（环境工程专业论文）基于ahp的模糊数学在铁路建设生态环境评价中的研究与应用.pdf

硕士学位论文 摘要 社会文明和经济的发展离不开交通工程的建设，交通工程的建设和营运在不同程度 上对沿线的生态环境产生直接或间接影响。不论在目前甚至在可以预见的未来，铁路都 是综合运输网络的骨干和中坚，因此，为了减少和消除铁路建设所带来的负面作用，实 现可持续发展，就必须充分认识交通工程所造成的生态影响，并提出相应的措旖和对策。 生态环境影响评价是一个综合分析生态环境和开发建设活动特点以及两者相互作 用的过程。即研究开发项目对生态环境影响的性质、程度以及生态环境对影响的反应和 敏感程度，确定应采取的生态环境保护措施。 从目前一些学者的研究情况来看，对生态影响的定性评价较多，而定量化评价较少。 本文在参考国内外建设项目生态环境影响评估的研究资料基础上，针对铁路生态环境影 响的特点，详细分析铁路建设在其各个阶段与生态环境的关系，找出可能对生态环境造 成的负面影响和产生的原因。同时研究铁路生态环境影响综合评价指标体系的制定原 则，确立合理的评价指标，旨在探讨能够将生态影响评价量化，且可操作性与可比性都 较强的种方法。在研究基础上归纳总结出评价铁路建设生态环境影响的评价指标体 系，即生物因素和非生物因素，同时运用系统工程学原理，通过层次分析法，确定各评 价指标对于铁路建设项目生态的影响程度，以模糊数学为工具，借鉴模糊控制理论，从 而建立二级综合评判的数学模型对铁路建设项目生态环境进行定性和定量的综合评价。 同时以青藏线增建西格二线铁路项目为实例，对其生态影响的数据进行验证，针对 目前铁路建设项目生态环境评价的问题提出具体的改进措施，起到避免风险，增进评价 准确的作用，也为有关监督、管理部门对新建铁路项目生态影响提供科学依据，因此具 有一定的现实意义。 关键词：生态评价；铁路建设：综合评价；层次分析法；模糊数学 基于a h p 的模期教学在铁路建设生态环境评价中的研究与应用 a b s t r a c t c i v i l i z e ds o c i a la n de c o n o 面cd e v e l o p m e mc 缸n o tb es e p a r a 锄f 如m 淌ce n g i 硝舐n g c o n s t f l j c l i o n ，c o n s t m c t i o na n do p 盯a c i n go ft h e 仃柚s p o r t 拍o nm d k em ev a r y i n gd e g r i 戮o f d i r e c to ri n d k e c ti t 印a 耽so nt _ h e o i o g i c a le n 城r o n m 哪a l 饥喀t i ep 蛹吼r e g 盯d l e s so ft h e p r e s e n t 甜e | li nt l l ef 0 】r e s 蝴b l em t i l 】嗡r a i l w a y sa r et h eb a c k b o n eo f 明i m e g f a t e d 仃a m s p o n 班f t w o r l 【；t h e r e f o r e ，i no r d e rt 0r e d u c e 柚de l i m i n a t et l l en e g a t i v er 0 1 eo fr a i l w a yc o n s t m c t i o l l t 0 卸l l i ，em s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，、w 枷对内l l yu n d e r s 柚dt h et r a f f i cc a u s e db yt h e c o n g t m 嘶o no f t h ee c o i o g i c a li m p a c t ，m a k e 鹏s p o n d i n gm e 躅l f e s 柚d u n t e 咖e a 咖潞 e c o l o g i c a le n 咖m c n t 抽1 p a c ta s s e s 咖e m i sac o i r l p r c h e n s i v e 撇l y s i sb o t h t b e ，e c o l o 咖le n v i r o n m e n to fd e v e l o p m e ma n dc o 删【m “o na c t i 枷e s ，勰、e ua sc h 删e r i s t c s o f 增ei m 删i o nb e t w e t h ep r o c e s s t h a t 把s e a r c h 龃dd e v e l o p m e 呲p r o j e c c so nt h e e c 斌o g i c a le n v i r o n m 嘲甜f - e c tt h en a ：t u r e ，秭曲眦龇di m p a 髓o n 也ee c o l o g i c a le n 、，i r o n m e n t a n dt h es 既s i t i v 酊o ft h er e s p o n t od e t 锄i n ew h 砒m e a s u r e st op r o t e c tt 1 1 e o 崦y 柚d e “v i 啪m 哪 s o l i 璩h 0 1 a r si b r o mt h e 伽删r e s e 盯c hs m l a t i o l i ，m o g to ft h e ma r et i l eq u a l i t 砒i v e e v d l u a t i o no ft h e e c o l o 茸c a li m p a c t ，l e 嚣i st h eq u 狮t i t 撕v e e v a l u a t i o n i i lt l l i sp a p 咖s t l l j c t i o np r 町e c t si nr e f b f e n c et o l ec c o l o g i c 羽e n v i r o 蛐e l l ti m p a c t 鹤s e s s m e n ta th o m e 孤da b r o a d 咖d yo nt b ec h a r a c t 嘶s t i c so ft h ee c o i o 萄c a ie n v i r o n m e n t ，h a v ead 既a n e d 锄a l y s i so ff a j l w a yc o n s f l l l c i i o ni ni t sv 撕o u sp h a 辩s 蚰dt h ef e l a t i o n s h i pb e 呐e 印t h e e c o 恼舀c a le n v i r 伽l l l l e m s ，i d 蚰t i 每t h ep o s s i b l en e g a t i v ei m p 硪o nt h e 咖i o g i c a le n 呐r o n m 础 a n dm ec a 雌辩a tt t l es 锄et i m ei tr e s e 雏c ht h ei m p 嬲o ft h ee c o l o g i c a le 1 1 v i m n m e mt 0 f o 珊u l a t ec o _ m p r e h e n s i v e “a _ l u a t i o ni n d e x s y s t 锄p r i n c i p l e 8 柚de s ta ：b l i s hr e a s o n a b l e 酬u a t i o ni n d e kw l l i c hi sf o c l l s e do nt h ec c 0 1 0 百c a li f t l p a n 嬲s 锄e mc 蛐b eq u 甜坩矗e d ，a n d i t so p e f a b i l i t y 觚dc o m p a r a b i l 时a r eb o t hs t n gaw a y t h e 咖d y 鲫m m 撕z e d t l 埠b 淞j s o ft h em l u a t i o fm i l 、v a yc o n s t m c t i o no ft h ee c o l p 舀c a l 曲v 的n m e n ti m p a c te 州u 撕o n i n d e xs ) r 吼e n l ，o rn - b i o l o g i c a lf a c t o 侣衄db i o l o g i c a l 矗c t o 峨w h i l e 印p i y i n gp t i n c i p l e so f s y s t e m se 蟛n 酬n 岛t h 曲a 肿，i d e n t 毋i n d i c a t 0 瑙f o rt h e “a l u 砒i o no f 恤er a i l w a y c o 咖吐i o np f 卿e c t se c o l o g i c a ji m p a c to ft 量l e 如z z ym a t h e m a t i c s 船at o o l r e f - e f 锄c e 如z z y c o n t r o lt h e o r yt ob u i l dt 帅n l p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no ft h em a t h 锄a t i c a lm i ) d e lm j 岫a y c o n s t m c t i o np r o j e c t se c 0 1 0 9 i c a | 鲫v i t o n m e mf o f 恤em c to fa 啪肿e h 吼s i v eq u a l i t a 啪e 锄dq u a n t i t a t i v ew a l u a t i o n 硕士掌位论文 m e a n w l l i l e ，t l k i n gt h ee x 锄p l eo ft h es e c o i l dl a n eo ft h eq i n g 嘶t i b 既f a i l w 咿l i n e c o n s t 】m c 的np f o j e c t ，r i 母i 咯i t se 砌o g i c a li m p 耐d a t a 商1 w a yc o 璐饷嘶o np r c ! ) e c t s a 土 科山a t 硫o ft b ee c o l o 西谢e 枷r o n m 吼t 踮at 哪e t 。d 百v es p 。c i f i cm e a s u r e sf o fi i f l p r o n g 柏da v o i dr i s ke n h a n c e 删f a t ee v a l u 拍。叽猫w c l la s ，i tc 舳p r o 啊d eas c i e n t i f i cb 8 s i s 粕d i m p a c | o ft h em i l 、张yp r o j e c t 南rt h e 跚p e r v i s i o no f m em 锄g e m e md 印枷蚰t0 ft h en e w t h ee c o l o g i c a l 鲫i th a v es o m ep r a c t i c a ls i g m 矗c a l l c e si nr 既l i t y k 吖w o 川墨：e c o l o 舒e 嘶m 衄e n 诅l 舢辩s s m e m ；蹦1 w a yc 0 n s t r u 面0 n ；c o m p r e h e n s i v e e u a t i o n ；a 柚l 蛳c a l 五啪r d l yp r o c e s s 二f u z z y 地曲嘲a t i c s ： 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 蒸二五日期：弘一7 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“一) 作者签名： 导师签名： 蜜二悫 a 炊 日期：铀脚7 年扣月日 日期：o ) 句瑚6 日 硕士学位论文 第l 章绪论 1 1铁路生态环境影响评价目的和意义 1 1 1 环境影响评价概况 环境影响评价又称环境影响质量预测评价，是指在某一地区进行可能影响环境的重 大工程建设、规划或城市建设与发展、区域规划等活动之前，对这一活动可能对周围环 境地区造成的影响进行调查、预测和评价，并提出防止污染和破坏的对策和措施，进行 跟踪监测的方法和制度i l l i 蛔。 “环境影响评价修概念的首次提出于1 9 6 4 年在加拿大召开的国际环境质量评价会 议上，而在世界范围内首次实施环境影响评价制度先河者为美国。中国是最早实旌建设 项目环境影响评价制度的发展中国家之。1 9 7 9 年，第五届全国人大常委会第十一次会 议通过了 中华人民共和国环境保护法( 试行) ，首次将建设项目进行环境影响评价和 “三同时一作为法律制度确立下来。1 9 8 9 年通过的中华人民共和国环境保护法，对 建设项目环境影响评价制度再次作了肯定。环境影响评价是环境管理的三大法宝之一 l l ，经过2 0 多年实践，有关建设项目的环境影响评价法规已逐步完善，并建立了由法 律、专门法规和部门规章所组成的建设项目环境影响评价法规体系，在防治建设项目污 染和推进产业的合理布局与优化选址、加快污染治理设施的建设等方面，都发挥了积极 作用，能富有成效的控制环境污染和生态破坏1 2 l 【2 。 随着经济活动范围和规模的不断扩大，因区域开发、产业发展和自然资源开发利用 所造成的不良环境影响越来越突出，特别是因实施有关政策和规划所造成的各种环境后 果已经成为影响中国可持续发展的重大问题。因此，“先评价后建设胗是必要的，第九 届全国人民代表大会通过的 中华人民共和国环境影响评价法，是中国环保立法史上 的重大里程碑，将在极大程度上完善强化中国环保预防体系，对中国的环境保护的发展 提供强有力的法律支撑。 1 1 2 生态环境影响评价概况 人工系统取代自然生态系统，这是一个毁灭自然生态系统的过程。这种人类活动， 主要有城市化、交通运输建设( 公路、铁路等交通线征用土地，在土壤上覆盖混凝土和 人工材料) 和农业活动等。这些活动，从本质上说是人类将其他生物的栖息地改变为人 类的生活和生产场所。栖息地缩小是物种消失的根本原因，据统计，平均每年有1 0 0 0 个以上的植物和动物种消失【n 。当一个群落的物种消失或种群发生剧烈改变时，其他物 种乃至整个生态系统，一般来说都会受到影响。因此，生态系统的任何破坏和物种多样 性的减少都会形成恶性循环。 基于 伊的棹嘲教学布铁路建设生态环境评价中的研究与应用 随着经济的发展，人类对资源和环境的需求日益增大，生态破坏的速度日益加快， 其累计效应也日益加重，人类对资源与环境的需求已经超越了生物圈所能持续支持的能 力。生态因素和人类社会共同构成生态系统。生态、经济、社会是密切联系的、相互依 存的，牺牲生态系统来发展经济的最终结果是阻碍经济发展和社会进步。影响评价的目 的和前提正是保证人类赖以生活、生产的生态资源的持续发展，实现环境、经济和社会 三个效益的统一。因此，在人们准备开发利用环境和自然资源时，必须进行开发建设的 生态环境影响评价。 生态环境影响评价是一个综合分析生态环境和开发建设活动特点以及两者相互作 用的过程。即研究开发项目对生态环境影响的性质、程度以及生态环境对影响的反应和 敏感程度，确定应采取的生态环境保护措施。 生态影响评价的对象是自然资源和区域环境，由于这些对象具有宏观分布的特点， 涉及的自然等级体系已不是一个生境或生态系统能包容得了的，往往超过了生态系统的 范围，上升到景观甚至区域这样的自然等级体系范围内。因此，以往对点源和生态系统 的评价已不能满足生态影响评价的要求，单纯依靠对生态系统的研究也不能查清生态影 响的原因并找到有效的对策，必须进一步研究大、中尺度的自然体系基本的生态学特征 【3 1 【2 5 】1 2 7 l 。 生态影响评价通过定量揭示和预测人类活动对生态影响及其对人类健康和经济发 展作用的分析，确定一个地区的生态负荷和环境容量。生态影响的基本特征如下： ( 1 ) 生态影响规模大，影响因子复杂 生态完整性是某一等级生态体系表现的良好状态。由于生态影响规模大，影响因子 复杂，会对区域环境中的土地利用格局产生影响。在宏观区域中空间格局( 结构) 状况 与该区域的功能是相匹配的。由于不同用地类型的占地面积、空间分布的均匀程度以及 同一类型嵌块( 也叫拼块) 的连通程度会发生改变，进而影响到背景体系的功能也发生 变化。在这一系列变化中，最重要的是以生物体为中心的自然组分的变化，例如植被占 地面积、空间分布的均匀程度和连通状况都会发生改变。这个变化十分巨大，可以使原 来的生态体系衰退到低一级的生态体系，如由绿洲衰退为戈壁；二是区域“特种流 持 久存在的能力和移动的可达性发生了改变，这个改变直接影响到自然组分调控环境质量 的能力，也影响到物种栖息环境的改变，这将对物种保护，尤其是生物多样性资源的保 护带来影响1 1 】【4 7 1 。 ( 2 ) 生态建设项目影响了人类发展的可持续性 人类对自然资源的开发利用是以“牺牲一自然资源为代价的，其合理与否取决于自 然资源的特征和开发利用的方式与轻度。对不可更新资源的使用是无法补偿的，最好的 结果是使用的年限更长一些；对可更新资源的使用则应让消耗与更新位于平衡点( 即在 2 硕士学位论文 生态容载量范围内) ，达到持续利用的目标。而受开发建设项目影响最大的是以生物组 分为中心的自然资源，它是人类社会可持续发展的基础。 构成环境的各种因素称环境因子或生态因子，生态影响评价的内容根据拟议项和评 价目的不同，一般包括对生态系统的生物成分( 生物物种、种群、群落等) 和非生物成 分( 土壤、水土流失、水文等) 影响的评价及对整个生态系统综合影响的评价【2 9 l 。 1 1 3 铁路生态环境影响评价概况 铁路是一种适宜于担负远距离的大容量、货运运输的重要运输方式。在我国这样一 个幅员辽阔、人口众多、资源丰富的大国，铁路运输不论在目前甚至在可以预见的未来， 都是综合交通运输网络中的骨干和中坚1 1 4 】。 社会文明和经济的发展离不开交通工程的建设，交通工程的建设和营运在不同程度 上对沿线的生态环境产生直接或间接影响。如何减少和消除这种影响所带来的负面作 用，实现可持续发展，就必须充分认识交通工程所造成的生态影响，并提出相应的措施 和对策。 交通工程建设中高填深挖直接破坏地表植被，改变原貌形态，堆放大量弃土、弃渣， 极易产生新的水土流失。同时，大量的采石、破土也会破坏自然坡面的原始稳定状态， 诱发重力侵蚀的发生，裸露边坡会产生一系列环境问题，如水土流失、滑坡、泥石流、 局部小气候的恶化及生物链的破坏等，从而导致交通工程建设后的严重生态退化。工程 项目对沿线自然环境的破坏和生态影响的影响范围在路线两侧3 0 0 m 左右，一般来说， 路线越长，通过地区生态系统越复杂，植被覆盖率越高，其影响和破坏的程度越大，反 之越小。 交通工程建设对生态系统的影响包括永久性影响和暂时性影响，永久性影响来自永 久性用地和部分临时用地( 主要为不合理施工造成的不可逆影响) ，永久性用地是指路 基、车站、桥梁、隧道等站地。暂时性影响主要来自临时用地，临时用地是指施工期汽 车运输道路、材料场、基地、施工便道及施工场地占地。临时性用地的影响可通过科学 的生态措施和有效的管理减小到最小，而永久性占地的影响是不可逆的【1 6 】m 。 铁路等陆路交通的直接生态影响来自施工、保养和过往车辆。施工过程中因清理现 场，减缓坡度或修筑路基而占用土地、破坏植被，并可能破坏沿途的自然或沿途的自然 或文物景观。水土流失导致附近水体的沉积物淤积和水混浊，改变水生生物栖息环境， 影响水生植物光合作用的进行，致使生产力下降合水生动物食饵的减少。植被破坏和施 工机械噪声迫使野生动物迁移或丧失。上述影响不仅出现在施工现场，也出现在采石场 等材料采集地。交通项目除自身引起的上述影响外，一些诱发影响也是应该考虑的。例 如由于交通方便带来附近地区土地价值上升，人口密度加大和城镇化发展，其它开发、 建设项目的发展等社会、经济活动将引起更为复杂的环境、生态问题【3 1 l 。 基于a h p 的模期数学在铁路建设生态环境评价中的研冤与应用 1 1 4 铁路生态环境影响评价目的 生态环境影响评价的目的是为了更有效地保护生态环境，开展生态环境影响评价并 实施相应的生态环境保护措施，至少是为了达到以下8 个具体目标。 ( 1 ) 地域分布地连续性 ( 2 ) 生物组成的协调性 ( 3 ) 保护生物多样性 ( 4 ) 保护特殊性目标 ( 5 ) 保护生存性资源 ( 6 ) 保持生态系统的再生产能力 ( 7 ) 注意解决区域性生态环境问题 ( 8 ) 重建退化的生态系统 1 1 5 铁路生态环境影响评价意义 系统评价是由评价对象、评价主体、评价目的、评价时期等要素组成的一个综合性 问题。生态环境影响综合评价涉及到生态学、经济学、系统工程等方面的原理，内容十 分广泛。确定评价指标体系后，确定建设项目对现有的自然、社会、经济等各因素的影 响水平。近代人类的许多大型基础设施建设项目己超过可持续环境承载力的阈值，引发 了全球或区域性的环境问题。运用综合评价的方法确定大型基础设施项目对某区域生态 环境的影响程度，给予一个定量的标准，从而为提出减少影响或改善生态环境的策略和 措施提供可靠依据。同时，由于系统评价与决策是密切相关的，所以生态环境影响的综 合评价可以为有关决策部门提供定量的资料，为制定各种政策提供科学的依据和指导。 在日常的铁路建设项目生态环境影响综合评价中，一般是根据铁路特点以及生态保 护目标的特性，采取定性和定量相结合的办法，对重点工程和主要生态保护目标进行评 价，根据评价结果，提出相应的生态环境保护措施，这在一定程度上能反映实际情况， 评判结果也比较符合实际，但是存在大量的模糊现象和模糊概念，有很多边界不易确定 的因素难以定量化，凭经验给出的权重又往往带有主观性，有时不能客观地反映实际情 况，评判结果有可能失真。而环境评价工作人员的经验、知识的高低，决定了生态环境 影响预测的准确及合理性，在综合评价中，权重是至关重要的，它反映了各个影响因素 在综合决策过程中所占有的地位或所起的作用，它直接影响到综合决策的结果。因此， 为了提高权值确定的理性成份，得到更符合实际的评价结果，可以采用新方法进行评价。 1 2 铁路生态环境影响评价的研究现状及最新进展 1 2 1铁路生态环境影响评价现状 4 硕士掌位论文 由于生态系统具有因素众多、结构复杂、层次交叠、功能综合的特征，其各组成成 分之间的相互制约关系和整个生态系统对外界冲击因子响应方式的复杂性，使生态系统 影响评价比大气、水、土壤等评价复杂得多，因而在生态环境影响评价理论研究和实践 探索中存在着较大的困难。随着人类生态意识、环境意识的提高以及生态学的发展，生 态环境影响评价越来越受到世人的关注，成为环境影响评价中的重要组成成分。 我国的环境评价始于7 0 年代的城市环境污染现状调查和评价，8 0 年代转向工程项 目的影响评价【4 l 。对于生态环境影响的综合评价，由于它是一个多层次、多目标、多任 务的系统工程，要遵循生态学、生态经济学、系统工程学的原理，增加了工作的困难。 2 0 0 3 年赵勇等人选取土壤、水土流失状况、工程占地量、对农作物的影响、对林地的影 响、对动物的影响、对景观生态影响以及对生物影响等8 个生态指标，采用综合评价指 数法进行高速公路的生态环境影响综合评价l ”。2 0 0 1 年陈利项等人在建立生态环境综合 评价指标体系的基础上，利用模糊聚类方法对三峡库区不同县市区进行聚类分析，对三 峡库区生态环境综合评价【6 l 。1 9 9 8 年高平利等人通过绿洲草场的铁路建设项目，提出一 种用矩阵半定量表示西北铁路建设项目对生态环境影响的预测方法，以确定作用因子的 相对重要性和生态因子受影响的等级，运用模糊综合评价方法，对西北铁路建设项目生 态环境影响的预测及评价方法探讨【7 1 。虽有一些学者在生态环境影响评价方面做过一些 工作，但由于生态环境的时间和空间差异十分明显而缺少统一的定量的标准，故其综合 评价仍处于初始阶段。 概括而言，生态影响预测内容主要有两方面：不利生态影响和有利生态影响。如自 然资源开发项目对区域生态环境( 主要包括对土地、植被、水文和珍稀濒危动植物等生 态因子) 影响的预测内容包括两个方面：一是不利生态影响，如土壤侵蚀、水土流失、 栖息地面积或数量减少、动植物数量减少或灭绝；二是有利生态影响，如自然保护区的 保持、增加有益物种、增加生物多样性等。 目前，生态环境评价方法尚处于研究和探索阶段。大部分评价采用定性描述和定量 分析相结合的方法进行，而且许多定量方法仍由于不同程度地受主观影响而增加了不确 定性。因此，对生态环境影响评价来说，重要的是对评估对象( 生态系统) 有全面透彻 的了解，要进行大量的现场调查和资料收集工作及细致的分析工作。 1 2 2 铁路生态环境影响评价最新进展 国外的交通行业对于交通工程沿线生态环境的保护与交通工程的生态恢复非常重 视，已由以往的普通绿化发展到目前的生态交通工程或景观生态交通工程。它强调交通 工程建设应综合考虑生态功能、景观美化功能、和周边环境协调功能、交通附属设施功 能等多方面的完美结合，使交通工程与大自然融为一体【8 】f 5 7 1 。 基于a f 口的模糊数学在铁路建设生态环境评价中的研究与应用 1 3 本文构想 从上述国内外的铁路建设和相应的生态环境影响与效应评价来看，目前这方面仍 然处在研究与发展过程中，也存在着许多有待深入研究的问题及方法手段、指标体系的 合理指定与选用。本项目将对西宁至格尔木增建第二线铁路从生态效应的影响上采用新 的方法与技术指标进行分析研究，将层次分析法、模糊综合评价等综合应用于铁路生态 环境影响评价，以求能够为铁路的生态建设提供相应的研究方法与指标和评价手段。 近期相关文献工作及生产实际表明：生态对人类生存环境的作用日益突出，而铁路 建设项目是典型的对生态环境造成重大影响的项目，因此，必须对铁路建设项目的生态 影响做出准确而符合实际的评价，从而采取相应的合理防治措施，可对项目造成的危害 到最低程度，而生态环境具有模糊性，传统方法有这样那样的缺点，很有必要采取新的 评级方法对生态项目进行评价。基于上述构想，本文主要开展以下几个方面的工作： ( 1 ) 对影响铁路建设项目生态的影响因子做出分析。 ( 2 ) 建立适于铁路生态环境影响评价的模糊数学综合评价模型。 ( 3 ) 采用定性和定量相结合的方法对铁路建设项目做出综合影响评价。 ( 4 ) 对评价反应出的问题采取相应措施进行防治，从而进行达到生态保护的目的。 6 坝士学位论文 第2 章铁路建设与生态环境 2 1 生态环境保护基本原理 2 1 1 生态环境内涵 生态环境并不等同于通常意义上的环境。环境一般指人类为主体的外部世界，即人 类生存、繁衍所必需的物质条件的综合体，生态环境通常是指除人类种群以外的不同层 次生物所组成的生命系统为主体的外部条件1 3 l 。 生态环境是生态系统中相对于生物系统的全部外界条件综合，包括特定空间中可以 直接或间接影响有机体生活和发展的各个因素，有生物和非生物因素，它随生态系统层 次边界的不同而有不同的规模范围【4 8 l 【4 9 l 。生态是指生物的状态、动态和态势：状态是各 个不同的生物在生态系统中的相对关系，包括食物链结构，水平分布和垂直层次中的相 对位置和作用，动态是指生物状态随时间的推移所发生的有规律或无规律的变化，势态 是指生物在生态系统物质【l 们，能量和信息交换过程中所起的特殊地位和作用以及与其环 境的相互关系。生态环境就是强调在生态系统边界内影响生物三态的所有环境条件的综 合，环境与生态在概念上是不同的，环境是独立存在于某一主体对象以外的所有客体综 合，生态是指某一生物与其环境或与其他生物之间的相对状态或所有关系。二者侧重点 不同，环境强调客体，生态强调客体与主体的关系。衡量环境往往用。好坏 之类的写 生评价，而衡量生态在一定程度上用定量指标来阐明关系是否平衡或协调。环境与生态 通过物质、能量和信息的交换构成的特定边界中的统一整体就是生态系统，在生态系统 中，任何环境因子的变化都会影响生态关系，但并非环境的任何所谓破坏都必然导致生 态失调口3 1 。 生态系统是指一定空间范围内，生物群落与所处环境所形成的相互作用的统一体， 是生态学的基本功能单位【删。生态系统可由研究的需要来确定，它可以被划分若干个子 系统也可以和周围的其他系统组成一个更大的系统来研究，一滴有生命存在的水是一个 生态系统，整个地球也是一个巨大的生态系统。在任何一个生态系统中，生物与其环境 总是不断进行能量、物质与信息的交流，但在一定时期内，生产者，消费者和还原者保 持动态平衡，这种平衡叫做生态平衡。之所以保持这种平衡是因为内部具有自动调节的 能力，当系统某部分异常时，可能被不同部分调节抵消。生态系统组分越多样，能量流 动和物质循环途径越复杂，其调节越强，反之亦然。一个生态系统的调节能力再强也有 个限度。超过了这个限度，调节就不起作用。生态平衡就遭到了破坏。从生态学角度看， 平衡是某个主体与其环境的综合协调。涉及生命的每个层次。凡是可以按自然演替规律 正常发展的生态系统都可以认为是平衡的，并非只有群落演替到顶级才是生态系统的平 衡状态【5 1 l 【5 2 l 。生态平衡并非就是保持自然界的老样子，而是动态的平衡。一由于受生态系 统基本特征即生命成分的存在，生态系统始终处于动态变化之中及基本成分在不断变 7 基于啦伊的模糊数学在铁路建设生态环境评价中的研究与应用 化。即使群落发育到顶级阶段演替继续进行。因此生态平衡先是动态的，其表达应该反 映不同层次，不同发育期的区别。自然界平衡对人类不是总有利的，如自然界的顶级群 落是很稳定的生态系统，但是它的净生产量却是很低，人类不能从中获取净产量。但是 农业生态系统很不稳定，却能为人类提供大量的农畜产品，它的平衡靠人类的外部投入 来维持。 2 1 2 开发建设项目的生态环境保护原则 目前的生态环境影响评价可分为两大类：一类是评价开发建设活动对自然生态系统 的影响；另一类不仅评价人类开发建设活动对自然生态系统的影响，进而还分析和预测 对经济、社会环境所造成的影响，其对象是自然一经济一社会复合生态系统。当今世界 上完全不受人类活动影响的自然生态系统几乎是不存在的。生态环境影响评价必然要涉 及到人类社会、经济的诸多方面。因此我国环境影响评价技术导则非污染生态影 响中将生态影响定义为：“通过定量揭示和预测人类活动对生态影响及其对人类健康 和经济发展作用分析确定一个地区的生态负荷或环境容量 p 2 1 。 保护生态环境应当保护什么? 开发建设项目的生态环境影响评价应当评价什么或 从什么角度思考评价的设计? 至今仍是一个急需解决的问题。迄今为止，存在两种明显 对立的观点，即人类中心观和生态中心观【5 3 1 。以人类为中心的观念强调保护生态或保护 野生生物的理由都是以其对人类具有可利用的价值或以其有潜在的用途为基础的。根据 这种观念，人们有权按照自己的意愿滥用自然资源和改造自然生态系统。但是，如果完 全按照开发建设者的意图无限制地利用或改造生态系统，就会造成生态环境的严重恶 化。 若完全按照生态中心论的观点，许多开发建设活动就不可能进行【9 l ，因为任何开发 建设活动都不可避免地会造成生态环境的改变或影响。而且实际上由于地球大部分生态 系统都程度不同地受到人类的干扰或破坏，有些生态系统己经十分恶劣，因而继续保持 原有的生态系统现状既不可能，也不符合改善生态环境造福人类的要求。 开发建设项目与生态保护之间，后者对前者有一个基本的限度要求或承受极限，超 过这一限度就会产生特别的制约或反作用力，最终迫使开发活动中止。生态中心论者强 调不降低或不损伤生态系统的重要性，而不是仅仅强调个别物种或生物的保护。如果从 人类的利益来衡量，生态中心论者所强调的生态系统重要性主要在于生态系统的环境功 能，即生态环境功能。根据这一基本认识，我们就在人类中心观与生态中心观之间找到 了一个重要的衔接点或日共同点一一生态环境功能。从这点出发，开发建设活动中的生 态环境保护和生态环境影响评价也主要应着眼于生态系统环境功能的保护和影响评价。 只要开发建设活动不使生态环境功能降低或损伤、或者通过努力使受损伤的生态功能得 到恢复或补偿，则开发建设项目就应该是可以接受的。这也是协调开发与保护矛盾的一 条可以实际操作的途径，这就是生态环境影响评价的功能论的主要支点，是进行开发建 8 坝士字位论文 设项目环境影响评价的基本原则和出发点【2 3 1 。 ( 1 ) 生态环境功能 地球的各类生态系统都是人类生存和发展所依赖的基础环境，或称生态环境。生态 环境功能，即生态系统的环境功能，其价值不仅因生态系统可生产供人类直接消费和利 用的生物资源，而且其通过保护和改善环境可发挥远大于直接价值的间接价值，整个支 持人类生存的农业生产实质上就是依赖生态环境保障的。生态环境功能是多方面的，十 分巨大的。这些功能有的可以直接或间接地计量，有的则无法计量。生态环境功能中最 直接和显在的是能够生产生物资源，如木材、薪柴、建材、饲料、药材、肉类、毛皮、 鱼贝类、果蔬及其他林产品和水产品等。这是唯一能够在国家收入帐户中直接反映出来 的价值。但是，生态环境更大的或更主要的功能及其价值是间接的，其价值远高于直接 的价值，而且许多直接的价值也是由其间接功能保障的【1 6 1 。这些环境方面的功能及其价 值主要是：蓄水保水、保持地球水循环、缓解旱涝等极端水情；保持土壤，防止土壤侵 蚀；防风固沙，抑制土地沙漠化；防风、增湿、调温，改善小气候，保障农业生产；通 过绿色植物的光合作用，吸收c 0 2 制造氧气，平衡大气成分；吸尘滞尘、吸收有毒气体、 消纳污染物质，净化空气和水；保护生物多样性，并由此提供多方面的服务功能：防止 和减轻自然灾害，如风暴灾、尘暴灾、海岸侵蚀、泥石流、滑坡和洪旱灾害；社会文化 价值，如提供美好的景观、旅游环境、娱乐场所以及启迪人类智慧、缓解现代城市人群 的紧张情绪等精神和文化方面的价值等。 ( 2 ) 量质的统一 现行的开发建设项目的环境影响评价以控制污染为主要目的，根据环境组成因子的 质量标准判别影响的大小。这是一种质量型影响评价。根据可持续发展要求进行的生态 环境影响评价，由于评价的对象由水和大气这些单因子扩大到生态系统，评价的目的由 保护环境因子的质量发展到保护生态环境功能，判别基准亦由单因子质量标准变为生态 系统的功能价值，因而影响评价的基本观念也必须从单纯的质量观发展到数量与质量统 一观。例如对生态环境保护来说，绿色植被始终是关注的焦点，尤其是森林植被因具有 显著的生态环境功能而受到格外的重视。在进行生态环境影响评价时，植被的量质统一 观是重要的、必需的。一般来说，植被覆盖率可作数量指标，而植被的多样性和组分状 态则可代表植被的质量【5 4 l 。同样的植被覆盖率和面积，森林的生态功能优于草原或农田， 人工纯林的生态环境功能不及生物多样性较高的自然森林。从生态环境功能保护的角度 看，植被的量与质同样重要，二者是统一的，密不可分的。 ( 3 ) 整体协调与主因素优先观 从保护生态环境功能出发，凡影响功能的因素都应给予评价，对影响大的因素应给 予特别的关注。由于环境的干差万别和生态系统的多样性，难以一种判别生态系统结构 整体性、运行状态和环境功能大小的基准。在实际操作上，生态环境影响评价是以现实 的生态环境状况为基准进行影响判别的。这一特点要求在进行生态环境影响评价时，要 9 基于a 的模糊数学在铁路建设生态环境评价中的研究与应用 对现实生态环境的整体结构和运行机制进行综合研究与判别，把握总体的结构和运行特 点，明确各种生态因子相互作用和相互联系，以便准确判定开发建设活动的影响方面、 影响强度和影响后果，同时找出针对性的对策措施来克服或减轻这类影响【5 5 1 。在现实的 许多生态系统中，往往存在一些重大的影响系统质量和环境功能的生态环境问题，如我 国的水土流失和土地沙漠化问题。在进行生态环境影响评价时就应该贯彻主因素优先的 原则，对这些重大问题给予格外的重视。 2 2 铁路与生态环境的关系 2 l 世纪，随着社会经济的发展，我国仍然保持对交通运输需求的稳定增长的态势。 到2 0 0 3 年底，我国各种运输方式的运输线路总里程已经达到3 3 6 万公里。但是随着交 通工程的迅猛发展，也带来了很多的生态环境问题。根据中国生态问题报告，交通 工程建设引起的生态破坏已成为生态环境恶化的主要原因之一，并且呈现加重的趋势【引。 目前，我国正处在交通工程建设的高峰期，由于过多地重视发展速度和数量，工程 设计和施工期被大大地压缩以及施工阶段对环境管理地忽视，以致造成超额破坏生态环 境酝积、环境污染和生态环境保护工程滞后等问题。交通工程引发的环境破坏和污染主 要表现为非污染型生态环境影响，一般为植被破坏、局部地貌破坏、土壤侵蚀、自然资 源影响( 土地、草场、森林、野生动物等) 、景观影响及生态敏感区影响等( 自然保护 区、名胜古迹和水源保护地等) 。交通工程建设中存在的生态环境问题见表2 1 。 表2 1 交通工程建设中存在的生态环境问题 修建铁路，促进铁路建设事业的发展，从而有利于区域经济的发展。但是在铁路的 生命周期内可能会造成各种各样的环境污染和资源的过度消耗，因此有必要分析铁路建 设与生态环境的关系，这样有利于对铁路建设的生态环境影响做出较为全面的认识。铁 路的生命周期主要包括勘测设计、施工和运营阶段。由于牵涉到的问题和表现各不相同， 需分别讨论铁路建设在各个生命周期阶段与生态环境的影响。 2 2 1 铁路勘察设计阶段 2 2 1 1 勘察阶段与生态环境的关系 l o 硕士学位论文 勘察阶段的环保评估工作在建设项目工程进行可行性研究时，应与环保部门做好环 境影响报告及有关报表的编制。这样就能事先对环保工作的重点及各设计阶段应采取的 措施加以明确并做出相应工程设计，做到与主体工程同时设计、同时施工、同时投产。 对于主线工程，选线应尽量选择避开自然保护区、风景名胜区、湿地等，勘测时应 搜集当地景观特点及地区规划资料。 对铁路工程而言，很多修建在山区，隧道弃渣量大，尤其在隧道工程较为密集地段， 山坡陡峻，弃渣场狭窄，因此往往将隧道弃渣弃于河道谷地。遇到此情况，应查明河沟 水文资料一各种水位下的流向、比降、糙率、河谷冲刷下切的趋势，进行各种水位的 水力计算，判断河谷容纳弃渣数量，避免出现对本岸、彼岸、本河沟以及对下游的各种 水害。对于跨跃山脉分水岭和沿河谷选线隧道弃渣条件困难，且对水土流失问题敏感。 在沿河长大隧道地段河流及其下游，常有各种类型的水电站分布，此类长大隧道产生的 弃渣若产生流失，则可能对水电站和河流造成严重的淤积影响，影响防洪和发电，后果 严重，故环境保护的重点与关键在于控制工程弃渣产生水土流失【1 5 l 【1 3 1 。 在选择桥涵、隧道位置时，不仅要考虑符合工程技术标准和有稳定的工程地质条件， 而且要考虑首先利用地形和有利于环境保护，避免大填大挖进洞，要尽可能减小对当地 植被的破坏f r 7 1 。 2 2 1 2 设计阶段与生态环境的关系 设计阶段按照建设项目环境保护设计规定的要求，“建设项目的初步设计必须 有环境保护篇，设计中落实环境影响报告书及其审批意见所确定的各项环境保护措施， 以达到防止新的污染和生态破坏，保护人类赖以的自然环境和资源 。在进行线路设计 时应根据工程自身特点和工程所处的环境地质条件采取相应的生态环境保护措施【l 引。 ( 1 ) 线路设计时，绕开自然保护区，在必须通过自然保护区，如实验区时，要采取 合理适当的防护措施，采取“以桥代路 等措施，尽可能减少对沿线草地、湿地的破坏， 避免产生更大的影响。在保护区实验区内未设取弃土场等临时工程。 ( 2 ) 对于主体工程、取弃土渣场等必须根据本地区生态环境特点，采取适当有效的 防护措施，防止出现进一步的水土流失等。 在高原生态脆弱区域内，铁路线遵循“能避绕就避绕 的原则，施工场地、砂石料 场的选址都经反复踏勘确定，尽量避免破坏植被。 ( 3 ) 在设计时，优化线路设计，尽量做到挖填平衡，减少废渣数量。对于铁路工程， 从生态环境保护的目标出发，只有一般性的规定是不够的，应根据铁路工程的线路长度、 重要性、水文、地质等条件的复杂性及人口密度、农牧业发达程度等社会经济状况采取 不伺的防治措施。 2 2 2 铁路工程施工阶段 基于a h p 的模糊数学在铁路建设生态环境评价中的研冗与应用 铁路工程在施工阶段比较复杂和艰难，需要考虑的问题也很多，其中生态环境保护 就是一个需要重点考虑的问题。铁路建设对生态环境的影响是多方面的，弃渣污染、土 地资源占用、水土流失、改变动植物群落，重要生态系统的影响等等。铁路工程在施工 阶段对生态环境的影响可以从两方面来看，即铁路主体工程与附属工程对环境的影响。 铁路主体工程的生态环境影响问题指隧道线路开挖、站场建设施工引发的生态环境问 题，包括弃渣问题、破坏植被、对动物栖息所产生的生态环境影响等问题；附属工程的 生态环境影响问题主要指施工便道、施工营地所产生的生态环境影响问题【2 5 1 【2 7 l 。 2 2 2 1 主体工程与生态环境的关系 ( 1 ) 弃渣问题 在线路建设过程中，有很多