基于模糊理論的高速公路生態安全預警模型研究

劉欣欣 王貝貝

石家莊鐵道大學經管學院，河北 石家莊 050000

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基于模糊理論的高速公路生態安全預警模型研究

劉欣欣*王貝貝*

石家莊鐵道大學經管學院，河北 石家莊 050000

高速公路的飛速發展使得生態安全評價和預警研究日益重要，本文基于壓力-狀態-響應框架模型提出了高速公路建設的生態安全評價指標體系，將模糊理論與層次分析法相結合，提出了基于模糊多層次的高速公路環境評價模型。最后以X高速公路的指標數據加以實證分析以驗證模型的科學性和有效性。

生態安全預警模型；PSR模型；模糊評價法；層次分析法

一、引言

中國高速公路于80年代末起步，高速發展令世界矚目。到2015年底，高速公路總里程達到12.3萬公里，位于世界第一。高速公路的建設和營運勢必會對生態環境帶來生態風險，因此，高速公路建設和營運的生態風險評估和安全預警問題是個亟待解決的問題。

大多數學者都是基于單一綜合指數方法構建高速公路生態安全評價模型，過于剛性。而現實系統是復雜和模糊的，與實際不符。鑒于此，本文基于模糊理論構建高速公路生態安全預警模型。

二、高速公路建設的生態安全評價模型構建

(一)高速公路建設的生態安全評價指標體系構建

基于壓力-狀態-響應框架模型，根據高速公路建設項目對生態環境的影響狀況，結合研究區域的實際調研資料，梳理并借鑒國內外公路建設項目環境風險評價指標研究成果，提出了高速公路生態安全風險評價指標體系，壓力指標、狀態指標以及響應指標。壓力指標的選取反映了高速公路建設活動直接對道路生態系統健康、環境質量安全產生負面作用。狀態指標反映了高速公路生態系統的健康和環境質量的安全，并反映了高速公路的生態環境系統對相關人群健康生活的保障狀態。響應指標是對高速公路生態系統壓力做出的限制和補救措施中可量化的部分。

(二)評價權重的確定

本文采用層次分析法確定各指標的權重。在單項指標之間通過兩兩比較方式確定相對權重后，進行綜合判斷，從而確定每一層次各個指標的相對重要程度及其權重值。

權重系數的確定步驟如下所示：首先，建立層次結構模型(指標體系)。其次，建立判斷矩陣。對同一級要素進行兩兩比較評價后，根據判斷的尺度確定其相對重要程度或影響的相對大小，在此基礎上建立判斷矩陣，用1-9分值對因子的重要性進行賦值。然后，計算指標的權重系數。最后，進行一致性檢驗。

(三)評價模型的建立

壓力評價因素中構建的指標為工程占地狀況(耕地林地占用比例、每公里工程占地)、施工人員活動強度(施工人員廢水量、施工人員產生固體廢棄物、施工人員對生物生境的影響)、方案設計合理性指數(每公里取土量、每公里棄土量、施工材料選擇合理性、每公里路基挖方、每公里路基填方)。

狀態評價因素中構建的指標為水污染指數(PH值、高錳酸鹽、石油類、氨氮)、空氣污染指數(TSP、NO2)、噪聲污染指數(晝/夜間噪音指數)、水土流失程度(水土流失量)、林草覆蓋率、生物多樣性指數。

響應評價因素中構建的指標為生態補償率、環保資金投入比率、水土流失防治(擾動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復系數、土壤流失控制比、攔渣率)。

壓力指數、狀態指數以及響應指數的評價模型如下所示：

公路生態安全評價模型如下所示：

CI=PI*B1+SI*B2+RI*B3

三、實證研究

本文通過對X公路生態風險分析，基于壓力-狀態-響應框架模型提出了生態安全評價指標體系，運用層次分析法得出各指標數據的權重。

由計算結果可知，二級指標壓力指數為0.806，狀態指數為0.7949，響應指數為0.77566。利用高速公路生態安全評價模型計算可得一級指標系統的風險綜合指數為0.7893。參考環境風險指數范圍，可知目前X公路建設對于沿線生態環境基本無影響。

用層次分析法得到的各指標的權重，得到模糊評價向量

B=[0.109 0.059 0.321 0.062 0.35]*

模糊評價向量結果顯示X公路生態環境的無警隸屬度達到0.4206，預警的隸屬度達到0.406，輕警的隸屬度為0.175，中警和重警的隸屬度都為0。無警和預警的隸屬度比較高，而中警和重警可能性幾乎沒有，由此可以說明X公路生態安全總體處于良好的狀態。

四、結束語

本文根據高速公路建設項目對生態環境的影響狀況，結合X公路的實際調研資料，梳理并借鑒國內外公路建設項目環境風險評價指標研究成果，基于壓力-狀態-響應框架模型提出了高速公路生態安全評價指標體系，進一步構建了高速公路生態安全風險評價和預警模型，為高速公路建設期間生態安全評價和預警提示提供了一套方法和理論依據。

通過對X公路定量分析，發現X公路建設的生態安全指數為0.7893，說明目前X公路建設對于沿線生態環境基本無影響。對X公路的預警模糊評價向量為[0.4206 0.406 0.175 0 0]，說明X公路建設項目的生態安全在無警與預警情形下概率都約為0.4，而無警與預警可能性幾乎為零，表明了其安全狀態較高，生態環境處于良好狀態。

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劉欣欣，女，漢族，石家莊鐵道大學，研究生在讀；王貝貝，女，漢族，石家莊鐵道大學，研究生在讀。

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