基于模糊综合评价法的林区公路生态环境影响分析

涂美珍，张正雄，俞椿辉

(福建农林大学交通与土木工程学院，福建 福州　350002)



基于模糊综合评价法的林区公路生态环境影响分析

涂美珍，张正雄，俞椿辉

(福建农林大学交通与土木工程学院，福建 福州350002)

摘要：应用模糊综合评价法分析林区公路建设对生态环境的影响.按照科学性、客观性、可操作原则选取水土流失、植物、土壤、动物、水环境等5个影响因素建立林区公路建设对生态环境影响的因素集，采用九标度法确定各影响因素的权重.结合福建省某林区公路的实际情况对林区公路建设对生态环境的影响进行综合评价，评价结果可作为林区公路建设方案可行性论证的重要参考依据.研究结果表明，将模糊综合评价法应用到林区公路生态环境影响评价中是一种科学、简单易行的方法.

关键词：林区公路；生态环境影响；模糊综合评价

【引用格式】涂美珍，张正雄，俞椿辉.基于模糊综合评价法的林区公路生态环境影响分析[J].北华大学学报(自然科学版)，2016，17(2)：255-260.

近年来，国内外关于公路建设环境影响评价的研究越来越多.由于高等级公路造价高，工程量大，涉及面广，我国对公路建设项目的生态环境影响评价主要集中在高等级公路，而针对林区公路的较少.林区公路单位长度对生态环境的影响小于高等级公路，但是林区公路的总里程多，对生态环境的影响也是不容忽视的.然而，几十年来在以“木材生产为中心”指导思想的影响下，林区公路建设过于强调经济效益，在路网规划建设中基本上都是以降低木材生产成本为主要出发点，而路网建设对生态环境可能造成的负面影响却很少考虑甚至被完全忽视，致使林区生态环境受到严重影响，不合理的公路建设进一步加剧了林区水土流失，在很大程度上影响了林区的可持续发展[1].因此，科学合理地评价林区公路建设对生态环境的影响，对完善林区公路建设的可行性研究方案，提高林区公路建设的环境保护意识，减小林区公路建设对生态环境的影响，促进林区公路建设的健康发展和林业的可持续经营，都具有极其重要的意义.

随着人们环保意识的提高，以及环境影响评价体系的不断发展和完善，生态环境影响评价作为评价体系的一个重要组成部分也越来越受到重视.英国学者Sherwood[2]、美国生态学家Forman[3]、 Tomblike[4]等研究了公路建设对生态环境的影响；国内在公路生态环境保护方面也进行了大量的研究与实践.郑艳华[5]、李庆旭等[6]、赵亚超等[7]分别采用生命周期评价法、层次分析法以及基于GIS的图形叠置法分析了公路建设项目对环境的影响.然而，我国对公路建设项目环境影响综合评价开展的时间较短，大部分还停留在定性分析阶段，定量评价的方法较少，不利于对公路环境影响做出客观准确的评价.因此，本文根据林区公路对生态环境影响的特点，采用模糊综合评价法分析林区公路的生态环境影响.

1林区公路建设对生态环境的影响

1.1对水土流失的影响

在公路建设过程中，路基、场站、临时施工用地等占压土地，大量取土、弃土会破坏原有地表植物，形成大面积裸露坡面，削弱了表土层的抗侵蚀能力；另外，林区公路大多处于河流上游，在公路建设过程中产生的大量弃土和裸露的坡面，在雨水的冲刷作用下，会造成严重的水土流失，有的弃土压缩河道过水面积，导致河流流速、河道走向改变，使上游水流冲刷能力和夹沙能力增大，下游泥沙淤积，影响了下游的生态环境.

1.2对水环境的影响

由于雨水冲刷路肩及边坡导致水土流失，随地表径流进入水体，使河流湖泊水质混浊、悬浮物浓度升高；机动车辆的运行是路面径流污染的重要污染源，其排放的污染物包括轮胎颗粒、筑路材料颗粒、燃料燃烧排放物、发动机油料等，这些物质经雨水冲刷进入水体，直接影响地表水环境，甚至影响到地下水的质量[8].

1.3对植被的影响

林区公路网修建的一个直接后果就是道路及其两侧的植被受到破坏，产生廊道效应，使森林生态景观破碎化，原来成片的森林被分割为若干区域，这对生物多样性极为不利；公路工程的永久性占地、施工期间的施工便道、预制场、拌和站建设等需要砍伐部分森林，直接破坏了林区的地表植被；车辆或者动物能够携带种源，公路沿线形成的裸露地面很可能成为外来物种的入侵通道.

1.4对土壤的影响

由于土壤含有丰富的有机质和无机盐类，可为生物生产提供一种环境.公路建设不仅占用了大量土地，造成大面积的地表裸露，而且会扰乱原来土壤的发育层次和土体结构类型，破坏原有的土壤结构、质地等土壤属性；路基的填挖和压实过程使土壤结构紧密，改变了土壤结构，施工遗留的废弃物也会对土壤的质地产生不利影响；此外，在道路运营过程中，机动车辆排放了大量的有毒有害物质，扩散于公路两侧，土壤会受到排放物中铅、一氧化碳等物质的污染[9].

1.5对动物的影响

林区公路线路较长，可能会穿越一些敏感的生态系统，如湿地、保护区等，林区道路的修建必然会引起进入林区的人流和车流的大幅增加，干扰沿线野生动物的正常活动，对野生生物的生存环境造成严重冲击，生存空间进一步缩小，甚至会使一些珍稀物种消失；林区公路建设在为人们进出林区从事生产和生活提供便捷的同时，也为部分村民进行捕猎野生动物提供了有利条件，这对野生动物构成了严重的威胁[10].

2模糊综合评价法在林区公路建设环境影响评价中的应用

模糊综合评价法是20世纪60年代由美国科学家扎德教授创立的，是一种以模糊数学为基础，应用模糊集合理论，将一些具有模糊性且不易定量的因素定量化的综合评价方法.其基本思想是先对最低级层级的因素进行综合评价，然后一层层依次往上评价，直至最高层，从而得到最终评价结果[11].福建省某林业采育场根据林业生产规划拟在某片林区修建一条长约10 km，等级为林三级的林区公路，为了对公路建设方案的可行性做出科学评价，决定采用模糊综合评价法对该公路的环境影响进行评价.

2.1评价指标体系

作为一种特殊的带状建筑物，林区公路对沿线周围环境的影响也是复杂、多样化的.根据科学性、客观性、可操作性原则，首先选取具有一定代表性并能反映沿线地区环境质量的环境因子建立评价指标体系.根据拟建林区公路所处的自然地理条件及其对环境潜在影响的主要特点，结合《公路建设项目环境影响评价规范》[12]中的相关规定和要求，选择水土流失、植被、土壤、水环境和动物等因子作为该林区公路生态环境影响评价的主要环境因子，并建立相应的评价指标体系，见表1.

表1　某林区公路环境影响评价主要指标体系

表2　重要度值及其含义

2.2因素集和评价集

设U1，U2，U3，U4，U5分别表示水土流失、植物、土壤、水环境和动物，u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7，u8分别表示水土流失侵蚀量、植被覆盖率、物种变化量、土地占用量、铅含量、pH、悬浮固体含量和动物，则林区公路建设项目对环境的综合评价指标集为

U={U1，U2，U3，U4，U5}，

其中：U1={u1}，U2={u2，u3}，U3={u4，u5}，U4={u6，u7}，U5={u8}.

为了便于评价林区公路对生态环境的影响，将公路对环境的影响分成5个级别，分别为影响不明显(V1)、影响较小(V2)、影响一般(V3)、影响较大(V4)、影响严重(V5)，并对每个定性评语赋予一个数值，以便将定性评价转变成定量评价，即V1=0.2,V2=0.4,V3=0.6，V4=0.8，V5=1.0，其中V1∈{0，0.2}，V2∈{0.2，0.4}，V3∈{0.4，0.6}，V4∈{0.6，0.8}，V5∈{0.8，1.0}，由此可得出评语集为V={V1，V2，V3，V4，V5}={0.2，0.4，0.6，0.8，1.0}.

2.3权重集

每个评价因子的影响程度是不同的，为了反映不同评价因子的重要程度，就要对各个评价指标ui(i=1，2，…，m)赋予相应的权重值ai(i=1，2，…，m).各个权重值所组成的集合为

指标权重的合理确定是模糊综合评价法应用中的一个关键步骤，确定的方法有专家法、层次分析法、九标度法等多种方法，其中九标度法是一种简单、有效且较常用的方法.九标度法是专家对评价指标进行两两比较，给出相对重要度值(表2)，从而构造出判断矩阵，最终得出权值系数[13].

根据九标度法，结合某林区公路的实际资料和相关专家对该林区公路环境影响评价指标相对重要性的比较结果，构造出判断矩阵，见表3.

根据比较矩阵计算权重.首先对比较矩阵的每一列向量进行归一化处理，得到

(1)

(2)

(3)

则A=(A1，A2，…，Am)T即为所求的特征向量，即各个指标要素的权重.根据式(1),(2),(3)计算可以得到各评价指标的权重值：

A1=(a1)=(0.260 4)，

2.4指标无量纲化处理

无量纲化处理常见的方法有直线型无量纲化、折线型无量纲化和曲线型无量纲化.本文采用简单直观的直线型无量纲化处理方法.直线型无量纲化方法是指在指标的实际值转化为标准值时，将两者转化成线型比例关系的一个值[14].

林区公路建设生态环境影响综合评价指标可分为大值型和小值型两种.大值型的指标值越大越好，如植被覆盖率、穿越栖息地长度、种群数量等等；小值型的指标值越小越好，如土壤中的铅含量、水环境中的悬浮物固体含量等.

设指标无量纲化值为Si，Si∈[0，1]，评价指标集为Y，评价指标yi∈Y，指标属性值xi，评价指标最大值为Mi，评价指标最小值为mi，则指标无量纲化标准函数为Si=y(xi)，i=1，2，…，m.

当指标值为小值型时，函数

(4)

当指标值为大值型时，函数

(5)

根据式(4)或式(5)计算出评价指标无量纲化后的标准值，如水土流失侵蚀量为小值型，将表4中相关数据代入式(4)后计算得到S1=0.64，同理计算可得到其他评价指标无量纲后的标准值.林区公路的环境影响综合评价指标无量纲化表见表4，表中评价指标最大值和评价指标最小值通过当地环保部门或者实地调查得到，指标属性值通过调查得到.

表4　环境影响综合评价指标无量纲化

2.5模糊综合评价

根据前面制定的评语集，要对所选的各项评价指标进行评定，就要建立一个从v到u的映射，并确定各个评价指标在评语集中的隶属度，即建立一个关于v，u，r的模糊隶属矩阵

(6)

矩阵R为隶属函数矩阵.

评价指标属性值x相对于Rj的隶属函数为

(7)

评价指标属性值x相对于Rj+1的隶属函数为

(8)

根据式(7)、(8)，结合表4中无量纲化后的标准值，可以得到各评价指标的隶属函数矩阵.R1，R2，R3，R4，R5分别表示水土流失、植被、土壤、水环境和动物的隶属矩阵.如水土流失侵蚀量无量纲化后标准值S1=0.64，在区间(0.6，0.8)内，则S1相对于0.2，0.4，1.0的隶属度为0，相对于0.6的隶属度r1=(0.64-0.8)/(0.6-0.8)=0.8，S1相对于0.8的隶属度r1=(0.6-0.64)/(0.6-0.8)=0.2，所以，R1=(0,0,0.8,0.2,0)，同理可计算得到R2，R3，R4，R5：

R5=(0,0.35,0.65,0,0).

2.5.1单因素模糊评价

由于各个因素的影响程度及权重存在差异，所以需要对单个因素进行模糊评价.单因素模糊评价是单独从一个评价指标出发进行评价，以确定评价对象对评价集的隶属度.某个因素的评价值集合

Bi=Ai·Ri=(bi1，bi2，…，bim).

(9)

将前面计算所得的各评价指标的权重值和各评价指标的隶属矩阵代入式(9)可计算得到各个因素模糊评价结果.

B1=A1·R1=(0，0，0.208 3，0.052 1，0)， B2=A2·R2=(0，0，0.149 0，0.232 7，0)，

B3=A3·R3=(0，0，0.078 7，0.069 8，0)， B4=A4·R4=(0，0，0.042 9，0.068 4，0)，

B5=A5·R5=(0，0.034 3，0.063 7，0，0).

2.5.2模糊综合评价

则模糊综合评价集

(0,0.034 3,0.542 7,0.422 9,0).

根据模糊综合评价集和评价集V，可求得该林区公路环境影响的模糊综合评价值

P=V·BT=0.677 7.

综上可知：评价值P=0.677 7∈[0.6，0.8]，其区间表示为“影响一般”，表明该林区公路建设对生态环境的影响一般.

3结论

采用模糊综合评价法结合福建省某林区的实际情况对林区道路建设的生态环境影响进行了综合评价，从水土流失、植物、土壤、水环境及动物等方面分析了林区道路对生态环境的影响，并最终得到一个量化的结果.模糊综合评价法既能充分利用林区公路生态环境系统的多因素复杂性，又能考虑各评价指标属性、评价因子权重.模糊综合评价法提高了评价精度，为环境影响评价提供了更科学有效的方法.公路建设项目环境影响评价是一个多目标、多属性的复杂评价，评价内容涉及多个学科领域的知识.本文采用专家评价的方式确定评价指标的权重值，虽然最大限度地考虑了实际情况，但与实际情况总会存在一定的偏差.如何把定性问题精确定量化，提高定性研究的科学性和可靠性，将是今后研究中的一个重要方向.

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【责任编辑：郭伟】

Influence of Forest Highway’s Ecological Environment Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

Tu Meizhen，Zhang Zhengxiong，Yu Chunhui

(SchoolofTransportationandCivilEngineering，FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，China)

Abstract：Analyzing the impact of forest road construction on the ecological environment with the application of fuzzy comprehensive evaluation method.According to the principle of objectivity and scientific nature，five factors of affecting the ecological environment of forest road construction are selected，such as soil erosion，vegetation，soil，animal，water environment，etc.Using the nine scale methods decides the weight value of the affecting factors.Combined with the actual situation of the highway construction in Fujian Province，the influence of the ecological environment of forest road construction is evaluated，and the evaluation results can be used as an important reference for the feasibility of forest road construction scheme.The results show that the fuzzy comprehensive assessment is a simple and feasible method for the evaluation of the ecological environment of the highway in the forest area.

Key words：forest region road；influence of ecological environment；fuzzy comprehensive assessment

中图分类号：S733

文献标志码：A

作者简介：涂美珍(1990-)，女，硕士研究生，主要从事道路与建筑工程研究，E-mail：296179757@qq.com；通信作者：张正雄(1961-)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事道路工程、建设工程环境影响评价研究，E-mail：627467445@qq.com.

基金项目：福建省高校产学重大项目(2010H6003)；福建省林业厅科学基金项目(闽林科[2012]函2号；闽林科[2014]2号).

收稿日期：2015-11-08

文章编号：1009-4822(2016)02-0255-06

DOI：10.11713/j.issn.1009-4822.2016.02.025