京滬高速鐵路建設項目區域環境影響綜合評價

朱 勇， 楊 睿， 李德生， 劉伊生

(1. 北京交通大學 土木建筑工程學院, 北京 100044; 2. 中鐵十一局集團有限公司, 湖北 武漢 430061)

中國高速鐵路的建設與發展促進了經濟增長的同時也帶來了日益嚴重的環境問題。高速鐵路建設項目的施工及運營不同程度地破壞或影響區域環境質量，需進行科學合理的環境影響評價并提出相應措施，以免給環境生態帶來巨大災難。根據高速鐵路建設的特點,研究建設項目的環境影響評價方法具有重要意義。高速鐵路建設項目環境影響評價原則是“以點為主，點線結合，突出重點”，但很難評價高速鐵路建設對區域環境的總體影響程度，也不易在不同建設方案中進行比選[1]。高速鐵路建設的環境影響是一個綜合、復雜的系統，受許多不同環境要素影響，對周圍環境的污染程度也不相同，需要一個具體的界限判定。

目前，一般采取定性與定量相結合、對比與預測相結合、現代與傳統相結合的方法進行評價，常用的方法有綜合指數法、模糊綜合評價法、層次分析法、灰色關聯分析法、聚類分析法等。這些方法在單獨運用時各有弊端：綜合指數法需將不同計量單位的數值進行無量綱化處理；灰色關聯分析法適用于少數據、貧信息不確定性問題，對隨機性序列中的關聯性問題難以分析；聚類分析法理論尚不完善，應用面較窄[2]。環境影響評價涉及對工程項目的社會、經濟、環境以及生態等諸多方面因素的分析和比較，其評價指標體系的綜合性、層次性、關聯性和多指標性決定了其必須以綜合評價為基礎，結合層次分析法決定指標體系及權重。因此，采用模糊數學理論對高速鐵路環境進行綜合評價有助于對建設方案進行輔助評價[3-4]。

1 建立高速鐵路環境評價指標體系

本文以京滬高速鐵路為例進行評價。京滬高速鐵路是中國最長、投資最大、標準最高的高速鐵路，是一條環保之路。京滬高速鐵路連接環渤海和長三角經濟圈兩個經濟區域，正線全長1 318 km，所經區域面積占國土面積的6.5%，人口占全國的26.7%，在國民經濟中起著舉足輕重的作用。京滬高速鐵路是我國規劃的四縱四橫高速鐵路網絡中的南北向主骨架，形成一條以北京為政治文化中心，上海為國際經濟、金融、貿易、航運中心的經濟帶，加快沿線地區的城市化進程；將加強東部地區對西部地區乃至全國的經濟輻射與帶動效應，帶動鐵路及其相關產業的技術進步，進而促進全國經濟的全面快速增長。京滬高速鐵路的建設，在國民經濟中具有極其重要的意義和作用[5]。對高速鐵路進行全過程的環境影響評價尤為重要。

高速鐵路生態環境影響評價依據的基本理論有生態學理論、生態經濟學理論、可持續發展理論、系統動力學理論等。評價過程中，指標的選取遵循科學、完整、有效的原則，滿足層次性、區域性、可操作性等條件。指標體系具有可比性、聯系性、簡明性和系統性等特征。常見的指標篩選方法有因子分析法、主要成分分析法、因果法、德爾菲法等。本文綜合上述方法，選取科學合理、描述性好的指標。

為滿足指標體系的操作性和全面性，根據高速鐵路建設項目的生態、環境、社會影響特點，經分析篩選，通過專家咨詢、資料收集和工程分析等多種手段，將高速鐵路建設項目環境影響評價指標體系總體作為目標層，以自然環境、生態環境、社會環境為評價的一級系統，列舉11個指標為二級子系統，構成京滬高速鐵路的評價要素集合[6]，見表1。

表1 高速鐵路建設項目環境影響評價指標體系

通過上述分析，建立由噪聲、電磁、大氣、水、固體廢棄物、景觀、植被破壞、水土流失、自然景觀、征地拆遷、移民安置等11個基礎指標構成的高速鐵路建設項目環境影響評價指標體系。京滬高速鐵路建設項目評價要素集合是進行AHP綜合評價的基礎，通過建立層次分析模型來構造兩兩判斷矩陣，結合層次分析法確定指標體系及其權重。

2 建立高速鐵路環境綜合評價數學模型

利用模糊層次分析法，建立環境影響綜合評價值制度，根據其綜合評價值對建設項目規劃階段各方案進行比選，一定程度上反映建設項目的經濟和社會效益，為高速鐵路建設的環境保護提供理論指導。評價程序見圖1。

2.1 評價指標權重的確定

層次分析法是一種多目標決策系統評價方法，基本思路是將評價問題分為目標層、準則層、指標層等進行定性和定量分析。該方法具有實用性、系統性、靈活性的優點，尤其適用于對決策結果難以直接準確計量的領域。缺點是指標層方案較多時，在針對上一級標準層確定權重系數時，給專家打分造成困擾，同時專家打分有一定的主觀性。高速鐵路建設項目環境影響評價涉及對社會、經濟、環境及生態等多方面因素的分析和比較，綜合考慮層次分析法能夠有效確定權重，為后續的環境影響評價奠定良好的基礎[7]。

判斷矩陣，表示針對上一層某要素，本層與之有關聯的各要素之間的相對優越程度，是求各層級權重的基礎。先進行某一層級各要素的兩兩比較，用數值表示，構造出判斷矩陣。高速鐵路建設項目環境影響評價因素集U={u1，u2，u3}，其中，自然環境u1={u11，u12，u13，u14，u15，u16}，生態環境u2={u21，u22，u23}，社會環境u3={u31，u32}。建立判斷矩陣后，求判斷矩陣的最大特征根及其對應的特征向量，進行權重計算，確定評價指標權重值。

(1) 權重的確定

采用1～9及其倒數的標度方法構造判斷矩陣S=(uij)3×3，用Mathematica軟件計算判斷矩陣S的最大特征根λmax及其特征向量A，此特征向量是各評價因素的重要性排序[8]。

(2) 層次單排序及判斷矩陣的一致性檢驗

由專家打分法構造的判斷矩陣與理論上的判斷矩陣有誤差。為使誤差減到最小，需要進行一致性檢驗。檢驗的標準為CI，其計算方法為

( 1 )

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為判斷矩陣的維度。

CI=0時，判斷矩陣具有完全的一致性；CI值越大，判斷矩陣的一致性越差。

利用隨機一致性比率CR判斷層次分析排序的結果，其計算公式為

( 2 )

式中：RI為平均隨機一致性指標。

CR<0.10時，層次分析排序的結果有滿意的一致性；否則，調整判斷矩陣的元素取值，重新分配權系數的值。

根據上述層次分析法,構造第一層次的判斷矩陣

根據Mathematica軟件計算出的判斷矩陣最大特征根λmax=3.036，有

查表[9],n=3時RI=0.52，則隨機一致性比率

矩陣S滿足一致性要求,權系數分配合理。

作歸一化處理，得三因子的權向量A=(0.637，0.105，0.258)。同理，采用層次分析法求出指標權重，分別對各二級指標構造判斷矩陣，再用Mathematica軟件計算最大特征根和一致性檢驗，得

自然環境指標的權重

A1=(0.174，0.183，0.199，0.210，0.106，0.128)

生態環境指標的權重

A2=(0.638，0.105，0.257)

社會環境指標的權重

A3=(0.474，0.526)

2.2 模糊綜合評判法模型的建立

高速鐵路建設項目環境影響評價各因子對周圍環境的影響互不相同，既有正面影響又有負面影響，且影響大小不同。故需建立備選集。等級集合V={v1,v2，…，v5}，其中，v1～v5分別為高速鐵路對周圍環境有負面影響且影響很大、有負面影響但影響較小、基本無影響、有正面影響且影響較小、正面影響且影響很大。為了便于評價，本文用分值表示各級別的評價標準。

構造等級模糊子集后，確定從單因素看被評事物對等級模糊子集的隸屬度(R|ui)，其中ui為被評事物的各個因素，矩陣R中元素rij表示某個被評事物從某因素看對模糊子集的隸屬度。

采用降半梯形法確定隸屬函數。對自然環境進行一級評價時，根據實際情況對噪聲、電磁、大氣、水、固體廢棄物、景觀等因素的評分為(36，38，42，35，36，26)，相應的單因素評判矩陣為

同樣求得

利用合適的算子將權向量A與各被評事物的模糊關系矩陣R進行合成，得到各被評事物的模糊綜合評價結果向量B，bj是被評事物從整體上看對等級模糊子集的隸屬程度,即

A·R=B

( 3 )

將權重集和單因素評判矩陣代入式( 3 )，得一級模糊綜合評判結果

B1=(0.040，0.579，0.330，0.051，0)

B2=(0.051，0.206，0.447，0.233，0.063)

B3=(0.105，0.753，0.142，0，0)

二級模糊綜合評價結果

B=A·R=(0.637,0.105,0.258)·

(0.058，0.585，0.294，0.057，0.006)

2.3 對模糊綜合評價結果向量進行分析

高速鐵路建設項目的實際過程中，使用加權平均求隸屬等級，對多個被評事物依據其等級位置進行排序[10-11]。對于高速鐵路建設項目環境影響評價，采用降半梯形法確定隸屬函數。設Vj和Vj+1為相鄰兩級的分級標準，顯然Vj>Vj+1,則因素對Vj的隸屬函數為

( 4 )

Vj+1的隸屬函數為

( 5 )

得到評判指標bk后，評價結果V的值，用加權平均法確定

( 6 )

式中:p為評判矩陣的列數;bk為評價指標，k=1,2,3,…，p。

結合上述方法和二級模糊綜合評判的結果，對綜合評分值進行等級評定。

V1=50×0.040+40×0.579+

30×0.330+20×0.051=36.08

V2=50×0.051+40×0.206+30×0.447+

20×0.233+10×0.630=35.16

V3=50×0.105+40×0.753+

30×0.142=39.63

V總=50×0.058+40×0.585+30×0.294+

20×0.057+10×0.006=36.32

綜上，高速鐵路建設項目在生態環境污染方面影響程度大，會產生中等程度的影響，在自然與社會環境污染方面影響程度小，僅產生較弱程度的污染。京滬高鐵對周圍整體環境影響程度較小。

京滬高速鐵路環境影響評價結果顯示，沿線各城市均已對高速鐵路進行規劃預留或規劃調整，項目建設與沿線城市發展規劃是相容的。高速鐵路具有占地省、能耗低、污染少、全天候、安全等技術經濟優勢；車站污水經處理后納入城市污水管網或回用；充分利用城市熱源集中供暖，采用清潔能源或污染防治措施，確保污染物達標排放；主體設施和運行動車通過設置聲屏障等工程防治措施，聲環境和振動環境影響得到有效控制。對區域內生態、環境等方面產生的影響，工程設計中采取積極有效的防治措施，使工程建設對環境的影響將減少到最低程度[12-13]。因此，京滬高速鐵路符合社會效益、經濟效益和環境效益協調統一的原則，具有環境可行性。

本文建立的模型，將定量分析和定性分析結合，符合實際，與環境影響評價報告書[12]結果一致，為高速鐵路建設項目環境影響綜合評價提供一種科學合理、簡單易行的方法。利用上述模糊評價方法可以計算單方案的環境影響綜合評價值，若在規劃階段有多項技術、經濟可行方案，也可根據各個方案的環境影響綜合評價值進行方案比選的輔助決策，提出可行性方案，以減少評價工作量。

3 結論

(1) 對高速鐵路建設項目的環境影響評價，單一的污染源評價方法會受到各個客觀因素的限制，難以獲取環境污染的全面認識。采用模糊層次分析法進行評價，可避免單一評價方法的局限性，能更全面合理地評價高速鐵路建設項目的主要污染源和污染物的排放。

(2) 圍繞高速鐵路在建設過程中產生的環境問題，從生態、環境、社會經濟和資源利用等方面分析了造成環境污染的原因，為對其進行生態影響綜合評價提供了依據。其研究成果可為高速鐵路建設的環境保護提供理論指導。

(3) 高速鐵路建設項目對生態環境污染能產生中等程度的影響，對自然與社會環境影響程度較小。此研究結論不僅夠客觀地評價了建設項目中污染物的排放，對其經濟和社會效益也給予了一定程度的反映，為深入評判高速鐵路的環境效益和社會效益提供依據。

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