史果香，周 彤，杜艷爽，田亞磊，喬建剛

（1.山西省公路局 陽(yáng)泉分局，山西 陽(yáng)泉 045000；2.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401）

基于粗糙集的旅游區(qū)道路生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)體系研究

史果香1，周 彤2，杜艷爽2，田亞磊2，喬建剛2

（1.山西省公路局 陽(yáng)泉分局，山西 陽(yáng)泉 045000；2.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401）

自然保護(hù)區(qū)旅游公路沿線生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)，可為生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)，從而指導(dǎo)動(dòng)植物的生存環(huán)境建設(shè)．通過大量的實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)采集，以交通工程學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等為基礎(chǔ)，定性定量分析植被、土場(chǎng)、動(dòng)物、環(huán)境、交通等自然保護(hù)區(qū)旅游公路沿線生態(tài)恢復(fù)影響因素，應(yīng)用粗糙集理論確定各影響因素的權(quán)重值，采用級(jí)差法篩選出評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建了山西澤州獼猴自然保護(hù)旅游區(qū)道路生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)體系，為旅游區(qū)保公路生態(tài)恢復(fù)建設(shè)提供一種新的思路．

旅游區(qū)；生態(tài)恢復(fù)；評(píng)價(jià)；道路

0 引言

在公路建設(shè)快速發(fā)展的現(xiàn)今，道路綠化也受到高度重視．到2011年，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)公路綠化長(zhǎng)度204.45萬(wàn)km，占能夠綠化里程的59.15%．然而，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在道路生態(tài)學(xué)研究與實(shí)踐方面還存在較大差距[1]．因此，開展旅游區(qū)道路生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)研究具有重大的研究意義．

目前，Davide通過定量分析，并結(jié)合空間斑塊指數(shù)與價(jià)值功效，對(duì)線狀廊道對(duì)多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)破碎影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，為規(guī)劃選線提供參考依據(jù)[2]．Oguz Kurdoglu與Banu Cicek Kurdoglu嘗試采用定性與定量相結(jié)合的分析方法進(jìn)行道路景觀生態(tài)美學(xué)評(píng)價(jià)[3]．我國(guó)對(duì)道路景觀的研究多注重景觀設(shè)計(jì)原則和方法[4-6]，對(duì)道路生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)研究較少．道路景觀研究應(yīng)營(yíng)造統(tǒng)一協(xié)調(diào)的道路環(huán)境[7]，通過開展道路沿線綠化恢復(fù)工作并建立評(píng)價(jià)體系，用以指導(dǎo)保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)研究，從而完善山區(qū)道路生態(tài)景觀恢復(fù)相關(guān)規(guī)范．

1 影響因素分析

1.1 基本理論

1982年，波蘭數(shù)學(xué)家Paw lak第1次提出粗糙集理論，它是一種研究不完備、不確定信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)表達(dá)、歸納的理論方法[8]，其具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，由此得到道路沿線生態(tài)恢復(fù)后期效果影響因素，再采用級(jí)差法篩選指標(biāo)，從而用于指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作．

1.2 因素分析

根據(jù)道路交通環(huán)境影響評(píng)價(jià)與交通工程學(xué)，結(jié)合道路交通實(shí)際狀況，將生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)分為：生態(tài)恢復(fù)、環(huán)境空氣污染物恢復(fù)、聲環(huán)境污染物的防治以及沿線地表等方面的影響，并對(duì)影響較大因素進(jìn)行指標(biāo)擬定．

1.2.1 植被

1）路側(cè)苗木種類

通過調(diào)查與試驗(yàn)，采用Margalet指數(shù)反映旅游保護(hù)區(qū)道路景觀綠化樹種豐富度[9]：

式中：R為樹種數(shù)，N為樹種總數(shù)，S值與樹種豐富度正相關(guān)，保護(hù)區(qū)道路樹種豐富度0.904．

2）路側(cè)苗木成活率

樹木成活率是指播種或進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)生殖繁殖苗木時(shí)成活的苗木占總量的百分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式為

式中：W為成活率，N1為成活數(shù)量，N為苗木總量．

3）路側(cè)工程防護(hù)

生態(tài)恢復(fù)方案比預(yù)算方案減少費(fèi)用13.587%，并且邊坡生態(tài)優(yōu)化（廢舊輪胎支護(hù)）費(fèi)用減少50%．

4）防護(hù)效果

結(jié)合經(jīng)濟(jì)性與實(shí)際性，通過采用經(jīng)濟(jì)效益評(píng)定，包含直接經(jīng)濟(jì)效益與間接效益．

1.2.2 土場(chǎng)

1）取棄土場(chǎng)距路側(cè)距離

2）表土厚度

植被根系分布（如圖1）：在0～30 cm土層急劇減少，占總根數(shù)90%；在30～50 cm土層逐漸減少；30 ～70 cm土層內(nèi)根數(shù)約占總根數(shù)8%，70 cm以下土層占總根數(shù)約為2%．

路側(cè)與土場(chǎng)的苗木種類與成活率算法同一致．

圖1 根系分布Fig.1 Root distribution

1.2.3 動(dòng)物

1）動(dòng)物種群數(shù)量

保護(hù)區(qū)原有種群數(shù)量223種，受道路修建影響種類減少，雖然晉城相關(guān)林業(yè)部門采取保護(hù)措施，但仍有邊坡防護(hù)不當(dāng)、植被減噪性差等問題，使得沿線周邊動(dòng)物種群數(shù)量呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)．

2）獼猴種群

通過相關(guān)文獻(xiàn)與實(shí)際采集（圖2），對(duì)G207線獼猴數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)．

3）獼猴活動(dòng)半徑

獼猴活動(dòng)范圍與環(huán)境變換有關(guān)，保護(hù)區(qū)道路將象鼻山等處獼猴聚集較多地方阻隔，壓縮其活動(dòng)范圍．以獼猴活動(dòng)距離為半徑，將其活動(dòng)區(qū)域?qū)嶋H化，從而評(píng)價(jià)生態(tài)恢復(fù)后生物通道的合理性、獼猴活動(dòng)受限性等因素，對(duì)比其他動(dòng)物活動(dòng)區(qū)域（表1）．

圖2 調(diào)查獼猴數(shù)量Fig.2 Number of investigations macaque

表1 動(dòng)物活動(dòng)范圍Tab.1 Animals range of activities

4）獼猴活動(dòng)形式

獼猴與人類相似屬于群居動(dòng)物：太行山獼猴54只/群，超大型猴群約為100只，極個(gè)別為個(gè)體活動(dòng)，猴群大小與棲息地環(huán)境優(yōu)劣有關(guān)，如，繁殖和缺食季節(jié)集群較大，以增加安全性．

1.2.4 環(huán)境

1）地形條件

地形條件影響沿線邊坡，坡度影響生態(tài)恢復(fù)如：當(dāng)坡度為15°時(shí)，狗牙根和紫花苜蓿達(dá)到最優(yōu)，當(dāng)增大至60°時(shí)減小到75%，坡度為75°時(shí)則降至85%；而30°和45°這2個(gè)坡度下土壤養(yǎng)分的下降幅度相對(duì)在該范圍內(nèi)相對(duì)較大．

2）地質(zhì)條件

保護(hù)區(qū)土質(zhì)為褐土，表層腐殖質(zhì)為10～30 cm，含量10～30 k/kg呈暗棕色，植物、作物根系較多；下層以蛭石和水云母為主，其余為蒙脫石高嶺石，土質(zhì)結(jié)構(gòu)向下逐漸過渡；當(dāng)厚度50～80 cm為心土層，棕褐色，結(jié)構(gòu)體外間或有膠膜．

3）風(fēng)速

風(fēng)速通過風(fēng)級(jí)量化（表2），保護(hù)區(qū)年平均風(fēng)速為2.4m/s，最大風(fēng)速為23m/s．

4）溫度

溫度影響植物生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變，保護(hù)區(qū)選用苗木如：夜溫18℃和12℃每2 h交替處理可促進(jìn)薔薇成花；臭椿在19℃時(shí)，莖、根等生長(zhǎng)最佳．晉城年平均氣溫10.5℃，1月平均氣溫 2.7℃，7月平均氣溫24.1℃，10℃年積溫2 800℃，年平均無(wú)霜期192.6 d．

5）降雨量

保護(hù)區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，氣象值：年均降雨量699.8mm，年最大降雨量1010.4mm（1956年）、最小降雨量295.9mm（1965年），日最大降雨量176.4mm（1956年7月30日）；積雪厚度21 cm（1971 年12月24日），年蒸發(fā)量1 806.3mm．

6）霧濃度

保護(hù)區(qū)霧濃度體現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)對(duì)駕駛員行車安全功能影響：能見度＜200m，車速應(yīng)60 km/h；能見度＜100m，車速應(yīng)40km/h；能見度＜50m，車速20 km/h，結(jié)合霧級(jí)，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)．

表2 風(fēng)速與風(fēng)級(jí)表Tab.2 Wind speed and w ind scale

1.2.5 交通

1）車速

行車帶來(lái)尾氣、噪聲等污染，這些污染直接影響沿線動(dòng)植物生存．以解放C141車為例，當(dāng)行駛車速遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)車速，會(huì)增加能耗，導(dǎo)致尾氣排放量增加（圖3），加重沿線生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)．

圖3 車速與能源消耗試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Speed and energy consumption test results

2）車型比例

由MC5600測(cè)得交通量，車型有：摩托車、輕型客車等小型車，車流量記Q1；拖掛客車、兩軸卡車、等為大型車，車流量總記Q2：

3）交通量

道路交通量帶來(lái)尾氣污染危害人與動(dòng)物健康．交通量為300 pcu/h、400 pcu/h、450 pcu/h且對(duì)應(yīng)車速為59 km/h，54 km/h，49 km/h時(shí)，交通噪聲為72.9 dB，82.1 dB，86dB．當(dāng)車輛負(fù)荷大且慢速行駛時(shí)，燃料不充分燃燒．廢氣中CO會(huì)增加（圖4）．

圖4 汽車尾氣中CO與交通量關(guān)系Fig.4 CO and traffic relationship between vehicle exhaust

4）駕駛員視距

分析眼動(dòng)儀視頻：車速在64m/h時(shí)，僅能看清距離車輛24m以外的物體；車速為90 km/h時(shí)，僅能看清33m以外的物體．此外，高車速使得視距變窄，為安全行車帶來(lái)不利影響，但為增大駕駛員視距而增大開挖量，沿線山體的破壞量增大．

5）交通噪聲

分析采集數(shù)據(jù)：12m綠化帶可降噪3～5 dB；植物重疊葉片可改變?cè)肼曋鄙浞较?，使噪聲衰減20%～30%；單純喬木片林20m以下的降噪效果不明顯，40m以上的降噪效果較為明顯，喬灌型片林從10m開始就有明顯的作用．

2 指標(biāo)權(quán)重

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)表

表3 旅游區(qū)道路生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.3 Tourist road ecological recovery evaluation index

2.2 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

通過環(huán)境質(zhì)量評(píng)估、《生態(tài)恢復(fù)與重建評(píng)估的理論與實(shí)踐》將優(yōu)劣等級(jí)分為[10]：優(yōu)，良，一般，較差，差，記決策屬性D={Ⅴ，Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ，Ⅰ}，評(píng)分范圍 (100-90)，[90-80)，[80-70)，[70-60)，[60-0)；記條件屬性集 {植被，土場(chǎng)，動(dòng)物，環(huán)境，交通}=C={C1，C2，C3，C4，C5}，根據(jù)項(xiàng)目路段特性，論域=U= U1，U2，U3，U4，U5（表4）．

表4 生態(tài)恢復(fù)一級(jí)指標(biāo)評(píng)級(jí)決策Tab.4 Tourist road ecological recovery class rating decision

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，計(jì)算重要度應(yīng)用公式為

各個(gè)指標(biāo)的條件信息熵為

每個(gè)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重為

得到權(quán)重排序：交通＞環(huán)境＞植被＞動(dòng)物＞土場(chǎng)．

2.3 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重

同一級(jí)指標(biāo)計(jì)算方法，將二級(jí)指標(biāo)權(quán)重及組合權(quán)重計(jì)算（表5）．

2.4 指標(biāo)權(quán)重合理性檢驗(yàn)

由指標(biāo)權(quán)重熵值判斷權(quán)重分布合理性：

一級(jí)指標(biāo)體系權(quán)重熵值：H=0.990 9．二級(jí)指標(biāo)體系權(quán)重熵值分別為：H1=0.979 9，H2=0.985 2，H3=0.980，H4=0.981 7，H5=0.977 8．均在（0.5，1）范圍內(nèi)，認(rèn)為指標(biāo)體系權(quán)重分布是合理的．

表5 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重Tab.5 All levels of index weight

2.5 指標(biāo)權(quán)重篩分

采用極差法對(duì)相鄰兩個(gè)指標(biāo)的相對(duì)變化值進(jìn)行取舍：

各指標(biāo)隨著i、j出現(xiàn)明顯變化，與指標(biāo)的重要程度關(guān)系較大，當(dāng)i=5～6以后，為峰值過后迅速下降，選用5以前的為顯著性評(píng)估指標(biāo)，即：車速，苗木成活率，表土厚度，動(dòng)物種群數(shù)量，地形條件．由此，得到生態(tài)恢復(fù)評(píng)估體系（圖6）．

圖5 相鄰指標(biāo)間的值Fig.5 Index values between adjacent

3 結(jié)論

通過對(duì)實(shí)地調(diào)查和采集數(shù)據(jù)的分析確定了自然保護(hù)區(qū)旅游公路沿線生態(tài)恢復(fù)的影響因素；應(yīng)用粗糙集理論確定了影響因素的權(quán)重值和車速、苗木成活率、表土厚度、動(dòng)物種群數(shù)、地形條件等評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而構(gòu)建了山西澤州獼猴自然保護(hù)旅游區(qū)道路生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)體系．為客觀的對(duì)保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)提供了一種理論依據(jù)，促進(jìn)了旅游區(qū)沿線動(dòng)植物的生長(zhǎng)和帶動(dòng)山區(qū)旅游業(yè)發(fā)展．

圖6 山西晉城獼猴保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)評(píng)價(jià)體系Fig.6 Ecological restoration evaluation system of protected areas in Shanxi Jincheng macaque

[1]崔綱，王云．我國(guó)道路生態(tài)學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) [J]．公路工程，2016，41（3）：85-88．

[2]Geneletti D．Using spatial indications and value functions to assess ecosystem fragmentation caused by linear infrastructures[J]．lnternational Journal of Applied Earth Observation and Geoinfo-rmation，2004，5：1-15．

[3]Oguz Kurdoglu，Banu Cicek Kurdoglu．Determining recreation-al,scenic,and historical-cultural potentials of landscape features along a segment of the ancient Silk Road using factor analyzing[J]．Environ Monit Assess，2010（170）：99-116．

[4]郭曉魁，魏超飛，王春云．二級(jí)公路交叉口景觀設(shè)計(jì)研究 [J]．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，43（2）：81-83．

[5]秦志斌，朝暉，李宇峙，等．路域生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)原則 [J]．公路交通科技，2005，22（8）：152-154．

[6]劉傳安，齊童，李雪瑩，等．道路景觀生態(tài)學(xué)的研究進(jìn)展及其未來(lái)趨勢(shì) [J]．綠色科技，2015，1（1）：15-16．

[7]侯念春．東莞大道的景觀設(shè)計(jì) [J]．公路交通科技，2002，19（4）：159-162．

[8]丁浩，丁世飛．基于粗糙集的屬性約簡(jiǎn)研究進(jìn)展 [J]．計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2010，32（6）：92-94．

[9]宋玉恒，郝亞建，霍東輝，等．基于人性化的立交橋景觀評(píng)價(jià)體系的研究 [J]．物流科技，2010（5）：142-145．

[10]梁曉琳．立交橋施工區(qū)安全保障技術(shù)研究 [D]．天津：河北工業(yè)大學(xué)，2013．

[責(zé)任編輯 楊 屹]

Research on the evaluation system of road ecological restoration in the tourism area based on Rough Set

SHI Guoxiang1，ZHOU Tong2，DU Yanshuang2，TIAN Yalei2，QIAO Jiangang2

(1.Yangquan Branch of Shanxi Provincial Highway Bureau,Shanxi Yangquan 045000,China;2.School of Civil Engineering and Transportation,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China)

The evaluation of ecological restoration along the tourist highway in nature reserves can provide the theoretical basis for ecological restoration,and guide the animal and plants living environment construction.After a large number of field investigation and data collection,factors like vegetation,soil,animal,environment,traffic and others that effect the ecological restoration of tourist highway in nature reserves are qualitative and quantitative analysed based on traffic engineering,psychology,computer science,and ergonomics.The weights of each influencing factor are determined by Rough Set,and the evaluation index is selected under Range method.The evaluation system which provides a new idea for the ecological restoration construction of tourist areas was used to evaluate the road restoration in Shanxi Zezhou macaques nature reserves.

tourism;ecological restoration;evaluation;road

U418.9

A

1007-2373(2015)05-0112-07

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.05.018

2016-09-22

國(guó)家自然科學(xué)基金（51108011）

史果香（1972-），女（漢族），高級(jí)工程師．