朱 勇， 楊 睿， 李德生， 劉伊生

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

中國(guó)高速鐵路的建設(shè)與發(fā)展促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)也帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目的施工及運(yùn)營(yíng)不同程度地破壞或影響區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，需進(jìn)行科學(xué)合理的環(huán)境影響評(píng)價(jià)并提出相應(yīng)措施，以免給環(huán)境生態(tài)帶來巨大災(zāi)難。根據(jù)高速鐵路建設(shè)的特點(diǎn),研究建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法具有重要意義。高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)原則是“以點(diǎn)為主，點(diǎn)線結(jié)合，突出重點(diǎn)”，但很難評(píng)價(jià)高速鐵路建設(shè)對(duì)區(qū)域環(huán)境的總體影響程度，也不易在不同建設(shè)方案中進(jìn)行比選[1]。高速鐵路建設(shè)的環(huán)境影響是一個(gè)綜合、復(fù)雜的系統(tǒng)，受許多不同環(huán)境要素影響，對(duì)周圍環(huán)境的污染程度也不相同，需要一個(gè)具體的界限判定。

目前，一般采取定性與定量相結(jié)合、對(duì)比與預(yù)測(cè)相結(jié)合、現(xiàn)代與傳統(tǒng)相結(jié)合的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，常用的方法有綜合指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、聚類分析法等。這些方法在單獨(dú)運(yùn)用時(shí)各有弊端：綜合指數(shù)法需將不同計(jì)量單位的數(shù)值進(jìn)行無(wú)量綱化處理；灰色關(guān)聯(lián)分析法適用于少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題，對(duì)隨機(jī)性序列中的關(guān)聯(lián)性問題難以分析；聚類分析法理論尚不完善，應(yīng)用面較窄[2]。環(huán)境影響評(píng)價(jià)涉及對(duì)工程項(xiàng)目的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及生態(tài)等諸多方面因素的分析和比較，其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的綜合性、層次性、關(guān)聯(lián)性和多指標(biāo)性決定了其必須以綜合評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，結(jié)合層次分析法決定指標(biāo)體系及權(quán)重。因此，采用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)高速鐵路環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)有助于對(duì)建設(shè)方案進(jìn)行輔助評(píng)價(jià)[3-4]。

1 建立高速鐵路環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本文以京滬高速鐵路為例進(jìn)行評(píng)價(jià)。京滬高速鐵路是中國(guó)最長(zhǎng)、投資最大、標(biāo)準(zhǔn)最高的高速鐵路，是一條環(huán)保之路。京滬高速鐵路連接環(huán)渤海和長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)圈兩個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，正線全長(zhǎng)1 318 km，所經(jīng)區(qū)域面積占國(guó)土面積的6.5%，人口占全國(guó)的26.7%，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用。京滬高速鐵路是我國(guó)規(guī)劃的四縱四橫高速鐵路網(wǎng)絡(luò)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(guó)際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易、航運(yùn)中心的經(jīng)濟(jì)帶，加快沿線地區(qū)的城市化進(jìn)程；將加強(qiáng)東部地區(qū)對(duì)西部地區(qū)乃至全國(guó)的經(jīng)濟(jì)輻射與帶動(dòng)效應(yīng)，帶動(dòng)鐵路及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)而促進(jìn)全國(guó)經(jīng)濟(jì)的全面快速增長(zhǎng)。京滬高速鐵路的建設(shè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有極其重要的意義和作用[5]。對(duì)高速鐵路進(jìn)行全過程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)尤為重要。

高速鐵路生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)依據(jù)的基本理論有生態(tài)學(xué)理論、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論、可持續(xù)發(fā)展理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論等。評(píng)價(jià)過程中，指標(biāo)的選取遵循科學(xué)、完整、有效的原則，滿足層次性、區(qū)域性、可操作性等條件。指標(biāo)體系具有可比性、聯(lián)系性、簡(jiǎn)明性和系統(tǒng)性等特征。常見的指標(biāo)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(xué)合理、描述性好的指標(biāo)。

為滿足指標(biāo)體系的操作性和全面性，根據(jù)高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目的生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)影響特點(diǎn)，經(jīng)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(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系總體作為目標(biāo)層，以自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境為評(píng)價(jià)的一級(jí)系統(tǒng)，列舉11個(gè)指標(biāo)為二級(jí)子系統(tǒng)，構(gòu)成京滬高速鐵路的評(píng)價(jià)要素集合[6]，見表1。

表1 高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)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(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)成的高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。京滬高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)要素集合是進(jìn)行AHP綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，通過建立層次分析模型來構(gòu)造兩兩判斷矩陣，結(jié)合層次分析法確定指標(biāo)體系及其權(quán)重。

2 建立高速鐵路環(huán)境綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

利用模糊層次分析法，建立環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)值制度，根據(jù)其綜合評(píng)價(jià)值對(duì)建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃階段各方案進(jìn)行比選，一定程度上反映建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為高速鐵路建設(shè)的環(huán)境保護(hù)提供理論指導(dǎo)。評(píng)價(jià)程序見圖1。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

層次分析法是一種多目標(biāo)決策系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，基本思路是將評(píng)價(jià)問題分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層等進(jìn)行定性和定量分析。該方法具有實(shí)用性、系統(tǒng)性、靈活性的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于對(duì)決策結(jié)果難以直接準(zhǔn)確計(jì)量的領(lǐng)域。缺點(diǎn)是指標(biāo)層方案較多時(shí)，在針對(duì)上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)層確定權(quán)重系數(shù)時(shí)，給專家打分造成困擾，同時(shí)專家打分有一定的主觀性。高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)涉及對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及生態(tài)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(quán)重，為后續(xù)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)奠定良好的基礎(chǔ)[7]。

判斷矩陣，表示針對(duì)上一層某要素，本層與之有關(guān)聯(lián)的各要素之間的相對(duì)優(yōu)越程度，是求各層級(jí)權(quán)重的基礎(chǔ)。先進(jìn)行某一層級(jí)各要素的兩兩比較，用數(shù)值表示，構(gòu)造出判斷矩陣。高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)因素集U={u1，u2，u3}，其中，自然環(huán)境u1={u11，u12，u13，u14，u15，u16}，生態(tài)環(huán)境u2={u21，u22，u23}，社會(huì)環(huán)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(duì)應(yīng)的特征向量，進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值。

(1) 權(quán)重的確定

采用1～9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法構(gòu)造判斷矩陣S=(uij)3×3，用Mathematica軟件計(jì)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(píng)價(jià)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(yàn)

由專家打分法構(gòu)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(jìn)行一致性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)為CI，其計(jì)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(shí)，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(jī)一致性比率CR判斷層次分析排序的結(jié)果，其計(jì)算公式為

( 2 )

式中：RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

CR<0.10時(shí)，層次分析排序的結(jié)果有滿意的一致性；否則，調(diào)整判斷矩陣的元素取值，重新分配權(quán)系數(shù)的值。

根據(jù)上述層次分析法,構(gòu)造第一層次的判斷矩陣

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

查表[9],n=3時(shí)RI=0.52，則隨機(jī)一致性比率

矩陣S滿足一致性要求,權(quán)系數(shù)分配合理。

作歸一化處理，得三因子的權(quán)向量A=(0.637，0.105，0.258)。同理，采用層次分析法求出指標(biāo)權(quán)重，分別對(duì)各二級(jí)指標(biāo)構(gòu)造判斷矩陣，再用Mathematica軟件計(jì)算最大特征根和一致性檢驗(yàn)，得

自然環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重

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

生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重

A2=(0.638，0.105，0.257)

社會(huì)環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重

A3=(0.474，0.526)

2.2 模糊綜合評(píng)判法模型的建立

高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)各因子對(duì)周圍環(huán)境的影響互不相同，既有正面影響又有負(fù)面影響，且影響大小不同。故需建立備選集。等級(jí)集合V={v1,v2，…，v5}，其中，v1～v5分別為高速鐵路對(duì)周圍環(huán)境有負(fù)面影響且影響很大、有負(fù)面影響但影響較小、基本無(wú)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(píng)價(jià)，本文用分值表示各級(jí)別的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

構(gòu)造等級(jí)模糊子集后，確定從單因素看被評(píng)事物對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬度(R|ui)，其中ui為被評(píng)事物的各個(gè)因素，矩陣R中元素rij表示某個(gè)被評(píng)事物從某因素看對(duì)模糊子集的隸屬度。

采用降半梯形法確定隸屬函數(shù)。對(duì)自然環(huán)境進(jìn)行一級(jí)評(píng)價(jià)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)噪聲、電磁、大氣、水、固體廢棄物、景觀等因素的評(píng)分為(36，38，42，35，36，26)，相應(yīng)的單因素評(píng)判矩陣為

同樣求得

利用合適的算子將權(quán)向量A與各被評(píng)事物的模糊關(guān)系矩陣R進(jìn)行合成，得到各被評(píng)事物的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量B，bj是被評(píng)事物從整體上看對(duì)等級(jí)模糊子集的隸屬程度,即

A·R=B

( 3 )

將權(quán)重集和單因素評(píng)判矩陣代入式( 3 )，得一級(jí)模糊綜合評(píng)判結(jié)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(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

B=A·R=(0.637,0.105,0.258)·

(0.058，0.585，0.294，0.057，0.006)

2.3 對(duì)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量進(jìn)行分析

高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際過程中，使用加權(quán)平均求隸屬等級(jí)，對(duì)多個(gè)被評(píng)事物依據(jù)其等級(jí)位置進(jìn)行排序[10-11]。對(duì)于高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)，采用降半梯形法確定隸屬函數(shù)。設(shè)Vj和Vj+1為相鄰兩級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，顯然Vj>Vj+1,則因素對(duì)Vj的隸屬函數(shù)為

( 4 )

Vj+1的隸屬函數(shù)為

( 5 )

得到評(píng)判指標(biāo)bk后，評(píng)價(jià)結(jié)果V的值，用加權(quán)平均法確定

( 6 )

式中:p為評(píng)判矩陣的列數(shù);bk為評(píng)價(jià)指標(biāo)，k=1,2,3,…，p。

結(jié)合上述方法和二級(jí)模糊綜合評(píng)判的結(jié)果，對(duì)綜合評(píng)分值進(jìn)行等級(jí)評(píng)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(shè)項(xiàng)目在生態(tài)環(huán)境污染方面影響程度大，會(huì)產(chǎn)生中等程度的影響，在自然與社會(huì)環(huán)境污染方面影響程度小，僅產(chǎn)生較弱程度的污染。京滬高鐵對(duì)周圍整體環(huán)境影響程度較小。

京滬高速鐵路環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，沿線各城市均已對(duì)高速鐵路進(jìn)行規(guī)劃預(yù)留或規(guī)劃調(diào)整，項(xiàng)目建設(shè)與沿線城市發(fā)展規(guī)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(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)；車站污水經(jīng)處理后納入城市污水管網(wǎng)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(dá)標(biāo)排放；主體設(shè)施和運(yùn)行動(dòng)車通過設(shè)置聲屏障等工程防治措施，聲環(huán)境和振動(dòng)環(huán)境影響得到有效控制。對(duì)區(qū)域內(nèi)生態(tài)、環(huán)境等方面產(chǎn)生的影響，工程設(shè)計(jì)中采取積極有效的防治措施，使工程建設(shè)對(duì)環(huán)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(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一的原則，具有環(huán)境可行性。

本文建立的模型，將定量分析和定性分析結(jié)合，符合實(shí)際，與環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書[12]結(jié)果一致，為高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)提供一種科學(xué)合理、簡(jiǎn)單易行的方法。利用上述模糊評(píng)價(jià)方法可以計(jì)算單方案的環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)值，若在規(guī)劃階段有多項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行方案，也可根據(jù)各個(gè)方案的環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行方案比選的輔助決策，提出可行性方案，以減少評(píng)價(jià)工作量。

3 結(jié)論

(1) 對(duì)高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)，單一的污染源評(píng)價(jià)方法會(huì)受到各個(gè)客觀因素的限制，難以獲取環(huán)境污染的全面認(rèn)識(shí)。采用模糊層次分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)，可避免單一評(píng)價(jià)方法的局限性，能更全面合理地評(píng)價(jià)高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目的主要污染源和污染物的排放。

(2) 圍繞高速鐵路在建設(shè)過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題，從生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和資源利用等方面分析了造成環(huán)境污染的原因，為對(duì)其進(jìn)行生態(tài)影響綜合評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。其研究成果可為高速鐵路建設(shè)的環(huán)境保護(hù)提供理論指導(dǎo)。

(3) 高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目對(duì)生態(tài)環(huán)境污染能產(chǎn)生中等程度的影響，對(duì)自然與社會(huì)環(huán)境影響程度較小。此研究結(jié)論不僅夠客觀地評(píng)價(jià)了建設(shè)項(xiàng)目中污染物的排放，對(duì)其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益也給予了一定程度的反映，為深入評(píng)判高速鐵路的環(huán)境效益和社會(huì)效益提供依據(jù)。

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