基于全线生态影响的铁路方案评价模型研究

宋子炜

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

1 引言

铁路建设项目是大型的非污染生态型工程，突出的环境问题是对生态环境的影响［1］。近年来，随着“可持续发展”、“和谐社会”理念的不断深化，自然保护区、风景名胜区、森林公园等生态敏感区数量逐年增加，面积不断扩大。以自然保护区为例，截至2013年底，全国各类自然保护区共计2697 个，面积1.46×108hm2，约占国土面积的14.6%［2］，其他敏感区数量也在逐年增加。因此，研究探讨基于生态影响的铁路线路比选成为行业热点，但是目前研究焦点大多局限于针对单个生态敏感区进行比选论证［3－4］，而从全线生态影响角度进行方案评价的研究很少见。本文探讨从全线生态影响角度建立方案评价模型，以期更加科学合理的指导设计方案优化和安心生态保护。

2 铁路生态选线的内涵与特点

本文认为基于全线生态影响的铁路方案评价，是指在规划与勘察设计阶段，以区域背景生态为依据，秉承“生态选线、保护优先”的设计理念，在全线层面上进行生态影响评价分析，通过经济合理、技术可行的措施设计，在发挥铁路主体功能的基础上，确保路域生态环境、特别是生态敏感区得到妥善保护，生态系统服务功能得到有效恢复、生态景观与功能有机协调。其明显特征为，通过对全线方案的生态影响进行评价，达到路域生态系统的社会、经济、环境效益的最大化。

3 评价体系构建

3.1 评价指标选取

为确保评价结果的科学性和准确性，指标选取应遵循科学性、代表性、典型性和可操作性原则，即所选各指标之间相互交叉较少，并且易于操作。根据生态学、景观生态学等相关理论，本文从敏感区保护［5］、服务功能价值、景观变化3 个方面建立评价准则，选取16 个指标构建综合评价体系(表1)。

3.2 评价体系构建

3.2.1 综合评价指数计算

生态影响综合评价指数(EIAI)表征铁路工程方案设计对路域生态系统的影响程度。EIAI 值越小表示生态影响越轻微，铁路线路设计方案越优;反之则表明对路域生态环境影响较大，设计方案应从生态保护角度进一步进行论证比选。

式中:Wi为准则层各指标权重，wi为指标层各指标权重，Ui为准则层各指标归一化处理后的数值，Vj为指标层各指标归一化处理后的数值。

3.2.2 评价指标赋权

层次分析法(AHP)是一种合理可行的系统分析方法。本文通过AHP 法，结合专家咨询，确定各层指标权重(表1)。

3.2.3 评价指标赋值

(1)敏感区保护评价指标。敏感区保护评价指标均为语言描述类的定性指标，通过专家咨询法进行评价判断，虽易于理解，但难以量化，并且由于判断不确定性的存在，可能会造成判断信息的模糊性。为避免此类问题，采取三角模糊数法进行指标赋值，具体计算步骤可参照参考文献［6］。

(2)服务功能价值评价指标。90年代末Costanza 等人首次明确了生态系统服务价值的原理及方法，并指出生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务［7］，其提供的价值当量在生态服务评价中得到了广泛应用。本次评价将生态系统服务功能价值概念引入铁路方案评价生态影响评价中，可以有效解决生态影响评价的量化问题。具体步骤为，首先结合现行土地利用分类标准，将路域生态系统进行细化分类;然后根据已有关于生态服务价值当量研究成果，计算路域各类生态系统服务价值总当量。刘文荣等对谢高地等建立的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量进行修正(表2)［8］，在矿区生态影响评价中取得了较好效果，本次予以借鉴引用。1 个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7［9］，其他生态系统生态服务价值当量因子是指生态系统产生该生态服务的相对于农田食物生产服务的贡献大小。

表1 评价体系各层指标权重汇总表

表2 陆地生态系统单位面积生态服务价值当量汇总表

(3)景观变化评价指标。景观生态体系结构是否合理决定了景观功能的优劣［10］，生态景观评价能够较为准确的反映生态系统的整体性，本次评价选取景观多样性指数(H)、景观均匀度指数(E)、斑块密度(PD)三个特征指标。其中景观多样性指数(H)反映景观类型的多少及各景观类型所占比例的变化，计算公式:

式中:Pi为景观类型i 所占面积比例，m 为景观类型数量。

景观均匀度指数(E)反应的是各类斑块在面积分布上的不均匀程度，以多样性指数与其最大值比值表示，

即:

斑块密度(PD)反映景观被分割的破碎程度，计算公式:

式中:n 为斑块的总个数，A 为景观总面积，i 为斑块类型。

3.3 计算数据处理

各个评价指标表征含义不同，指标赋值单位也不相同，因此在综合计算前，采用归一化方法对指标层各组指标进行标准化处理，即对序列x1，x2，…，xn进行如下变换:

则新序列y1，y2，…yn∈［0，1］且无量纲，并且

由于铁路项目建设里程较长，涉及生态敏感区数量较多，评价模型“敏感区保护”指标计算会涉及多个敏感区评价数据累加，因此，需要采用归一化方法进行标准化处理。

4 结论与讨论

(1)通过明确基于全线生态影响的铁路方案评价内涵，从敏感区保护、服务功能价值和景观变化3 个方面选取16 个评价指标构建模型，并进行指标赋权和量化评价，可从全线生态保护角度，为铁路设计方案优化提供参考依据。

(2)以路域生态影响评价为切入点，将生态影响评价指数引入全线设计方案评价中，将生态系统服务功能价值概念引入铁路生态影响评价中，能够更加准确的量化路域生态环境变化，为铁路建设的生态系统保护决策提供新思路。

(3)路域生态系统类型复杂多样，生态系统服务价值核算是生态影响评价的重点指标，但目前各类生态系统价值核算尚未形成统一认识，因此，应结合铁路建设实际，积极推进相关研究，尽可能细化完善各类生态系统的服务价值，并根据土地利用、气候调节、人类活动等客观条件进行修正。

［1］匡星，白明洲，王连俊，等．铁路建设项目对生态环境影响评价体系探析［J］．铁道工程学报，2009，31(2):125－131．

［2］http://zls．mep．gov．cn/hjtj/nb/2013tjnb/201411/t20141124 291864．htm．2014，11，24．

［3］张慧，沈渭寿，江腊沙，邹长新．青藏铁路沿线景观保护评价方法研究［J］．生态学报，2004，24(3):574－582．

［4］刘立斌．自然保护区铁路选线［J］．铁道工程学报，2007，24(12):11－18．

［5］宋子炜，李嘉．铁路工程建设对沙坡头自然保护区生态环境的影响评价［J］．水土保持通报，2012，32(6):201－205．

［6］宋子炜．基于三角模糊数的自然保护区生态旅游评价［J］．生态科学，2011，30(4):411－417．

［7］CostanzaR，ArgeR，GrootR，eta1．The value ofthew0rld's ecosystem service and natural capital［J］．Nature，1997(387):253－260．

［8］刘文荣，麦方代，王岁权，等．煤矿环境影响后评价生态损益定量化分析技术方法［J］．煤炭工程，2014，46(5):27－29．

［9］谢高地，鲁春霞，冷允法，等．青藏高原生态资产的价值评估［J］．自然资源学报，2003，18(2):63－70．

［10］杨海波，李云飞，陈敬伟，等．喀什河流域景观生态综合评价研［J］．干旱区资源与环境，2014，28(11):67－71．