基于城市道路建設(shè)對周邊環(huán)境影響的評(píng)價(jià)研究★

崔世斌 鞏舜妹 霍禮輝

(宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

城市道路是一個(gè)城市的重要經(jīng)濟(jì)命脈，城市道路建設(shè)也是衡量城市發(fā)展的重要依據(jù)，更是體現(xiàn)城市化的一個(gè)重要方面。城市道路系統(tǒng)是在一定的社會(huì)歷史條件下和社會(huì)自然環(huán)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(lián)系、有機(jī)結(jié)合的道路體系[1-3]。

基于我國的可持續(xù)發(fā)展理念以及綠色環(huán)保理念，城市道路建設(shè)對周邊環(huán)境的影響越來越受到重視，但是目前大多數(shù)評(píng)價(jià)都是對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境、聲音環(huán)境以及自然環(huán)境的評(píng)價(jià)，而對于城市道路建設(shè)對周邊地質(zhì)環(huán)境的影響少之又少。雖然西南交通大學(xué)的陳廷芳[4]對西南山區(qū)公路工程建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的影響進(jìn)行了研究，錢亦兵等[5]通過對新疆吐烏大公路建設(shè)的研究提出了公路建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的不良影響和對策，但是相關(guān)領(lǐng)域的研究依舊很少。通過本研究有利于在現(xiàn)代社會(huì)背景下，對宿州周圍地質(zhì)環(huán)境有深入的了解，對未來道路工程建設(shè)以及路網(wǎng)交通規(guī)劃有良好的參考價(jià)值，為宿州市的環(huán)境整治以及城市污水處理提供借鑒，為宿州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展做良好鋪墊。

1 區(qū)域概況

本次研究調(diào)查的是宿州市城區(qū)二徐路。二徐路是宿州市埇橋區(qū)東北區(qū)域客貨運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ溃h道X026(宿州東二鋪至徐州)。此次研究為調(diào)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(qū)北外環(huán)路與二徐路交叉處，途經(jīng)宿州學(xué)院，宿州市逸夫師范學(xué)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(zhì)影響評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系

2.1 評(píng)價(jià)因素因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)結(jié)果利用四分法將二徐路建設(shè)對周邊環(huán)境的影響劃分為Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)，Ⅳ級(jí),根據(jù)不同地段的地質(zhì)環(huán)境特征，確定道路建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的影響方向和程度。Ⅰ級(jí)影響較小，Ⅱ級(jí)影響較大，Ⅲ級(jí)影響強(qiáng)烈，Ⅳ級(jí)影響極強(qiáng)烈。并根據(jù)研究時(shí)工程對環(huán)境影響程度按級(jí)別Ⅰ級(jí)，Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)，Ⅳ級(jí)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(shè)對地質(zhì)環(huán)境的影響要素分析及體系構(gòu)建

在城市道路建設(shè)對周圍地質(zhì)環(huán)境的評(píng)價(jià)中，評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)參數(shù)的選擇是評(píng)價(jià)成功的關(guān)鍵。地質(zhì)環(huán)境的影響因素非常復(fù)雜，各地質(zhì)體的構(gòu)造、巖性組成及其內(nèi)部的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對道路工程相關(guān)地質(zhì)環(huán)境的形成和演化有影響。因此，將地質(zhì)體的穩(wěn)定性作為地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)評(píng)價(jià)因素；水文地質(zhì)學(xué)所研究的主要內(nèi)容是地球水的化學(xué)成分以及其物理性質(zhì)，而地下水、地表水作為地球水的重要組成部分，其形成規(guī)律及分布對地區(qū)道路建設(shè)物的耐久性和穩(wěn)定性影響巨大，反之由于公路工程的建設(shè)，橋梁基礎(chǔ)和路堤特別是山區(qū)公路建設(shè)中的路堤開挖和填筑，需要大量的開挖和填筑。這將導(dǎo)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(zhì)發(fā)生變化。嚴(yán)重影響公路沿線生產(chǎn)生活用水，破壞生態(tài)環(huán)境。道路工程對地質(zhì)環(huán)境的影響程度不僅與工程作用的類型、規(guī)模和強(qiáng)度密切相關(guān)，還與地質(zhì)環(huán)境本身的特點(diǎn)相關(guān)。地質(zhì)災(zāi)害是現(xiàn)代地質(zhì)環(huán)境演化中最為活躍的因素。地質(zhì)災(zāi)害在一定程度上反映了地質(zhì)環(huán)境的質(zhì)量，與人類工程活動(dòng)密切相關(guān)。工程活動(dòng)對地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量好的地區(qū)影響較小，就算道路工程的建設(shè)強(qiáng)度不高，地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量差的地區(qū)影響也較大。因此，周邊地質(zhì)災(zāi)害情況可以作為判斷周圍地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)因素。此次研究通過對地質(zhì)環(huán)境各種影響因素的分析和篩選，選擇地質(zhì)構(gòu)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(zhì)體穩(wěn)定性、水文地質(zhì)、工程活動(dòng)強(qiáng)度、地質(zhì)災(zāi)害四方面建立層次分析模型。

3 K-Means聚類的數(shù)學(xué)模型和評(píng)價(jià)因子的權(quán)重

3.1 K-Means聚類的數(shù)學(xué)模型及參數(shù)確定

將研究區(qū)劃分為6個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)單元，各單元為200 m×2 000 m，且同一單元地質(zhì)環(huán)境相對均勻。如果本次評(píng)價(jià)選擇了m個(gè)因子，且各因子包含n個(gè)因子，則二徐路周圍地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)單元中的一個(gè)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(quán)重值。如果N是一個(gè)區(qū)段評(píng)價(jià)單元的總分，Wj為i的因素權(quán)重，則該單元的總分為式(2)所示：

(2)

3.2 評(píng)價(jià)因子權(quán)重

此次對地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)的因素的因子權(quán)重的確定采用了層次分析法。地質(zhì)體穩(wěn)定性、水文地質(zhì)、工程活動(dòng)強(qiáng)度、地質(zhì)災(zāi)害的因素權(quán)重分別為35%,25%,25%,15%。

4 基于K-Means聚類的道路工程建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)

4.1 單路段各因素等級(jí)確定

單路段因素等級(jí)確定就是根據(jù)調(diào)查研究的結(jié)果對各因素因子進(jìn)行賦值，算出各路段內(nèi)因素分值，為最終K-Means聚類對整個(gè)路段評(píng)價(jià)做數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2 路段評(píng)價(jià)單元內(nèi)分值確定

根據(jù)調(diào)查取樣和查閱有關(guān)資料對6個(gè)研究區(qū)內(nèi)的因素因子進(jìn)行賦值，利用K-Means模型以及因子權(quán)重求出各路段內(nèi)各因素分值，最終算出得6個(gè)路段區(qū)域評(píng)價(jià)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(shè)對地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

由計(jì)算結(jié)果可以將二徐路建設(shè)對周邊環(huán)境的影響分為較輕，較強(qiáng)兩類。因此，數(shù)據(jù)聚類成兩類：3.695,3.72,4.13和4.675，4.95，5.015。初始質(zhì)量中心分別為3.695和5.015，然后計(jì)算所有采樣點(diǎn)到兩個(gè)初始質(zhì)量中心的歐氏距離。根據(jù)中心點(diǎn)間最短距離的原則，采用SPSS軟件，將所有的采樣點(diǎn)都分配給兩個(gè)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(zhì)心與原質(zhì)心相等，都是3.695和5.015。此時(shí)算法停止計(jì)算，因素總分值被劃分為兩類。由此可得出二徐路工程建設(shè)對路段①、路段②、路段⑥周邊地質(zhì)環(huán)境的影響可歸為一類，由于其分值更加接近5，即可評(píng)判此三路段地質(zhì)環(huán)境受到的影響為較強(qiáng)；二徐路工程建設(shè)對路段③、路段④、路段⑤地質(zhì)環(huán)境影響可歸為一類，可評(píng)判此三路段地質(zhì)環(huán)境受到的影響為較輕。

5 結(jié)論與驗(yàn)證

評(píng)價(jià)結(jié)果與各路段的實(shí)際工程情況所反映的影響基本相符，例如東二鋪到宿州學(xué)院路段，受風(fēng)化作用，土質(zhì)較松軟；部分路段填挖量較大；周圍地表水系統(tǒng)受到破壞，水體pH值成弱酸性；未發(fā)現(xiàn)路段有崩塌滑坡現(xiàn)象，這與路段評(píng)價(jià)較強(qiáng)是吻合的。表明采用K-Means聚類對道路工程建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)是可行的，但是評(píng)價(jià)的結(jié)果還與評(píng)價(jià)因子的篩選、因子等級(jí)的劃分和賦值、因子權(quán)重系數(shù)的確定的可靠性、正確性有關(guān)。應(yīng)用K-Means聚類對城市道路工程地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)具有科學(xué)性、客觀性和實(shí)用性，并且操作簡單，應(yīng)用方便，對指導(dǎo)城市道路建設(shè)與規(guī)劃具有現(xiàn)實(shí)意義，但上述評(píng)價(jià)指標(biāo)還需要進(jìn)一步研究和完善。