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1高鐵建設生態環保目標規劃與監測方法

1.1生態環保目標規劃體系構建在對高鐵建設生態環保進行目標規劃前，首先應對該區域生態環境的生態本底和退化程度進行分析，如果規劃值未超過相應的閥值規范，將規劃值作為目標值；如果超過，將閥值規范作為目標值。準確制定擬建工程環保目標，必須根據所獲取歷史數據的數量確定規劃方法。（1）基于BP人工神經網絡的優勢度變化值、適時綠化率目標規劃。BP(BackPropagation)神經網絡，也稱為誤差反向傳播算法，是在轉移函數的基礎上，通過對大量樣本的訓練，當預測值與實際值的誤差在合理范圍之內得出預測函數，進而進行預測[7-9]。一般情況下，施工期間容易獲得較多的優勢度變化值和適時綠化率數據。因此，可以采用BP神經網絡進行目標規劃。首先對大量高鐵項目建設期間環保的有關數據進行整理，總結影響高鐵環保目標規劃的工程特征類目及量化值，如表1所示。然后，采用3層BP網絡模型，選擇Sigmoid函數為節點輸出函數，模型的輸入單元為8個，分別用I1～I8表示；輸出單元為2個，即優勢度變化值和適時綠化率，分別用O1和O2表示。隱層單元為17個；初始權值為(-1，1)之間的隨機數。最后，根據大量數據進行訓練，當預測值與實際值的誤差在設定范圍內時，確定出預測函數，進行預測。（2）基于灰色時間序列和類比法的水土流失量目標規劃。灰色時間序列模型對一系列具有一定時間間隔的數據進行分析計算，得出預測模型，從而對未來時間數據進行預測和對目標進行合理規劃。一般情況下，收集的土壤侵蝕模數背景值的數據量較少，采用灰色系統的GM(1，1)預測模型[10]結合類比法對水土流失量進行目標規劃。（3）基于德爾菲法的動植物保護度目標規劃。德爾菲法又稱專家評分法，是一種定性描述定量化方法。一般情況下，在規劃動植物保護度時，由于該指標受到的人為因素影響大，數據收集困難，可以采用德爾菲法。綜上所述，當有大量歷史數據時，建立BP人工神經網絡預測方法；當有少量數據時，采用灰色時間序列模型和類比法相結合；當無歷史數據時，采用德爾菲法預測。

1.2監測方法體系構建（1）生態目標進行規劃后，應選用科學的監測方法對監測指標進行監測，驗證目標規劃的合理性。一般情況下，優勢度變化值采用“3S”(遙感技術(RemoteSensing，RS)，地理信息系統(GeographyInformationSystems，GIS)，全球定位系統(GlobalPositioningSystems，GPS))技術法和資料分析法獲得；適時綠化率采用實地測量法和調查監測法獲得；水土流失量采用樁釘法、侵蝕量法、調查監測法和資料分析法獲得；動植物保護度采用抽樣調查的地面觀測法和資料分析法。（2）PDCA循環。PDCA循環，也稱戴明環，即策劃(Plan)—實施(Do)—檢查(Check)—落實(Action)，該原理意味著任何的工作或事情都要經過上述4個階段的不停循環，在循環中不斷解決問題，使分目標實現，最終使總目標得以實現[11]。對高鐵建設的環保指標進行監測時，應根據各個指標的情況制定監測周期，將總目標按照相應的監測周期進行分解，在每個監測周期內按照PDCA循環進行監測，檢驗分目標能否實現。如果未完成分目標，則應找出出現問題的環節，并制定相應的改善措施，于下一次循環中加以解決。此外，還可以適當對分目標進行調整，保證總目標的實現。

2研究案例

以某高速鐵路(以下簡稱G高鐵)為期5個月(2014年3月31日—8月31日)的目標規劃與監測數據為例驗證預測的準確性。監測期內，工程建設主要集中在CK64+500—CK85+750，擬監測段為CK64+500—CK72+750，無環境敏感區，占地類型主要為非農業用地、土石方利用率為35.27%。

2.1基于BP人工神經網絡的生態環保目標規劃根據收集的已建高鐵項目的歷史數據，采用BP人工神經網絡對優勢度變化值、適時綠化率2個指標進行規劃。由表1中特征量化指標可知，該工程的輸入項I1至I8分別為6，3.5，3，2，4，3，2，3。將收集的樣本基礎數據(1～24)作為訓練樣本，后2個樣本作為輸出樣本，訓練1000次，基礎數據及預測數據(序號25)如表2所示。誤差分析結果如表3所示。從表3中可知，預測值與實際值誤差<5%，該模型能夠滿足預測的精度要求。應用該模型得出輸出項O1和O2分別為3.814，87.60(見表2)，即優勢度變化值為3.814%，適時綠化率為87.60%。

2.2基于灰色時間序列和類比法的生態環保目標規劃模型采用統計學的方法對上述重點監測區域進行抽樣，選取極易發生水土流失的主體工程區的路基挖方邊坡、取土場的挖方邊坡、6#棄渣場的棄方邊坡、施工便道的挖方邊坡及施工營地的挖方邊坡為此次水土流失的監測點。（1）基于灰色時間序列GM(1，1)的原地貌土壤侵蝕模數背景值預測。根據當地相關部門提供的資料，收集1983—1989年相關分區的原地貌土壤侵蝕模數，采用灰色時間序列對原地貌土壤侵蝕模數背景值預測，主體工程區、取土場、棄土(渣)場、施工營地、施工便道的預測值分別為329530，486570，548220，421920，520700t/(km2•a)。（2）基于類比法的水土流失量目標規劃。通過對擬建高鐵所處的地域環境、氣候、水文、土壤、降雨、原生態的地貌環境等進行綜合考察及分析，選擇與擬建鐵路相近的已建鐵路石長鐵路為本工程水土流失預測的類比調查對象，其擾動后各分區土壤侵蝕模數分別為6000，20000，18000，15000，6500t/(km2•a)，此時即得公式⑷中的Mi2。由上述數據、公式⑷和各分區面積計算工程建設可能造成新增水土流失總量為1094.244t。其中各分區施工期分別為2，1.5，1.5，3，3年；監測區面積分別為23.36hm2、3.89hm2、19.36hm2、18.34hm2、3.21hm2。

2.3基于德爾菲法的環保目標規劃模型在G高鐵動植物保護度目標規劃階段，首先邀請15位專家預測監測期內施工路段動植物保護度，將專家的打分情況進行分析計算可知，動植物保護度均值E=1.4145，方差δ2=0.032503。收斂性檢驗參數C=0.46%<0.50%。方差較小，說明專家意見相對比較集中，分歧較小。

2.4基于PDCA循環的水土流失量指標監測以高鐵建設期間水土流失量的監測為例，對其施工中PDCA過程進行重點闡述，該工程5個月的監測周期為：主體工程區、棄土(渣)場、取土場占地面積廣，均會破壞原有的土石平衡，對原地表面積擾動大，對該區域的監測應自施工準備開始進行，每月進行1次；施工便道、施工營地所引起的水土流失主要處于便道修建階段，而且受人為活動影響較大，因而在施工階段初期要求每月監測1次，待修建完畢后，可以每季度監測1次；此外，若施工期間遇到暴雨，應在暴雨過后加測1次；遇到汛期，須在汛期前后各加測1次。2014年7月31日該施工地區有暴雨，因而在暴雨過后加測1次。水土流失量的PDCA循環目標值和相應的實際監測結果如表4所示。由表4可知，5次的PDCA循環中，因監測周期初期環保措施實施不夠完善，第1、3次循環的分目標未達到；進一步完善環保措施后，水土流失量有了明顯的減少。此外，因環保措施的完善，暴雨對水土流失量的影響很小。5次PDCA循環后，監測區域水土流失量的總目標得以實現。

2.5其他生態指標監測結果分析在工程施工過程中不可避免對現有植被、耕地、農田等造成破壞，對動物的生活區域造成影響，而這些方面的地貌恢復、動物繁衍緩慢。短期內優勢度變化值、適時綠化率、動植物保護度等指標不會發生太大變化，而且工程的綠化恢復工作一般在工程后期才會取得明顯效果。因此，這些指標的監測周期一般較長，可以設為1個季度1次。為此，監測人員對這些指標分別于監測初期和末期各監測1次，并將該5個月作為1個PDCA循環，已經針對這5個月采用相應的模型規劃出其目標值。其他生態指標監測結果如表5所示。由表5可得，項目區其他生態監測指標依據PDCA循環原理，在循環過程中采取適當的環保措施，均能達到目標值。

3結束語

通過對高鐵建設生態環保目標規劃與監測方法研究，根據生態環保目標規劃，構建了包括優勢度變化率、適時綠化率、水土流失量和動植物保護度等生態環保監測指標體系；根據收集數據量，提出分別運用BP神經網絡、灰色時間序列結合類比法、德爾菲法進行生態環保目標規劃的方法。其次，基于傳統監測方法結合PDCA循環原理和監測指標的不同情況，確定出相應的監測周期，提出監測方法和控制措施，從而保證總目標的實現。最后，通過對某高鐵的實證分析，將預測結果與實際結果進行比較，驗證了預測結果的合理性。

作者：段曉晨倪艷霞單位：石家莊鐵道大學經濟管理學院