基于城市道路建設對周邊環境影響的評價研究★

崔世斌 鞏舜妹 霍禮輝

(宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000)

城市道路是一個城市的重要經濟命脈，城市道路建設也是衡量城市發展的重要依據，更是體現城市化的一個重要方面。城市道路系統是在一定的社會歷史條件下和社會自然環境下由城市的各種交通道路和生活道路逐步形成的互相聯系、有機結合的道路體系[1-3]。

基于我國的可持續發展理念以及綠色環保理念，城市道路建設對周邊環境的影響越來越受到重視，但是目前大多數評價都是對經濟發展、生態環境、大氣環境、聲音環境以及自然環境的評價，而對于城市道路建設對周邊地質環境的影響少之又少。雖然西南交通大學的陳廷芳[4]對西南山區公路工程建設對地質環境的影響進行了研究，錢亦兵等[5]通過對新疆吐烏大公路建設的研究提出了公路建設對生態環境的不良影響和對策，但是相關領域的研究依舊很少。通過本研究有利于在現代社會背景下，對宿州周圍地質環境有深入的了解，對未來道路工程建設以及路網交通規劃有良好的參考價值，為宿州市的環境整治以及城市污水處理提供借鑒，為宿州市經濟發展做良好鋪墊。

1 區域概況

本次研究調查的是宿州市城區二徐路。二徐路是宿州市埇橋區東北區域客貨運輸的重要通道，原縣道X026(宿州東二鋪至徐州)。此次研究為調查取樣簡便，研究路段為南起S303道與二徐路交叉處，北至埇橋區北外環路與二徐路交叉處，途經宿州學院，宿州市逸夫師范學校，貫通宿州大道，架臨新汴河，研究路段長約9.0 km。

2 城市道路工程對地質影響評價的指標體系

2.1 評價因素因子分級標準

評價結果利用四分法將二徐路建設對周邊環境的影響劃分為Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級,根據不同地段的地質環境特征，確定道路建設對地質環境的影響方向和程度。Ⅰ級影響較小，Ⅱ級影響較大，Ⅲ級影響強烈，Ⅳ級影響極強烈。并根據研究時工程對環境影響程度按級別Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級分別賦值3，5，7，9，分值越大，影響程度越高，反之，分值越小，影響程度越低。

2.2 道路工程建設對地質環境的影響要素分析及體系構建

在城市道路建設對周圍地質環境的評價中，評價指標和評價參數的選擇是評價成功的關鍵。地質環境的影響因素非常復雜，各地質體的構造、巖性組成及其內部的構造運動對道路工程相關地質環境的形成和演化有影響。因此，將地質體的穩定性作為地質環境質量的一個評價因素；水文地質學所研究的主要內容是地球水的化學成分以及其物理性質，而地下水、地表水作為地球水的重要組成部分，其形成規律及分布對地區道路建設物的耐久性和穩定性影響巨大，反之由于公路工程的建設，橋梁基礎和路堤特別是山區公路建設中的路堤開挖和填筑，需要大量的開挖和填筑。這將導致部分地段地下水位顯著下降，部分地段地下水位上升，部分地段地下水質發生變化。嚴重影響公路沿線生產生活用水，破壞生態環境。道路工程對地質環境的影響程度不僅與工程作用的類型、規模和強度密切相關，還與地質環境本身的特點相關。地質災害是現代地質環境演化中最為活躍的因素。地質災害在一定程度上反映了地質環境的質量，與人類工程活動密切相關。工程活動對地質環境質量好的地區影響較小，就算道路工程的建設強度不高，地質環境質量差的地區影響也較大。因此，周邊地質災害情況可以作為判斷周圍地質環境質量的一個因素。此次研究通過對地質環境各種影響因素的分析和篩選，選擇地質構造、巖性組合、地下水給水度和pH值、高填深挖、崩塌滑坡等子因子，從地質體穩定性、水文地質、工程活動強度、地質災害四方面建立層次分析模型。

3 K-Means聚類的數學模型和評價因子的權重

3.1 K-Means聚類的數學模型及參數確定

將研究區劃分為6個評價區單元，各單元為200 m×2 000 m，且同一單元地質環境相對均勻。如果本次評價選擇了m個因子，且各因子包含n個因子，則二徐路周圍地質環境評價單元中的一個因子的值等于各因子得分之和。具體如式(1)所示：

(1)

其中，Ni為因子N的得分；Nij為因子j的得分；Wj為因子j的權重值。如果N是一個區段評價單元的總分，Wj為i的因素權重，則該單元的總分為式(2)所示：

(2)

3.2 評價因子權重

此次對地質環境評價的因素的因子權重的確定采用了層次分析法。地質體穩定性、水文地質、工程活動強度、地質災害的因素權重分別為35%,25%,25%,15%。

4 基于K-Means聚類的道路工程建設對地質環境影響的評價

4.1 單路段各因素等級確定

單路段因素等級確定就是根據調查研究的結果對各因素因子進行賦值，算出各路段內因素分值，為最終K-Means聚類對整個路段評價做數據基礎。

4.2 路段評價單元內分值確定

根據調查取樣和查閱有關資料對6個研究區內的因素因子進行賦值，利用K-Means模型以及因子權重求出各路段內各因素分值，最終算出得6個路段區域評價單元總分值為：5.015(路段1)、4.95(路段2)、4.13(路段3)、3.695(路段4)、3.72(路段5)、4.95(路段6)。

4.3 基于K-Means聚類對二徐路建設對地質環境影響評價

由計算結果可以將二徐路建設對周邊環境的影響分為較輕，較強兩類。因此，數據聚類成兩類：3.695,3.72,4.13和4.675，4.95，5.015。初始質量中心分別為3.695和5.015，然后計算所有采樣點到兩個初始質量中心的歐氏距離。根據中心點間最短距離的原則，采用SPSS軟件，將所有的采樣點都分配給兩個中心所在的類，迭代過程依次完成。其中歐氏距離公式如式(3)所示：

(3)

通過兩次迭代過程后，新質心與原質心相等，都是3.695和5.015。此時算法停止計算，因素總分值被劃分為兩類。由此可得出二徐路工程建設對路段①、路段②、路段⑥周邊地質環境的影響可歸為一類，由于其分值更加接近5，即可評判此三路段地質環境受到的影響為較強；二徐路工程建設對路段③、路段④、路段⑤地質環境影響可歸為一類，可評判此三路段地質環境受到的影響為較輕。

5 結論與驗證

評價結果與各路段的實際工程情況所反映的影響基本相符，例如東二鋪到宿州學院路段，受風化作用，土質較松軟；部分路段填挖量較大；周圍地表水系統受到破壞，水體pH值成弱酸性；未發現路段有崩塌滑坡現象，這與路段評價較強是吻合的。表明采用K-Means聚類對道路工程建設對地質環境影響的評價是可行的，但是評價的結果還與評價因子的篩選、因子等級的劃分和賦值、因子權重系數的確定的可靠性、正確性有關。應用K-Means聚類對城市道路工程地質環境進行評價具有科學性、客觀性和實用性，并且操作簡單，應用方便，對指導城市道路建設與規劃具有現實意義，但上述評價指標還需要進一步研究和完善。