農(nóng)林交錯帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)體系研究1）

洪文俊 董文杰 趙桃桃 張麗娟 涂津鵬 曹更永

（浙江省交通運輸科學(xué)研究院）

農(nóng)林交錯帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)體系研究1）

洪文俊 董文杰 趙桃桃 張麗娟 涂津鵬 曹更永

（浙江省交通運輸科學(xué)研究院）

結(jié)合國內(nèi)外高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)的相關(guān)研究成果，以固土護坡、土壤基質(zhì)、群落植被和景觀效益為構(gòu)建主體，劃分出各自具有可操作性的亞類指標(biāo)18項，建立了適用于農(nóng)林交錯帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價體系。結(jié)合層次分析法和模糊綜合評價法，將該評價體系用于長宜高速公路的2個工程邊坡修復(fù)效果的應(yīng)用評價中。試驗邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價結(jié)果與實際觀測情況相符合，表明該評價體系具有較強的適用性。

高速公路 邊坡 生態(tài)修復(fù) 效果評價 評價體系 評價指標(biāo)

1 引言

高速公路的建設(shè)，尤其是山區(qū)高速公路的建設(shè)，經(jīng)常開挖大量的山體，形成大面積的裸露邊坡，破壞原有的植被層，造成了一系列生態(tài)環(huán)境問題[1]。高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)是指用植物本身或者植物和非生命材料相結(jié)合的工程方式進行人為干預(yù)，促使被破壞的邊坡生態(tài)環(huán)境快速恢復(fù)，最終目的是形成與原有相似的自維持植物群落來提高邊坡抗沖刷的能力，穩(wěn)定坡面和防止侵蝕。高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)是植被重建和護坡效應(yīng)相統(tǒng)一的復(fù)雜系統(tǒng)，所涉及的指標(biāo)繁多，單一指標(biāo)難以表征和評價邊坡修復(fù)的質(zhì)量。要對高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效進行準(zhǔn)確的評價，就必須從影響植被恢復(fù)質(zhì)量的因子中選擇合適的指標(biāo)，建立一個比較客觀合理的評價指標(biāo)體系[2-4]。

有關(guān)高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)效果評估大都具有一定的地域性，這跟生態(tài)修復(fù)本身的特點有關(guān)，生態(tài)修復(fù)對周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、氣象條件等的要求不盡相同，因此很難建立起統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，本文提出了基于層次分析-模糊綜合評價法，構(gòu)建適用于農(nóng)林交錯帶特性的高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)體系，以期為高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)優(yōu)化、生態(tài)修復(fù)成效評價、路域生態(tài)環(huán)境保護監(jiān)管提供較為科學(xué)的依據(jù)。

2 農(nóng)林交錯帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價指標(biāo)體系和評價模型構(gòu)建

2.1 方法及步驟

生態(tài)修復(fù)后的高速公路邊坡群落是綜合復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，按照指標(biāo)的科學(xué)性、系統(tǒng)性、可操作性與動態(tài)性相結(jié)合的原則，選擇合適的指標(biāo)，并給指標(biāo)賦予正確的權(quán)重系數(shù)，以期獲得合理的評價結(jié)果。本文運用層次分析法對相關(guān)監(jiān)測指標(biāo)賦予權(quán)重系數(shù)，并對評價體系進行多層次的模糊綜合評價，提高了評價的準(zhǔn)確性和有效性。

2.2 評價指標(biāo)篩選

高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)是涉及多學(xué)科的綜合性工程，包括坡體、土壤和植物等多個要素。因此，在構(gòu)建高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價指標(biāo)體系時，要以固土護坡效果為前提，群落植被的生長狀況為主體，邊坡土壤的改良為可持續(xù)發(fā)展的保障，坡面景觀的恢復(fù)情況為目標(biāo)。采用頻數(shù)統(tǒng)計法、系統(tǒng)分析法和征求專家意見等形式[5]，選取18個具體指標(biāo)用于反映農(nóng)林交錯帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效（見表1）。

表1 高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)分級

2.3 評價標(biāo)準(zhǔn)的建立

由于指標(biāo)層各指標(biāo)具有不同屬性與量綱，且指標(biāo)間數(shù)量級存在明顯差異。為了消除各指標(biāo)量綱不同的影響，在進行評價計算前需要對各項指標(biāo)進行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理。評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的制定參考相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，以及國內(nèi)外相關(guān)研究[6-9]。在沒有國家標(biāo)準(zhǔn)和參考文獻數(shù)據(jù)可參考的情況下，以實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立積累分布頻率函數(shù)。根據(jù)函數(shù)結(jié)果，對其排序，選取5%和95%作為監(jiān)測中得到的最優(yōu)值和最劣值。結(jié)合相關(guān)專家的意見，將評價等級分為優(yōu)、良、中、差和極差5個等級。各評價指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2.4 評價模型的建立

高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價是涉及多類評價指標(biāo)的綜合分析，這些指標(biāo)具有一定的層次結(jié)構(gòu)。本文通過構(gòu)建綜合評價層次結(jié)構(gòu)模型，對各因素進行分解、積聚和分類，最終形成1個總目標(biāo)、4項效果評價準(zhǔn)則和18個具體指標(biāo)的三層次農(nóng)林交錯帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價體系。其中，目標(biāo)層是問題決策的目標(biāo)；準(zhǔn)則層是對目標(biāo)層的具體量化；指標(biāo)層是對目標(biāo)層的具體描述。

2.5 確定指標(biāo)權(quán)重

通常情況下，對各評價指標(biāo)所認(rèn)為的相對重要性可以通過指標(biāo)權(quán)重值反映出來。采用專家咨詢法，邀請20位專家對同層指標(biāo)進行判斷，根據(jù)1～9標(biāo)度法進行定量化打分，確定兩兩比較判斷矩陣，并計算出各指標(biāo)權(quán)重（見表2）。

表2 高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價指標(biāo)層次總排序

在高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效綜合評價中，群落植物和景觀功能所占的比重最大，分別達到了42.4%和24.1%，說明植被的生長情況是邊坡生態(tài)修復(fù)的精華，這與我國實施邊坡生態(tài)恢復(fù)的目的和背景正好符合，分析結(jié)果與我國實際情況基本一致，證明該評價體系是正確且有價值的。C層總權(quán)重結(jié)果表明，構(gòu)成高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)評價體系的18個指標(biāo)中，植物覆蓋率（C32）、植物多樣性（C33）、綠期（C41）、土壤有效深度（C14）和景觀協(xié)調(diào)（C42）是影響其修復(fù)效果的主要指標(biāo)。

3 實例應(yīng)用分析

3.1 案例概況

長宜高速公路（浙江段）是我國第一條“丘陵地區(qū)生態(tài)環(huán)保示范路”。評價對象位于長宜高速公路（K93+150）～（K95+100）范圍內(nèi)，于2015年12月開始進行生態(tài)修復(fù)工作，在研究區(qū)內(nèi)選擇了2個不同坡向和坡度的邊坡作為評價對象，并安裝了土壤水分溫度監(jiān)測站（Hydra Probe II）和水土流失監(jiān)測系統(tǒng)（JZ-NB1700），獲取在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，邊坡I坡向向東，坡度為45°，坡面積為350 m2；邊坡II坡向向東，坡度為35°，坡面積為300 m2。評價邊坡植被長勢良好，達到設(shè)計預(yù)期。

3.2 評價實施

（1）建立模糊集合

建立高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效影響因素集B，分為固土護坡、土壤基質(zhì)、群落植被和景觀功能4個方面，記作B={B1，B2，B3，B4}，B1={C11，C12，C13，C14，C15}，B2={C21，C22，C23，C24，C25，C26}，B3={C31，C32，C33，C34，C35}，B4={C41，C42}。評級級R={RI（優(yōu)），RII（良），RIII（中），RIV（差），RV（極差）}，各級權(quán)重值見表2。

（2）相對隸屬度的計算

待研究區(qū)坡面完成生態(tài)修復(fù)工程后，對2個試驗邊坡進行了原位跟蹤監(jiān)測，獲取各指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)。其中，土壤泥沙侵蝕量和土壤濕度指標(biāo)分別為2016年6月1日至2017年5月31日的年總量和年平均監(jiān)測結(jié)果；綠期為全年的觀測結(jié)果；其他指標(biāo)為各季度的動態(tài)監(jiān)測結(jié)果。各指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果的隸屬度如表3和表4所示。

表3 邊坡I二級指標(biāo)評價統(tǒng)計表

表4 邊坡II二級指標(biāo)評價統(tǒng)計表

（3）一級指標(biāo)綜合評價

假設(shè)對第i類中的第j個元素進行綜合評價，評價對象隸屬于評價結(jié)果集合中的第k個元素的隸屬度為rijk，則綜合評價的單因素隸屬度矩陣（Ri）見式（1）：

第i類指標(biāo)的模糊綜合評價集合見式（2）：

式中，Wi為指標(biāo)層第i個指標(biāo)的權(quán)重向量；Bi為準(zhǔn)則層第i個指標(biāo)所包含各下級因素相對于它的綜合模糊運算結(jié)果（i=1，2，…，n）。評價結(jié)果如表5和表6所示。

表5 邊坡I的一級評價結(jié)果

表6 邊坡II的一級評價結(jié)果

（4）二級指標(biāo)綜合評價

由于一級指標(biāo)綜合評價僅對同一準(zhǔn)則層的各個指標(biāo)之間進行綜合評價，為了分析分類指標(biāo)產(chǎn)生的綜合影響，有必要在各準(zhǔn)則層之間進行綜合評價，準(zhǔn)則層之間的評價即為二級模糊綜合評價，其公式見式（3）：

式中，B為目標(biāo)層的綜合模糊運算結(jié)果；W為準(zhǔn)則層的權(quán)重向量。根據(jù)最大隸屬度原則，確定目標(biāo)邊坡的模糊綜合評價結(jié)果[5,7]。

評價結(jié)果如表7所示。根據(jù)最大隸屬度原則，可知兩處邊坡的生態(tài)修復(fù)成效評價結(jié)果均為“良”。

表7 模糊綜合評價結(jié)果

4 結(jié)論與建議

（1）本文基于科學(xué)性、綜合性、動態(tài)性等原則，從固土護坡、土壤基質(zhì)、群落植被和景觀功能等4個方面構(gòu)建適用于農(nóng)林交錯帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價體系。通過將定量測值和定性描述轉(zhuǎn)化為歸一化的數(shù)值，最終實現(xiàn)優(yōu)、良、中、差和極差5個等級評價。

（2）通過判斷矩陣的構(gòu)建與計算，得出在高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效綜合評價中，群落植物和景觀功能所占的比重最大。

（3）采用多級模糊綜合評價法，得出長宜高速公路（浙江段）2處樣地邊坡目前生態(tài)修復(fù)效果均為“良”，其邊坡植被生長狀況達到設(shè)計預(yù)期。

（4）高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價體系研究是一項系統(tǒng)性、綜合性和區(qū)域性的工作，應(yīng)針對不同地質(zhì)情況的高速公路邊坡時間情況作進一步的修改和完善。

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Evaluation Indicator System for Effect of Ecological Remediation for Slope of the Highway in Farmland and Forest Ecotone

Hong Wenjun, Dong Wenjie, Zhao Taotao, Zhang Lijuan, Tu Jinpeng, Cao Gengyong
( Zhejiang Scientifi c Research Institute of Transport )

Based on the research related to ecological remediation for slope of highway at home and abroad, an attempt has been made to establish four types of evaluation indicators including the slope stabilization, soil matrix, vegetation communities, and landscape functions. Further those four types of indicators were marked off the 18 subindexes that formed the indicator system for evaluating the performance of ecological remediation for slope of the highway. The indicators were used to evaluate the performance of two slope sections in ecological remediation of the Changxing-Yixing highway by combined analytical hierarchy process with fuzzy comprehensive evaluation method. The appraisal results coincided with the in-situ observation, which indicated that the evaluation indicator system was applicable.

highway, slope, ecological remediation, effect evaluation, evaluation system, evaluation index

1）基金項目：浙江省交通運輸廳科研計劃項目（2015J13、2015J26）。