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公路路域生态环境安全评价与预警研究

王初  
【摘要】: 近几十年来,随着世界经济迅速发展和工业化进程的加快,人地矛盾日趋尖锐,生态环境安全作为国家安全的重要组成成分,已经成为一个全球关注的问题。公路作为一种长距离、大范围的人工景观,在切割生境的同时,也对公路沿线的生态环境产生了不可逆的深远影响,严重威胁着路侧生态环境的安全。然而,当前公路两侧生态环境相关研究尚局限于环境因子的监测、公路建设前的环境影响评价等工作,对公路运营期间两侧生态环境动态变化、评价和预警研究工作缺乏应有的重视。致使公路两侧生态环境安全状况不能被客观地、定量地评价,阻碍了路域生态环境状态和人类活动之间耦合关系研究的深入,公路两侧生态环境的恶化不可避免的成为国家生态环境安全和人类健康安全巨大威胁。开展路域生态环境安全评价和预警研究,具有全球性环境学、安全学意义,亦符合我国国家环境安全建设战略的社会研究需求。 本文以上海市科委重大项目“崇明岛生态承载力与生态安全预警系统研究”(批准号:05DZ12007)和国家自然科学基金项目“中国沿海城市自然灾害风险评估体系研究”(批准号:40571006)为支撑,选取崇明岛陈海、北沿公路为主要研究对象,在分析路域生态环境安全与高强度人类活动内在联系的基础上,建立了路域生态环境安全评价指标体系及评价方法和模型,对典型路域生态环境安全现状进行评价,确定影响路域生态环境安全的主要环境压力,根据环境压力可能的变化设计相应情景模拟条件,对路域生态环境安全进行了预警研究,得到主要结论如下: (1)公路两侧主要生态环境因子的系统分析表明路侧土壤、生物、大气、声和水环境与路域生态环境安全的关系最为密切,其中土壤、大气和生物环境中的高毒性重金属污染物对路域生态环境安全的影响最为显著;公路沿线主要生态环境因子质量评价发现路侧土壤中多数重金属地累积指数达II、III级污染水平,其中Pb、Cd的累积水平较高:单项污染指数评价表明路侧蔬菜Pb污染最显著:公路灰尘的重金属含量明显高于两侧土壤和作物含量,为主要的二次污染源。 (2)根据公路路域生态环境安全的特点,选取PSR概念模型为评价指标框架模型,以因果分析法和目标层次分类展开法选取“大气环境”、“土壤环境”、“生物环境”、“声环境”和“·水环境”5类指标反映路域生态环境安全状态;以“交通流量”和“污染排放源强”2类指标反映路域生态环境压力;采用“压力调整”和“状态修复”2类指标反映路域生态环境响应。以各类指标对人类健康的危害性大小为依据,采用层次分析-信息熵相组合的方法确立各指标的权重,结果表明公路两侧生物环境、土壤环境和大气环境指标提供的信息量较大,指标中作物Pb、Cd和土壤Pb、Cd对路域生态环境安全的权重系数最大。 (3)构建了层次分析-综合指数-模糊综合的路域生态环境安全复合评价模型,对选取的典型公路路域生态环境安全现状进行了评估和分析,发现当前陈海、北沿、黄南和歌中公路SIRES指数均大于0.78,安全现状处于“无警-预警”状态;沪宁高速和宁连高速SIRES指数低于0.72,处于“预警-轻警”状态,明显向中警状态过渡:郑汴公路SIRES指数低于0.4,处于“轻警-中警”状态。 (4)路域生态环境因子安全现状分析发现路侧大气、土壤和生物环境安全性较差,是易受公路运营影响的环境因子;具体指标中灰尘Cd、土壤Pb、Cd和作物Pb安全性最差,受公路影响最大。路域生态环境安全指数影响因子分析表明,综合指数VTF(VTF=车流量*运营时间*污染排放源强)与SIRES值两者之间呈显著负相关,说明公路车流量、公路运营年数和污染物排放源强是路域生态环境安全的主要压力,共同影响路域生态环境安全状态。 (5)以陈海、北沿公路为实例,针对车流量和排放源强变化,对路域生态环境安全预警和调控手段进行了模拟研究,结果表明陈海、北沿公路保持当前车流量(5000pcu/d)在模拟研究期限内安全状态可保持在较良好的“预警状态”,当车流量在15000pcu/d以上时,2010年后路域SIRES指数便小于0.75,即进入“轻警”水平,车流量达70000pcu/d以上时,2025年后进入“中警水平”;如果机动车尾气排放在2008年达欧Ⅲ标准,可以减少SIRES值下降50%左右。 (6)对比减少车流量和降低排放源强两者对改善路域生态环境安全状态的效果,结果表明2008年达到欧Ⅲ尾气排放标准,其改善路域生态环境安全效果相当于当前排放标准下每天减少30000辆车流的效果;对路域生态环境安全的保障手段进行总结,认为提高机动车尾气排放标准,早日达到欧Ⅲ排放标准是最有效的保障手段,改变路两侧50m敏感区域范围土地利用方式,修建防护林以取代食用作物,将取得较好的保障效果。


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