涉及铁路环境敏感区选线多方案评价指标模型

【摘 要】自然环境问题影响着铁路建设过程中的每一个阶段，随着铁路建设蓬勃发展，铁路线路必然会涉及自然保护区、风景名胜区等环境敏感区。文章简述环境敏感区的定义与范围，根据铁路线路与环境敏感区的空间关系，通过设定相应指标，建立一个可以作为经过敏感区方案比选的评价模型，为多方案设计过程提供理论依据。

【关键词】环境敏感区; 铁路选线; 评价方法; 方案比选; 层次分析法

【中图分类号】U212.32【文献标志码】A

交通是国家发达与发展的前提，铁路是国民经济的动脉、是国家极为重视的基础设施和百姓最为普及的交通工具，在我国经济社会发展中的地位和作用不言而喻。而铁路并不能独立存在，谈到铁路，必然要将铁路与铁路线周围的空间系统联系在一起。铁路建设项目作为一种线型工程，过程中需要考虑到经济发展等因素设置车站，因此将会路经较多的地区，必然会涉及众多类型的环境敏感区。在铁路选线设计阶段，常会出现选线线路不可避免地涉及到环境敏感区，面对多方案涉及环境敏感区选线比选问题，本文将根据铁路线路与环境敏感区空间关系建立铁路环境敏感区评价模型，通过空间模型转化为数学模型得到线路对于环境敏感区影响程度的结果，进而得到较好的选线方案。

1 环境敏感区的定义与范围

2017年9月1日起施行的《建设项目环境影响评价分类管理名录》中称环境敏感区是指依法设立的各级各类保护区域和对建设项目产生的环境影响特别敏感的区域，主要包括生态保护红线范围内或者其外的下列区域：

（1）自然保护区、风景名胜区、世界文化和自然遗产地、海洋特别保护区、饮用水水源保护区。

（2）基本农田保护区、基本草原、森林公园、地质公园、重要湿地、天然林、野生动物重要栖息地、重点保护野生植物生长繁殖地、重要水生生物的自然产卵场、索饵场、越冬场和洄游通道、天然渔场、水土流失重点防治区、沙化土地封禁保护区、封闭及半封闭海域。

（3）以居住、医疗卫生、文化教育、科研、行政办公等为主要功能的区域，以及文物保护单位。

在以往的建设发展中，城镇建设进而产业发展总是以忽视及牺牲生态资源为代价，生态空间在城镇和工業发展的迅猛势头下不断被挤压，生态资源利用程度较为低效。同时，生态资源有着不可再生且较为脆弱的特性，因此人们一旦缺少保护的意识，生态资源很有可能在不知不觉间受到损害。环境敏感区的保护对于维护国家、区域生态安全，推动国民经济绿色发展，建设美丽中国至关重要。因此国家提出管理名录，强化人们对于环境敏感区的重视程度。

环境敏感区在产业发展建设过程中至关重要，铁路建设受到环境的严重制约同时对环境的影响也特别突出。铁路选线研究也需要将环境敏感区作为重要参考因素，应用在实际设计建设当中。

2 铁路环境敏感区评价模型

2.1 铁路环境敏感区评价范围及工作内容

本文根据《铁路工程建设项目影响评价技术标准》确定评价范围：铁路外侧轨道中心线两侧3 km以内区域，仅针对自然保护区、风景名胜区、水源保护区、森林公园、地质公园、文物保护单位，六种普遍存在的环境敏感区域进行讨论。

普遍认为环境敏感区在设计铁路线路3 km以外认为该线路对环境敏感区造成影响可忽略不计，不参与环境敏感区影响的判断。因此，环境敏感区影响评价模型针对所选评价段线路3 km以内范围作为评价依据。

本模型旨在构建能够体现铁路线路方案对于区域内环境敏感区的影响程度量化数值。

2.2 铁路环境敏感区影响评价指标

2.2.1 面积指数P1

在目标范围内，环境敏感区面积决定了铁路线路对环境敏感区影响程度。因此定义环境敏感区面积指数P1用来定义任一环境敏感区在范围内的面积占比见式（1）。

式中：P1为环境敏感区A的面积指数;SA为环境敏感区A部分面积，km2;S为评价段范围总面积，km2。

2.2.2 距离指数P2

在目标范围内，环境敏感区与铁路线的距离是决定影响程度的关键。因此定义环境敏感区距离指数用来定义任一环境敏感区在范围内距离铁路线的远近程度见式（2）。

式中：P2为环境敏感区A距离指标;DA为环境敏感区A与评价线路的最短距离，km;D为选取评价段范围的最大距离（一般取3km），km。

2.2.3 类型指数P3

环境敏感区存在自然保护区、风景名胜区、水源保护区、森林公园、地质公园、文物保护单位等不同类型，线路对于不同类型的环境敏感区的影响存在差异，因此为了保证评价结果的合理性，评价指标应该明确不同类型环境敏感区的权重。因此我们可以对环境敏感区选线评价类型指数按照敏感区不同性质分类如表1所示。

确定各评价指标在评价体系中的重要程度有多种方法，如专家评定法、指标敏感度法、层次分析法。其中层次分析法采用各指标两两相比的方法确定各指标权重，具有可操作性强、系统化和过程简洁等优点，故本文采用以下所示的层次分析法确定权重。

采用Saaty提出的九标度确定一级指标U1、U2、U3…Un对类型指数的影响比值并构成判断矩阵A见式（3）。

根据专家给出的建议和其他因素构建判断矩阵并求得特征向量为W=（0.232 3，0.167 6，0.097 0，0.054 4，0.095 8，0.352 9），通过一致性检验。整理得到不同类型环境敏感区的类型指数如表3所示。

2.2.4 形状指数P4

环境敏感区位于评价线路范围内，在面积、距离、类型都相同时，环境敏感区的形状也会对因为线路产生不同的影响。在同样面积、距离、类型的情况下，有着沿铁路线趋势的环境敏感区相较于远离铁路线方向趋势的环境敏感区会受到更大的影响。因此我们引入形状指标的概念，我们定义连接环境敏感区中心与距离铁路线最近点，连线垂直方向敏感区投影长度与连线方向投影长度和垂直方向敏感区投影长度之和的比值记为形状指数，计算公式如式（9）所示。

式中：P4为环境敏感区A的形状指数;L0为环境敏感区A中心与线路最近点连线垂直方向投影长度，km;L1为环境敏感区A中心与线路最近点连线方向投影长度，km。

2.2.5 曲线位置系数f

另外，我们注意到在目标范围内环境敏感区位于曲线附近时存在两种情况，即环境敏感区在曲线内圈（区域与曲线圆心位于线路同侧）方向或曲线外部（区域与曲线圆心位于线路两侧）方向，显然当敏感区位于曲线内部时，线路对于敏感区的影响将远大于外部。因此我们引入一个方向系数f，得到敏感区与曲线位置对于敏感区的影响因素。

我们取敏感区中心O与线路最近点M，在线路距点M前后0.05 km各取一點X、Y。这时我们得到两个角度，∠OMX=θ1、∠OMY=θ2，我们定义曲线位置系数f计算公式如式（10）所示。

式中：ρ为点M处的曲率半径。

2.3 铁路对环境敏感区影响评价模型

上面考虑了环境敏感区在目标范围内的前四个影响指标，综合四个影响指标即可得到任意环境敏感区所收到的影响指数。但研究得到的影响指数实际对于真正的影响程度存在差异，即面积、距离、类型、形状对于线路对于环境敏感区的影响程度存在不同，为了得到每一类型的影响指标的影响程度，我们赋予每项影响指数相应的权重见式（11）。

式中：wj为j指数的对应权重。

为了得到影响指数相应的权重，我们再次利用层次分析法构建判断矩阵并得到特征向量，通过一致性检验后得到指标权重：

在得到由四个影响指标构成的影响指数公示后，根据前文对于曲线位置影响因素的研究，最终可以得到一个将铁路线对环境敏感区影响程度量化的数值，将研究范围内所有敏感区影响程度量化的数值求和，则为该段线路对环境敏感区总影响量，定义为铁路环境敏感区评价值S见式（12）。

3 结论

环境敏感区对于国家产业发展极为重要却又非常脆弱，需要我们尽可能减少对于环境敏感区的负面影响。在铁路项目建设初期，方案比选时应尽可能地选择避让环境敏感区的方案，在无法避免途径环境敏感区时，应通过环境敏感区模型计算得到对环境敏感区影响程度最小的线路方案，科学论证选址合理性，控制铁路项目对环境敏感区的影响，使铁路建设与敏感区的环境保护协调发展科学并存。

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[定稿日期]2021-03-26

[作者简介]张博涵（1996～），男，在读硕士，研究方向为铁路选线设计。