并將結(jié)果輸出。

與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

（1）具有自我組織與學(xué)習(xí)能力；

（2）可以描述輸入資料中變量間的非線性關(guān)系；

（3）可以依據(jù)樣本和環(huán)境的變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

由于南水北調(diào)中線工程臨時(shí)占地復(fù)墾往往存在著非線性關(guān)系，因此人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比較適用于南水北調(diào)中線工程臨時(shí)占地復(fù)墾適用性評價(jià)。

3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立

3.2.1 人工神經(jīng)元模型概念

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由大量的、同時(shí)也是很簡單的處理單元（或稱神經(jīng)元）廣泛地互相連接而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它反映了人腦功能的基本特性：學(xué)習(xí)、歸納和分類。但它并不是人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的真實(shí)寫照，而只是對其作某種簡化、抽象和模擬，這也是現(xiàn)實(shí)情況所能做到的，是目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的基本出發(fā)點(diǎn)。神經(jīng)元是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中最基本的處理單元。從神經(jīng)元的特性和功能可以知道，神經(jīng)元是一個多輸入單輸出的信息處理單元，而且，它對信息的處理是非線性的。根據(jù)神經(jīng)元的特性和功能，可以把神經(jīng)元抽象為一個簡單的數(shù)學(xué)模型。工程上用的人工神經(jīng)元模型如圖2所示。

圖2 人工神經(jīng)元結(jié)構(gòu)圖

圖2中，X1，X2，……，Xn表示神經(jīng)元的輸入（是其他神經(jīng)元的輸出）；W1，W2，……，Wn表示想互聯(lián)接的神經(jīng)元之間的聯(lián)接強(qiáng)度（或權(quán)重）；θ表示其閥值；y表示經(jīng)過該神經(jīng)元處理后的輸出值。通常每個神經(jīng)元的輸出值只有一個，但可以聯(lián)接到其他多個神經(jīng)元，作為其他神經(jīng)元的輸入。神經(jīng)元的這種輸入輸出關(guān)系可表示為：

3.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是建立以權(quán)重描述變更與目標(biāo)之間特殊的非線性回歸分析。它的基本結(jié)構(gòu)單元為神經(jīng)元，神經(jīng)元按層次結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行組織，每層上的神經(jīng)元以加權(quán)方式與其他層上的神經(jīng)元連接，構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是輸入層與隱含層，隱含層與輸出層每個節(jié)點(diǎn)的作用是相互的，這與常規(guī)的模式識別技術(shù)有本質(zhì)不同［4］（如圖3所示）。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)樣本3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，其中最具代表意義和廣泛用途的是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是由輸入層、輸出層和若干個隱含層組成的前向連接模型，同層各神經(jīng)元互不連接，相鄰層的神經(jīng)元通過權(quán)連接。多層反向傳播算法（BP算法）是常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，其原理見有關(guān)的文獻(xiàn)介紹，這里不再贅述。

4 ANN模型用于復(fù)墾土地適宜性評價(jià)

4.1 復(fù)墾土地適宜性分級標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）評價(jià)法原理，南水北調(diào)中線復(fù)墾土地適宜性評價(jià)系統(tǒng)選取坡度、有效土層厚、土壤流失量、有機(jī)質(zhì)含量、全磷含量、陽離子交換量6個指標(biāo)作為適宜性評價(jià)因子，并將土地適宜分為4級，見表1，同時(shí)給出了ANN標(biāo)準(zhǔn)樣本對應(yīng)于各分級的期望值。

表1 土地適宜性分級標(biāo)準(zhǔn)

4.2 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)樣本的確定

將表1數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)模型的標(biāo)準(zhǔn)樣本。網(wǎng)絡(luò)為3層結(jié)構(gòu)，6個輸入神經(jīng)分別對應(yīng)坡度、有效土層厚、土壤流失量、有機(jī)質(zhì)含量、全磷含量和陽離子交換量，輸出神經(jīng)元為適宜性分級。圖3是標(biāo)準(zhǔn)樣本形成的3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)參數(shù)為：各層節(jié)點(diǎn)6－5－1，學(xué)習(xí)步長0.6，動量項(xiàng)為0.8，允許誤差≤0.0001。 計(jì)算時(shí)，將屬于2級和3級的范圍值，以上限值和下限值求得平均值后，經(jīng)過線形交換，將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化（－1～1）后輸入網(wǎng)絡(luò)。用標(biāo)準(zhǔn)樣本的網(wǎng)絡(luò)模型對表2樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，表2中右側(cè)兩列為模型的計(jì)算和評價(jià)結(jié)果。

表2 部分臨時(shí)用土土壤特性調(diào)查和化學(xué)分析結(jié)果

4.3 模擬結(jié)果和實(shí)際情況對比

用標(biāo)準(zhǔn)樣本的網(wǎng)絡(luò)模型對表2的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果見表2中的右兩列數(shù)據(jù)。從網(wǎng)絡(luò)模型輸出結(jié)果看出，對于10個臨時(shí)用地點(diǎn)，5個樣點(diǎn)土地適宜性為1級，2個樣點(diǎn)土地適宜性接近2級，3個樣點(diǎn)土地適宜性為3級，網(wǎng)絡(luò)模型的模擬結(jié)果和實(shí)際情況基本一致。

5 結(jié)語

南水北調(diào)中線臨時(shí)占地使用時(shí)間短，破壞不大，但點(diǎn)多、面小、分散，且涉及到的許多因素和因子具有很大的模糊性。采用ANN模型，依據(jù)分級標(biāo)準(zhǔn)對南水北調(diào)中線臨時(shí)占地復(fù)墾進(jìn)行適宜性評價(jià)，網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果和實(shí)際情況基本一致。因此采用該方法對土地復(fù)墾適宜性進(jìn)行評價(jià)，可以

有效評價(jià)復(fù)墾效果，快速為科學(xué)管理提供技術(shù)參考。

［1］河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程石家莊至北拒馬河段棄土棄渣場地變更報(bào)告［R］.2007.

［2］陳龍乾.土地復(fù)墾評價(jià)探討［J］.礦山測量，1996（1）.

［3］郭建一.礦山土地復(fù)墾技術(shù)與評價(jià)研究［D］.長春：東北大學(xué)，2009.

［4］袁曾任.人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999.

［5］戴文站.基于三層BP網(wǎng)絡(luò)的多指標(biāo)綜合評估方法及應(yīng)用［J］.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，1999，19（5）.

［6］劉靜，李建學(xué).土地復(fù)墾整理可行性研究中的土地適宜性評價(jià)［J］.陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（1）.

［7］張靜，寥鐵軍.土地整理中的土地適宜性評價(jià)研究［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（4）.

［8］張紅日，牛興麗，石瀟，等.橫河礦區(qū)沉陷土地復(fù)墾利用的模糊綜合評價(jià)［J］.山東科學(xué)大學(xué)報(bào)，2008（5）.

［9］潘大豐，李群.人工智能網(wǎng)絡(luò)多指標(biāo)評價(jià)方法研究［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，1999，15（2）.

［10］樓順天.基于MATLAB系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)－神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.

The Middle Route of the South－to－North Water Transfer Project Temporary Occupying Land Area Reclamation Appraisal Method Studying

YANG Ya－lun1，2，DAI Mei2
（1.Huazhong University of Science ＆ Technology，Wuhan 430074， China；2.Hebei Research Institute of Investigation ＆Design of Water Conservancy ＆ Hydropower，Tianjin 300250， China）

The middle route of the South－to－North water transfer project， follow the rules for temporary covers all adopted different reclamation measures， currently reclamation has been completed.Carry out temporary covers an area of reclamation the suitability， conduce to the overall understanding of the implementation of the project occupying farming， forest land reclamation and reclamation of results，and according to the actual situation of the propose timely perfect measures to effectively protect land， the realization of harmonious development and sustainable development.In the paper， the temporary covers an area of reclamation suitability of various methods are compared，and discusses the artificial neural network in land reclamation suitability of characteristics， and by using the method of Ann south－to－north water transfer project covers the typical temporary reclaimed the suitability， think this method can rapidly for scientific management， improve the land productivity provide effective technical reference.

South－to－North Water Transfer Project；temporary land use；land reclamation；evaluation；methods

TV212.5

A

1672-9900（2011）01-0048-04

2010－12－15

楊亞倫（1962－），男（漢族），河北石家莊人，正高級工程師，主要從事非傳統(tǒng)水資源、工程移民、綠色能源和水利水電工程設(shè)計(jì)研究工作，（Tel）022－26327689。