崔世斌 鞏舜妹 霍禮輝

(宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000)

城市道路是一個城市的重要經(jīng)濟命脈，城市道路建設也是衡量城市發(fā)展的重要依據(jù)，更是體現(xiàn)城市化的一個重要方面。城市道路系統(tǒng)是在一定的社會歷史條件下和社會自然環(huán)境下由城市的各種交通道路和生活道路逐步形成的互相聯(lián)系、有機結合的道路體系[1-3]。

基于我國的可持續(xù)發(fā)展理念以及綠色環(huán)保理念，城市道路建設對周邊環(huán)境的影響越來越受到重視，但是目前大多數(shù)評價都是對經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲音環(huán)境以及自然環(huán)境的評價，而對于城市道路建設對周邊地質(zhì)環(huán)境的影響少之又少。雖然西南交通大學的陳廷芳[4]對西南山區(qū)公路工程建設對地質(zhì)環(huán)境的影響進行了研究，錢亦兵等[5]通過對新疆吐烏大公路建設的研究提出了公路建設對生態(tài)環(huán)境的不良影響和對策，但是相關領域的研究依舊很少。通過本研究有利于在現(xiàn)代社會背景下，對宿州周圍地質(zhì)環(huán)境有深入的了解，對未來道路工程建設以及路網(wǎng)交通規(guī)劃有良好的參考價值，為宿州市的環(huán)境整治以及城市污水處理提供借鑒，為宿州市經(jīng)濟發(fā)展做良好鋪墊。

1 區(qū)域概況

本次研究調(diào)查的是宿州市城區(qū)二徐路。二徐路是宿州市埇橋區(qū)東北區(qū)域客貨運輸?shù)闹匾ǖ?，原縣道X026(宿州東二鋪至徐州)。此次研究為調(diào)查取樣簡便，研究路段為南起S303道與二徐路交叉處，北至埇橋區(qū)北外環(huán)路與二徐路交叉處，途經(jīng)宿州學院，宿州市逸夫師范學校，貫通宿州大道，架臨新汴河，研究路段長約9.0 km。

2 城市道路工程對地質(zhì)影響評價的指標體系

2.1 評價因素因子分級標準

評價結果利用四分法將二徐路建設對周邊環(huán)境的影響劃分為Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級,根據(jù)不同地段的地質(zhì)環(huán)境特征，確定道路建設對地質(zhì)環(huán)境的影響方向和程度。Ⅰ級影響較小，Ⅱ級影響較大，Ⅲ級影響強烈，Ⅳ級影響極強烈。并根據(jù)研究時工程對環(huán)境影響程度按級別Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級分別賦值3，5，7，9，分值越大，影響程度越高，反之，分值越小，影響程度越低。

2.2 道路工程建設對地質(zhì)環(huán)境的影響要素分析及體系構建

在城市道路建設對周圍地質(zhì)環(huán)境的評價中，評價指標和評價參數(shù)的選擇是評價成功的關鍵。地質(zhì)環(huán)境的影響因素非常復雜，各地質(zhì)體的構造、巖性組成及其內(nèi)部的構造運動對道路工程相關地質(zhì)環(huán)境的形成和演化有影響。因此，將地質(zhì)體的穩(wěn)定性作為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的一個評價因素；水文地質(zhì)學所研究的主要內(nèi)容是地球水的化學成分以及其物理性質(zhì)，而地下水、地表水作為地球水的重要組成部分，其形成規(guī)律及分布對地區(qū)道路建設物的耐久性和穩(wěn)定性影響巨大，反之由于公路工程的建設，橋梁基礎和路堤特別是山區(qū)公路建設中的路堤開挖和填筑，需要大量的開挖和填筑。這將導致部分地段地下水位顯著下降，部分地段地下水位上升，部分地段地下水質(zhì)發(fā)生變化。嚴重影響公路沿線生產(chǎn)生活用水，破壞生態(tài)環(huán)境。道路工程對地質(zhì)環(huán)境的影響程度不僅與工程作用的類型、規(guī)模和強度密切相關，還與地質(zhì)環(huán)境本身的特點相關。地質(zhì)災害是現(xiàn)代地質(zhì)環(huán)境演化中最為活躍的因素。地質(zhì)災害在一定程度上反映了地質(zhì)環(huán)境的質(zhì)量，與人類工程活動密切相關。工程活動對地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量好的地區(qū)影響較小，就算道路工程的建設強度不高，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量差的地區(qū)影響也較大。因此，周邊地質(zhì)災害情況可以作為判斷周圍地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的一個因素。此次研究通過對地質(zhì)環(huán)境各種影響因素的分析和篩選，選擇地質(zhì)構造、巖性組合、地下水給水度和pH值、高填深挖、崩塌滑坡等子因子，從地質(zhì)體穩(wěn)定性、水文地質(zhì)、工程活動強度、地質(zhì)災害四方面建立層次分析模型。

3 K-Means聚類的數(shù)學模型和評價因子的權重

3.1 K-Means聚類的數(shù)學模型及參數(shù)確定

將研究區(qū)劃分為6個評價區(qū)單元，各單元為200 m×2 000 m，且同一單元地質(zhì)環(huán)境相對均勻。如果本次評價選擇了m個因子，且各因子包含n個因子，則二徐路周圍地質(zhì)環(huán)境評價單元中的一個因子的值等于各因子得分之和。具體如式(1)所示：

(1)

其中，Ni為因子N的得分；Nij為因子j的得分；Wj為因子j的權重值。如果N是一個區(qū)段評價單元的總分，Wj為i的因素權重，則該單元的總分為式(2)所示：

(2)

3.2 評價因子權重

此次對地質(zhì)環(huán)境評價的因素的因子權重的確定采用了層次分析法。地質(zhì)體穩(wěn)定性、水文地質(zhì)、工程活動強度、地質(zhì)災害的因素權重分別為35%,25%,25%,15%。

4 基于K-Means聚類的道路工程建設對地質(zhì)環(huán)境影響的評價

4.1 單路段各因素等級確定

單路段因素等級確定就是根據(jù)調(diào)查研究的結果對各因素因子進行賦值，算出各路段內(nèi)因素分值，為最終K-Means聚類對整個路段評價做數(shù)據(jù)基礎。

4.2 路段評價單元內(nèi)分值確定

根據(jù)調(diào)查取樣和查閱有關資料對6個研究區(qū)內(nèi)的因素因子進行賦值，利用K-Means模型以及因子權重求出各路段內(nèi)各因素分值，最終算出得6個路段區(qū)域評價單元總分值為：5.015(路段1)、4.95(路段2)、4.13(路段3)、3.695(路段4)、3.72(路段5)、4.95(路段6)。

4.3 基于K-Means聚類對二徐路建設對地質(zhì)環(huán)境影響評價

由計算結果可以將二徐路建設對周邊環(huán)境的影響分為較輕，較強兩類。因此，數(shù)據(jù)聚類成兩類：3.695,3.72,4.13和4.675，4.95，5.015。初始質(zhì)量中心分別為3.695和5.015，然后計算所有采樣點到兩個初始質(zhì)量中心的歐氏距離。根據(jù)中心點間最短距離的原則，采用SPSS軟件，將所有的采樣點都分配給兩個中心所在的類，迭代過程依次完成。其中歐氏距離公式如式(3)所示：

(3)

通過兩次迭代過程后，新質(zhì)心與原質(zhì)心相等，都是3.695和5.015。此時算法停止計算，因素總分值被劃分為兩類。由此可得出二徐路工程建設對路段①、路段②、路段⑥周邊地質(zhì)環(huán)境的影響可歸為一類，由于其分值更加接近5，即可評判此三路段地質(zhì)環(huán)境受到的影響為較強；二徐路工程建設對路段③、路段④、路段⑤地質(zhì)環(huán)境影響可歸為一類，可評判此三路段地質(zhì)環(huán)境受到的影響為較輕。

5 結論與驗證

評價結果與各路段的實際工程情況所反映的影響基本相符，例如東二鋪到宿州學院路段，受風化作用，土質(zhì)較松軟；部分路段填挖量較大；周圍地表水系統(tǒng)受到破壞，水體pH值成弱酸性；未發(fā)現(xiàn)路段有崩塌滑坡現(xiàn)象，這與路段評價較強是吻合的。表明采用K-Means聚類對道路工程建設對地質(zhì)環(huán)境影響的評價是可行的，但是評價的結果還與評價因子的篩選、因子等級的劃分和賦值、因子權重系數(shù)的確定的可靠性、正確性有關。應用K-Means聚類對城市道路工程地質(zhì)環(huán)境進行評價具有科學性、客觀性和實用性，并且操作簡單，應用方便，對指導城市道路建設與規(guī)劃具有現(xiàn)實意義，但上述評價指標還需要進一步研究和完善。