高鐵區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境影響系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)方法研究

段曉晨，錢(qián) 睿，徐 達(dá)

(石家莊鐵道大學(xué) 管理學(xué)院，河北 石家莊 050043)

近年來(lái)，我國(guó)高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高鐵”)建設(shè)快速發(fā)展，到2021年底，全國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程已超過(guò)4萬(wàn)km，持續(xù)領(lǐng)跑世界。高鐵作為新興且先進(jìn)的技術(shù)，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支撐和保證，促進(jìn)了勞動(dòng)力尤其是人才、信息等要素的快速流動(dòng)，關(guān)系區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、環(huán)境友好型及資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)等多方面[1]。但交通建設(shè)等基礎(chǔ)工程的快速發(fā)展不可避免地對(duì)環(huán)境造成了或多或少的負(fù)面影響。

高鐵項(xiàng)目沿經(jīng)區(qū)域廣，極易阻隔切割環(huán)境，造成廊道效應(yīng)[2]，故而較于其他工程對(duì)自然環(huán)境的影響更大、更廣，其不可避免地會(huì)造成隔離割斷動(dòng)植物棲息地、影響阻礙動(dòng)植物繁衍、損害森林植被、產(chǎn)生噪聲污染和振動(dòng)損害等生態(tài)環(huán)境負(fù)影響，施工及其設(shè)備的運(yùn)維、建筑材料的使用和管理均可能污染和阻隔地表水、地下水，隧道工程等的施工還會(huì)使涌水量加大從而造成水體規(guī)模的改變。2011年，由于環(huán)評(píng)未通過(guò)審核、對(duì)周邊水與動(dòng)植物環(huán)境造成的嚴(yán)重影響沒(méi)有被充分考慮，兩高鐵項(xiàng)目被強(qiáng)制停止。因此，高鐵區(qū)域環(huán)境保護(hù)也已經(jīng)成為我國(guó)可持續(xù)綠色發(fā)展的重要內(nèi)容。同時(shí)，保障高鐵區(qū)域健康也是社會(huì)發(fā)展的迫切需求，如何實(shí)現(xiàn)高鐵環(huán)境健康與經(jīng)濟(jì)建設(shè)友好共存成為緊要的研究方向。

學(xué)術(shù)界從多方面研究了高鐵區(qū)域環(huán)境問(wèn)題，分析得出鐵路建設(shè)對(duì)自然環(huán)境可能造成的影響大致有水土流失、水環(huán)境污染、動(dòng)植物棲息地破壞等方面[3-8]?；阼F路環(huán)境影響的多元性、動(dòng)態(tài)性和不確定性，部分學(xué)者將累積環(huán)境影響評(píng)價(jià)的概念和方法運(yùn)用到高鐵區(qū)域環(huán)境評(píng)價(jià)研究中[9-11]。目前主要的評(píng)價(jià)方法有層次分析法[12]、系統(tǒng)聚類(lèi)分析法[13-14]、生命周期評(píng)估方法[15-17]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[18]等。部分環(huán)境評(píng)價(jià)方法直接在總結(jié)有關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)價(jià)，這種評(píng)價(jià)沒(méi)有定量地刻畫(huà)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)外影響因素之間的關(guān)系，無(wú)法適應(yīng)高鐵區(qū)域環(huán)境影響這一典型的開(kāi)放、非線性、復(fù)雜系統(tǒng)，表現(xiàn)出超模糊、智能化程度不夠、缺乏動(dòng)態(tài)性的局限性。從某種程度上說(shuō)，對(duì)高鐵周?chē)鷳B(tài)環(huán)境情況的剖析和評(píng)價(jià)，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的多樣性、可持續(xù)性和穩(wěn)定性是研究的重中之重。本文將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用到高鐵區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究中，運(yùn)用SD方法處理非線性、時(shí)變、多重反饋的高鐵區(qū)域環(huán)境問(wèn)題。首先對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外相互關(guān)系及其影響因素進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上全面地建立評(píng)價(jià)因子體系。運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行仿真模擬并評(píng)價(jià)，對(duì)該系統(tǒng)的內(nèi)部架構(gòu)進(jìn)行分析，基于此描繪出系統(tǒng)存量流量圖，并構(gòu)建出參數(shù)方程。隨后使用類(lèi)似已完工程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及實(shí)證工程中已有的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)模型有效性進(jìn)行驗(yàn)證。最后，預(yù)測(cè)本文所選取用于衡量區(qū)域水、動(dòng)植物環(huán)境情況的參數(shù)仿真模擬情況，并判斷和評(píng)價(jià)案例是否與預(yù)期環(huán)保目標(biāo)相適應(yīng)。

1 高鐵區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境影響評(píng)價(jià)SD模型

1.1 影響因素分析

從路基、橋涵和隧道、車(chē)站站場(chǎng)這些高鐵工程主要部分，考慮造成切割、阻斷和改移水與動(dòng)植物環(huán)境的影響[19]。施工期的影響主要集中表現(xiàn)在工程作業(yè)行為形成的污水、振動(dòng)、噪聲等；運(yùn)營(yíng)期的影響主要源于線路和車(chē)站，表現(xiàn)在固體廢棄物、廢氣、振動(dòng)等方面。高鐵對(duì)區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境影響的路徑有直接、間接和協(xié)同影響三方面，其影響結(jié)果主要體現(xiàn)為污染水環(huán)境質(zhì)量、改變水體規(guī)模、使生物數(shù)量乃至多樣性衰減、加重局域水源枯涸等。依據(jù)上述分析可得到評(píng)價(jià)因子體系，如圖1所示。

圖1 評(píng)價(jià)因子體系

1.2 系統(tǒng)邊界的確定

高鐵區(qū)域生態(tài)環(huán)境主要?jiǎng)澐譃樗h(huán)境和動(dòng)植物環(huán)境。本文研究的水環(huán)境可分為地下水環(huán)境和地表水環(huán)境，依據(jù)技術(shù)規(guī)范[20]，本文的水環(huán)境評(píng)價(jià)范圍主要為工程沿經(jīng)的河流水體。地表水選取上游0.1 km、下游1 km范圍，地下水選取總調(diào)查評(píng)價(jià)面積為6 km2的含(隔)水層。本文研究及評(píng)價(jià)的動(dòng)植物為野生動(dòng)植物，不包括人工飼養(yǎng)或栽培的動(dòng)植物，但可包括在野外大規(guī)模生長(zhǎng)的農(nóng)田、本地雜草和人造林。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合高鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，擬建模解決如下兩個(gè)問(wèn)題：高鐵建設(shè)對(duì)水環(huán)境和動(dòng)植物環(huán)境影響評(píng)價(jià)；分析評(píng)價(jià)實(shí)證工程，判斷其是否能達(dá)到預(yù)期的環(huán)保目標(biāo)。

在系統(tǒng)中存在兩條主要反饋回路，生態(tài)防護(hù)投資比例與水土養(yǎng)護(hù)、動(dòng)植物恢復(fù)均有著正反饋關(guān)系，同時(shí)這一變量與高鐵建設(shè)投資也有著正反饋關(guān)系；但隨著高鐵建設(shè)投資的增加，勞動(dòng)力數(shù)量和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大又會(huì)對(duì)水與動(dòng)植物環(huán)境產(chǎn)生負(fù)反饋關(guān)系，各種變量耦合、相互反饋即形成了高鐵區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境研究這一自組織、非線性、開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要反饋關(guān)系如圖2所示。

圖2 高鐵區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境系統(tǒng)主要反饋關(guān)系

1.4 系統(tǒng)流程圖

因果關(guān)系圖僅能反映反饋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)方面，變量之間性質(zhì)不同的區(qū)別卻無(wú)法體現(xiàn)，故而使用系統(tǒng)流程圖實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步闡述[21]，如圖3所示。

圖3 高鐵區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境系統(tǒng)流程圖

本文分析的主要方面為地下和地表水環(huán)境。在工程施工過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生施工廢水以及施工人員生活廢水，由于施工現(xiàn)場(chǎng)處理污水條件非常有限，這些廢水會(huì)直接影響該區(qū)域地表水的水質(zhì)。但因?yàn)楹畬雍桶鼩鈳У拇嬖跁?huì)過(guò)濾和隔斷污水，故而污水對(duì)地下水的污染程度較輕。如增壓地表的施工作業(yè)會(huì)加劇地下水涌出，此外對(duì)于處于缺乏地表水區(qū)域的工程也會(huì)掘用地下水以供使用，上述行為都會(huì)一定程度上影響地下水水位。工程占地和土方工程是對(duì)動(dòng)植物環(huán)境造成影響的最主要因素，其會(huì)作用于動(dòng)植物數(shù)量和多樣性這兩個(gè)方面。

參考技術(shù)規(guī)范[22]，本文將動(dòng)植物環(huán)境評(píng)價(jià)的總指標(biāo)定為生態(tài)環(huán)境豐富程度指數(shù)。剖析高速鐵路建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生工程廢水的重要污染成分并依據(jù)文獻(xiàn)[20]與有關(guān)工程的環(huán)評(píng)報(bào)告，本文將評(píng)判區(qū)域水環(huán)境的水體規(guī)模和水質(zhì)情況的標(biāo)準(zhǔn)定為水體規(guī)模變化量、水環(huán)境污染指數(shù)。

1.5 參數(shù)及主要SD方程

本文系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在分析總結(jié)技術(shù)規(guī)范、項(xiàng)目可研報(bào)告、環(huán)評(píng)報(bào)告的基礎(chǔ)上設(shè)立了68個(gè)變量，其中速率變量14個(gè)，輔助變量47個(gè)，狀態(tài)變量7個(gè)。限于篇幅此處不一一展示。

圖4 水環(huán)境子系統(tǒng)SD模型

1.5.1 水環(huán)境子系統(tǒng)

水環(huán)境子系統(tǒng)的SD模型如圖4所示，主要變量的方程關(guān)系如下：

(1) 水環(huán)境COD存量=Integ(COD形成量-COD降低量，現(xiàn)值)

(2) 水體規(guī)模變化量=Integ(水排放量-施工行為造成的涌水，現(xiàn)值)

(3) 水環(huán)境石油類(lèi)存量=Integ(石油類(lèi)形成量-石油類(lèi)降低量，現(xiàn)值)

(4) 水環(huán)境動(dòng)植物油存量=Integ(動(dòng)植物油形成量-動(dòng)植物油降低量，現(xiàn)值)

(5) 水環(huán)境SS存量=Integ(SS形成量-SS降低量，現(xiàn)值)

(6) COD產(chǎn)生量=生活廢水COD含量+工程作業(yè)廢水COD含量

(7) SS產(chǎn)生量=生活廢水SS含量+工程作業(yè)廢水SS含量

(8) COD污染比=水環(huán)境COD含量/COD累積初始值

(9) 動(dòng)植物油污染比=水環(huán)境動(dòng)植物油存量/水環(huán)境動(dòng)植物油累積初始值

(10) SS污染比=水環(huán)境SS存量/SS累積初始值

(11) 環(huán)保投資額=高鐵建設(shè)總投資額×環(huán)保投資比例

(12) 水環(huán)境保護(hù)投資額=環(huán)保投資額×水環(huán)境保護(hù)投資比例

(13) 石油類(lèi)污染比=水環(huán)境石油類(lèi)存量/石油類(lèi)累積初始值

(14) 土地荒漠化情況系數(shù)=水體規(guī)模變化量×植被覆蓋面積累積減少量×水源干涸程度系數(shù)/植被覆蓋面積累積起始量

(15) 水源干涸程度系數(shù)=水體規(guī)模變化量×植被覆蓋面積累積減少量/植被覆蓋面積累積起始量

1.5.2 動(dòng)植物環(huán)境子系統(tǒng)

動(dòng)植物環(huán)境子系統(tǒng)的SD模型如圖5所示。

圖5 動(dòng)植物環(huán)境物子系統(tǒng)SD模型

主要變量的方程關(guān)系如下：

(1) 區(qū)域動(dòng)物量累積減少量=Integ(動(dòng)物數(shù)量增加量-動(dòng)物數(shù)量減少量，初值)×土地荒漠化程度系數(shù)×水源干涸程度系數(shù)

(2) 植被覆蓋面積累積減少量=Integ(植被覆蓋面積增加量-植被覆蓋面積減少量，初值)

(3) 植被覆蓋面積增加量=生態(tài)防護(hù)投資額/單位植被覆蓋面積增加量所需成本

(4) 動(dòng)物數(shù)量增加量=生態(tài)防護(hù)投資額/單位動(dòng)物數(shù)量增加量所需成本

(5) 生態(tài)防護(hù)投資額=環(huán)保投資額×生態(tài)防護(hù)投資比例

(6) 生態(tài)環(huán)境豐富程度指數(shù)=(生物多樣性指數(shù)+生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù))/2

(7) 生物多樣性指數(shù)=[(累計(jì)區(qū)域植被覆蓋面積-植被覆蓋面積累積減少量)/植被覆蓋面積累積起始量+ (累計(jì)區(qū)域動(dòng)物量-區(qū)域動(dòng)物數(shù)量累積減少量)/初始動(dòng)物量累計(jì)值]/動(dòng)植物種類(lèi)數(shù)量

(8) 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)=511.26×(0.11×耕地面積+0.21×草地面積+ 0.35×林地面積+0.04×建設(shè)用地面積+0.01×未使用面積)/區(qū)域總面積

2 實(shí)證研究

2.1 概況

京張鐵路八達(dá)嶺越嶺段共有15.44 km，其中隧道長(zhǎng)度15.11 km，占越嶺段總長(zhǎng)度的97.9%。其沿線占地424 300 m2，投資估算總額約28.97億元。其設(shè)計(jì)年限近期到2025年、遠(yuǎn)期到2035年。該段高鐵沿線途經(jīng)風(fēng)景區(qū)、世界文化遺產(chǎn)古建筑等生態(tài)敏感區(qū)，因此其工程生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)等級(jí)設(shè)為一級(jí)，地表和地下水環(huán)境評(píng)價(jià)為三級(jí)。

2.2 環(huán)境影響因素分析

本文從施工期、運(yùn)營(yíng)期兩個(gè)主要階段對(duì)水環(huán)境、動(dòng)植物環(huán)境影響進(jìn)行分析。在施工階段，遴選出車(chē)站站場(chǎng)、施工行為、施工廢水3個(gè)影響水環(huán)境的主要因素。八達(dá)嶺越嶺段設(shè)計(jì)建立一個(gè)地下車(chē)站，最深開(kāi)挖可達(dá)25 m，施工時(shí)建設(shè)有隔斷地下水的隔水層，同時(shí)，巨大的土石方量以及占地面積都會(huì)損傷水環(huán)境。此外，生活廢水、施工廢水也會(huì)在一定程度上污染水環(huán)境。

2.3 基礎(chǔ)參數(shù)的明確與賦值

由于本文擬研究的京張高鐵越嶺段已于2015年開(kāi)工，本模型選取2015年的統(tǒng)計(jì)值作為重要狀態(tài)變量的起始數(shù)值。從類(lèi)似工程和項(xiàng)目可研報(bào)告中匯總出16個(gè)表函數(shù)。依據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告、項(xiàng)目可研報(bào)告、取樣、計(jì)算等方法得到26個(gè)常數(shù)的取值，見(jiàn)表1；通過(guò)取樣檢測(cè)的方法得到7個(gè)狀態(tài)變量的起始值，見(jiàn)表2。

表1 常數(shù)取值

續(xù)表1 常數(shù)取值

表2 狀態(tài)變量起始值

2.4 模型檢驗(yàn)

本文運(yùn)用Vensim軟件進(jìn)行建模，并檢驗(yàn)其適用性和一致性。

2.4.1 結(jié)構(gòu)適用性檢驗(yàn)

模型的結(jié)構(gòu)適用性檢驗(yàn)以參數(shù)方程極限、量綱、模型界限的檢驗(yàn)為主。檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)、賦值及單位一致性可采用軟件的Check model和Check unit功能，本文的模型均能通過(guò)檢驗(yàn)。在構(gòu)建SD模型時(shí)，分析水環(huán)境、動(dòng)植物環(huán)境等子系統(tǒng)，方程和結(jié)構(gòu)等均參照實(shí)際系統(tǒng)設(shè)立，與實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)狀況契合，滿足結(jié)構(gòu)適用性。

2.4.2 行為適用性檢驗(yàn)

模型中一些數(shù)值依據(jù)過(guò)往數(shù)據(jù)估出。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本模型對(duì)參數(shù)數(shù)值變化不敏感并且滿足行為適用性。

2.4.3 行為與實(shí)際一致性檢驗(yàn)

行為一致檢驗(yàn)分為外觀和參數(shù)兩部分。由于該實(shí)證案例數(shù)據(jù)不充分，本文先使用京津城際鐵路等三個(gè)類(lèi)似已完工程數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，再用該項(xiàng)目2016年已公布數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬，所得仿真模擬顯示誤差均小于10%，如圖6所示，說(shuō)明模型有較好的一致性，接近且能反映實(shí)際情況。

文中設(shè)立9個(gè)參數(shù)以評(píng)價(jià)水與動(dòng)植物環(huán)境模擬情況，分別為水環(huán)境SS存量、水環(huán)境COD存量、水環(huán)境動(dòng)植物油存量、水環(huán)境污染指數(shù)、水環(huán)境石油類(lèi)存量、COD污染比、石油類(lèi)污染比、SS污染比、動(dòng)植物油污染比，其序號(hào)依次為1～9。

由于實(shí)際數(shù)據(jù)樣本太少，數(shù)據(jù)時(shí)效性和檢驗(yàn)可靠性難以保證，故選取較為完整的2016年京張高鐵八達(dá)嶺越嶺段數(shù)據(jù)，進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃浴１?為仿真結(jié)果與實(shí)際工程2016年數(shù)值的比較，相對(duì)誤差均在10%以內(nèi)，驗(yàn)證了變量選擇及模型的合理性。

2.5 模型的應(yīng)用研究與結(jié)果討論

基于上文構(gòu)建、檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷日撌觯J(rèn)為該模型為有效的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。再仿真模擬選取狀態(tài)變量以及反映水與動(dòng)植物環(huán)境系統(tǒng)綜合影響的輔助變量。

7個(gè)狀態(tài)變量模擬結(jié)果如圖7所示。

圖7 7個(gè)狀態(tài)變量模擬結(jié)果

由圖7的仿真結(jié)果可以看出，建設(shè)期是影響水環(huán)境和動(dòng)植物環(huán)境的集中期，同時(shí)各狀態(tài)變量最高值也大致出現(xiàn)在建設(shè)期結(jié)束時(shí)。而后進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期時(shí)，這種負(fù)影響整體上逐漸降低。例如到2019年，仿真結(jié)果顯示預(yù)計(jì)水體規(guī)模變化量為5 560.42 m3，隨后到2023年，這種影響可省略不計(jì)。同時(shí)，建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期的動(dòng)植物情況與水環(huán)境中SS、COD、石油類(lèi)占比均完全符合環(huán)保目標(biāo)。建設(shè)期不可避免地會(huì)對(duì)動(dòng)植物產(chǎn)生巨大影響，工程作業(yè)和大量工程占地使該區(qū)域內(nèi)動(dòng)植物棲息地急劇減少，而后隨著臨時(shí)占地的逐漸減少，原生植被恢復(fù)，動(dòng)物遷徙回來(lái)，使得動(dòng)植物環(huán)境一定程度上有所修復(fù)，但難以修復(fù)永久占地區(qū)域的環(huán)境。

圖8為所選取的4個(gè)主要輔助變量的仿真模擬結(jié)果趨勢(shì)圖。

由圖8(a)可以看出，在建設(shè)期，高鐵施工對(duì)水環(huán)境的污染程度在建設(shè)前期、中期呈坡度增加趨勢(shì)，在建設(shè)末期增速放緩，進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期后逐步平緩。造成這種趨勢(shì)的主要原因是施工期間工程廢水與施工人員生活廢水的排放，且這些污水限于施工條件大部分未經(jīng)處理直接排放，對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重污染。而進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期之后，線路設(shè)備及管理逐步健全完善，產(chǎn)生的污水一般均會(huì)經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理后才排放，因此對(duì)水環(huán)境的污染大大減少。

由圖8(b)可知，建設(shè)期尚未開(kāi)始時(shí)，該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境豐富程度指數(shù)可達(dá)87.05，反映出區(qū)域內(nèi)植被豐富、物種多樣；高鐵工程開(kāi)工后即在建設(shè)期該指數(shù)逐步下降，于2020年達(dá)到最低值69.48。隨后進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期，該指數(shù)又逐步增大，在2035年時(shí)達(dá)到77.49。對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行剖析，建設(shè)期生態(tài)環(huán)境豐富程度指數(shù)急劇減少是由于工程施工的土方變動(dòng)、工程占地和施工中形成的噪聲等造成大批動(dòng)物遷移、植被破壞。施工結(jié)束進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期后，大量臨時(shí)占地恢復(fù)，由于生態(tài)系統(tǒng)的自調(diào)節(jié)和自組織能力，生態(tài)環(huán)境逐漸恢復(fù)，生態(tài)環(huán)境豐富程度指數(shù)也就有所回升。但永久工程會(huì)使生態(tài)環(huán)境無(wú)法恢復(fù)到原有水平。到2035年，生態(tài)環(huán)境豐富程度指數(shù)達(dá)到77.49，達(dá)到了該工程的環(huán)保目標(biāo)，也表明生態(tài)環(huán)境恢復(fù)良好。

如圖8(c)所示，在建設(shè)期，該京張高鐵區(qū)段建設(shè)有使水源污染逐漸加劇的趨勢(shì)，而在建設(shè)前期即2015年至2018年，這種加劇的負(fù)影響趨勢(shì)還較為平緩，而到了建設(shè)中后期增幅加大，到2020年達(dá)到最高值0.122。進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期后，由于拆除工程臨時(shí)用地等原因，地表與地下水受到的工程負(fù)影響逐漸減小，引起水源干涸的負(fù)作用減弱。但又因?yàn)楣こ逃谰谜嫉刈韪羲鞯扔谰眯杂绊?，該參?shù)在2027年前后變動(dòng)平穩(wěn)，且該區(qū)域處于自然保護(hù)區(qū)，對(duì)生態(tài)環(huán)境防護(hù)得當(dāng)，到2035年對(duì)水源影響較未開(kāi)工前增長(zhǎng)較小，符合環(huán)保目標(biāo)。

由圖8(d)可知，與其他參數(shù)仿真情況相比，整體上高鐵工程對(duì)土地荒漠化影響較小，依據(jù)仿真結(jié)果在2020年土地荒漠化程度系數(shù)將達(dá)到最大值0.070 8，相比開(kāi)工前的0.063 3增加了11.85%，而相比2015年，2035年該參數(shù)僅增加2.68%，增長(zhǎng)幅度微小。工程占地和土方工程是形成該區(qū)域土地荒漠化的最主要因素，而實(shí)例項(xiàng)目的隧道工程占有總工程建設(shè)長(zhǎng)度的97.9%，工程施工會(huì)改變山體結(jié)構(gòu)、分割和隔斷地下水的流通，從而影響植被和水土保持，使荒漠化加劇。但進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期后，由于該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)較好的自我修復(fù)能力，工程臨時(shí)用地的拆除使土地荒漠化逐漸恢復(fù)，荒漠化程度仍超建設(shè)期開(kāi)始之前，但符合環(huán)保目標(biāo)。

圖8 4個(gè)主要輔助變量的仿真模擬結(jié)果

綜上所述，在建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期近期，京張高鐵區(qū)域水與動(dòng)植物的環(huán)境影響處于合理范圍，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的環(huán)保目標(biāo)。

3 結(jié)論

本文建立了高鐵區(qū)域水環(huán)境與動(dòng)植物環(huán)境評(píng)價(jià)的SD仿真模型，基于建立的評(píng)價(jià)因子體系，對(duì)高鐵區(qū)域水環(huán)境與動(dòng)植物環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了模型的有效性，即該實(shí)例可以達(dá)到環(huán)保目標(biāo)。主要研究結(jié)論如下：

(1)對(duì)影響高鐵區(qū)域水環(huán)境和動(dòng)植物環(huán)境的各因素枚舉并加以分析，根據(jù)高鐵建設(shè)劃分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期三階段進(jìn)行剖析，基于此建立評(píng)價(jià)因子體系，以判斷該區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境受高鐵的影響程度。

(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和分析，高鐵區(qū)域環(huán)境生態(tài)影響主要反映在水環(huán)境和動(dòng)植物環(huán)境兩方面，而水與動(dòng)植物環(huán)境又與高鐵建設(shè)投資等要素有著比較復(fù)雜的相互和因果關(guān)系，這些關(guān)系可以清晰地展現(xiàn)在系統(tǒng)流程圖中。

(3)本文的實(shí)證研究對(duì)象為京張高鐵八達(dá)嶺段工程，運(yùn)用文中構(gòu)建的SD模型對(duì)其水與動(dòng)植物環(huán)境進(jìn)行仿真模擬，其水環(huán)境石油類(lèi)存量、水環(huán)境污染指數(shù)、水體規(guī)模量、生態(tài)環(huán)境豐富程度指數(shù)等變量的仿真結(jié)果均表明高鐵對(duì)區(qū)域水與動(dòng)植物環(huán)境的負(fù)影響在建設(shè)期逐漸增強(qiáng)，大致在建設(shè)期末達(dá)到峰值，但隨著運(yùn)營(yíng)期的到來(lái)，這種負(fù)影響又會(huì)逐漸減弱，即水與動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境又會(huì)逐漸恢復(fù)。

(4)本文以滬昆高鐵云南段等三個(gè)類(lèi)似工程數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊恢滦?，得到的結(jié)果誤差在10%以內(nèi)。隨后以2016年京張高鐵八達(dá)嶺越嶺段數(shù)據(jù)對(duì)比，誤差均在10%以內(nèi)，模型有效性得以驗(yàn)證，由此可以認(rèn)為該高鐵區(qū)域能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的環(huán)保目標(biāo)。