基于城市道路建设对周边环境影响的评价研究★

崔世斌 巩舜妹 霍礼辉

(宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000)

城市道路是一个城市的重要经济命脉，城市道路建设也是衡量城市发展的重要依据，更是体现城市化的一个重要方面。城市道路系统是在一定的社会历史条件下和社会自然环境下由城市的各种交通道路和生活道路逐步形成的互相联系、有机结合的道路体系[1-3]。

基于我国的可持续发展理念以及绿色环保理念，城市道路建设对周边环境的影响越来越受到重视，但是目前大多数评价都是对经济发展、生态环境、大气环境、声音环境以及自然环境的评价，而对于城市道路建设对周边地质环境的影响少之又少。虽然西南交通大学的陈廷芳[4]对西南山区公路工程建设对地质环境的影响进行了研究，钱亦兵等[5]通过对新疆吐乌大公路建设的研究提出了公路建设对生态环境的不良影响和对策，但是相关领域的研究依旧很少。通过本研究有利于在现代社会背景下，对宿州周围地质环境有深入的了解，对未来道路工程建设以及路网交通规划有良好的参考价值，为宿州市的环境整治以及城市污水处理提供借鉴，为宿州市经济发展做良好铺垫。

1 区域概况

本次研究调查的是宿州市城区二徐路。二徐路是宿州市埇桥区东北区域客货运输的重要通道，原县道X026(宿州东二铺至徐州)。此次研究为调查取样简便，研究路段为南起S303道与二徐路交叉处，北至埇桥区北外环路与二徐路交叉处，途经宿州学院，宿州市逸夫师范学校，贯通宿州大道，架临新汴河，研究路段长约9.0 km。

2 城市道路工程对地质影响评价的指标体系

2.1 评价因素因子分级标准

评价结果利用四分法将二徐路建设对周边环境的影响划分为Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级,根据不同地段的地质环境特征，确定道路建设对地质环境的影响方向和程度。Ⅰ级影响较小，Ⅱ级影响较大，Ⅲ级影响强烈，Ⅳ级影响极强烈。并根据研究时工程对环境影响程度按级别Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级分别赋值3，5，7，9，分值越大，影响程度越高，反之，分值越小，影响程度越低。

2.2 道路工程建设对地质环境的影响要素分析及体系构建

在城市道路建设对周围地质环境的评价中，评价指标和评价参数的选择是评价成功的关键。地质环境的影响因素非常复杂，各地质体的构造、岩性组成及其内部的构造运动对道路工程相关地质环境的形成和演化有影响。因此，将地质体的稳定性作为地质环境质量的一个评价因素；水文地质学所研究的主要内容是地球水的化学成分以及其物理性质，而地下水、地表水作为地球水的重要组成部分，其形成规律及分布对地区道路建设物的耐久性和稳定性影响巨大，反之由于公路工程的建设，桥梁基础和路堤特别是山区公路建设中的路堤开挖和填筑，需要大量的开挖和填筑。这将导致部分地段地下水位显著下降，部分地段地下水位上升，部分地段地下水质发生变化。严重影响公路沿线生产生活用水，破坏生态环境。道路工程对地质环境的影响程度不仅与工程作用的类型、规模和强度密切相关，还与地质环境本身的特点相关。地质灾害是现代地质环境演化中最为活跃的因素。地质灾害在一定程度上反映了地质环境的质量，与人类工程活动密切相关。工程活动对地质环境质量好的地区影响较小，就算道路工程的建设强度不高，地质环境质量差的地区影响也较大。因此，周边地质灾害情况可以作为判断周围地质环境质量的一个因素。此次研究通过对地质环境各种影响因素的分析和筛选，选择地质构造、岩性组合、地下水给水度和pH值、高填深挖、崩塌滑坡等子因子，从地质体稳定性、水文地质、工程活动强度、地质灾害四方面建立层次分析模型。

3 K-Means聚类的数学模型和评价因子的权重

3.1 K-Means聚类的数学模型及参数确定

将研究区划分为6个评价区单元，各单元为200 m×2 000 m，且同一单元地质环境相对均匀。如果本次评价选择了m个因子，且各因子包含n个因子，则二徐路周围地质环境评价单元中的一个因子的值等于各因子得分之和。具体如式(1)所示：

(1)

其中，Ni为因子N的得分；Nij为因子j的得分；Wj为因子j的权重值。如果N是一个区段评价单元的总分，Wj为i的因素权重，则该单元的总分为式(2)所示：

(2)

3.2 评价因子权重

此次对地质环境评价的因素的因子权重的确定采用了层次分析法。地质体稳定性、水文地质、工程活动强度、地质灾害的因素权重分别为35%,25%,25%,15%。

4 基于K-Means聚类的道路工程建设对地质环境影响的评价

4.1 单路段各因素等级确定

单路段因素等级确定就是根据调查研究的结果对各因素因子进行赋值，算出各路段内因素分值，为最终K-Means聚类对整个路段评价做数据基础。

4.2 路段评价单元内分值确定

根据调查取样和查阅有关资料对6个研究区内的因素因子进行赋值，利用K-Means模型以及因子权重求出各路段内各因素分值，最终算出得6个路段区域评价单元总分值为：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聚类对二徐路建设对地质环境影响评价

由计算结果可以将二徐路建设对周边环境的影响分为较轻，较强两类。因此，数据聚类成两类：3.695,3.72,4.13和4.675，4.95，5.015。初始质量中心分别为3.695和5.015，然后计算所有采样点到两个初始质量中心的欧氏距离。根据中心点间最短距离的原则，采用SPSS软件，将所有的采样点都分配给两个中心所在的类，迭代过程依次完成。其中欧氏距离公式如式(3)所示：

(3)

通过两次迭代过程后，新质心与原质心相等，都是3.695和5.015。此时算法停止计算，因素总分值被划分为两类。由此可得出二徐路工程建设对路段①、路段②、路段⑥周边地质环境的影响可归为一类，由于其分值更加接近5，即可评判此三路段地质环境受到的影响为较强；二徐路工程建设对路段③、路段④、路段⑤地质环境影响可归为一类，可评判此三路段地质环境受到的影响为较轻。

5 结论与验证

评价结果与各路段的实际工程情况所反映的影响基本相符，例如东二铺到宿州学院路段，受风化作用，土质较松软；部分路段填挖量较大；周围地表水系统受到破坏，水体pH值成弱酸性；未发现路段有崩塌滑坡现象，这与路段评价较强是吻合的。表明采用K-Means聚类对道路工程建设对地质环境影响的评价是可行的，但是评价的结果还与评价因子的筛选、因子等级的划分和赋值、因子权重系数的确定的可靠性、正确性有关。应用K-Means聚类对城市道路工程地质环境进行评价具有科学性、客观性和实用性，并且操作简单，应用方便，对指导城市道路建设与规划具有现实意义，但上述评价指标还需要进一步研究和完善。