农林交错带高速公路边坡生态修复质量评价标准体系研究1）

洪文俊 董文杰 赵桃桃 张丽娟 涂津鹏 曹更永

（浙江省交通运输科学研究院）

农林交错带高速公路边坡生态修复质量评价标准体系研究1）

洪文俊 董文杰 赵桃桃 张丽娟 涂津鹏 曹更永

（浙江省交通运输科学研究院）

结合国内外高速公路边坡生态修复的相关研究成果，以固土护坡、土壤基质、群落植被和景观效益为构建主体，划分出各自具有可操作性的亚类指标18项，建立了适用于农林交错带高速公路边坡生态修复成效评价体系。结合层次分析法和模糊综合评价法，将该评价体系用于长宜高速公路的2个工程边坡修复效果的应用评价中。试验边坡生态修复成效评价结果与实际观测情况相符合，表明该评价体系具有较强的适用性。

高速公路 边坡 生态修复 效果评价 评价体系 评价指标

1 引言

高速公路的建设，尤其是山区高速公路的建设，经常开挖大量的山体，形成大面积的裸露边坡，破坏原有的植被层，造成了一系列生态环境问题[1]。高速公路边坡生态修复是指用植物本身或者植物和非生命材料相结合的工程方式进行人为干预，促使被破坏的边坡生态环境快速恢复，最终目的是形成与原有相似的自维持植物群落来提高边坡抗冲刷的能力，稳定坡面和防止侵蚀。高速公路边坡生态修复是植被重建和护坡效应相统一的复杂系统，所涉及的指标繁多，单一指标难以表征和评价边坡修复的质量。要对高速公路边坡生态修复成效进行准确的评价，就必须从影响植被恢复质量的因子中选择合适的指标，建立一个比较客观合理的评价指标体系[2-4]。

有关高速公路边坡生态修复效果评估大都具有一定的地域性，这跟生态修复本身的特点有关，生态修复对周边环境、地质条件、气象条件等的要求不尽相同，因此很难建立起统一的评价标准。基于此，本文提出了基于层次分析-模糊综合评价法，构建适用于农林交错带特性的高速公路边坡生态修复质量评价标准体系，以期为高速公路边坡生态修复技术优化、生态修复成效评价、路域生态环境保护监管提供较为科学的依据。

2 农林交错带高速公路边坡生态修复成效评价指标体系和评价模型构建

2.1 方法及步骤

生态修复后的高速公路边坡群落是综合复杂的生态系统，按照指标的科学性、系统性、可操作性与动态性相结合的原则，选择合适的指标，并给指标赋予正确的权重系数，以期获得合理的评价结果。本文运用层次分析法对相关监测指标赋予权重系数，并对评价体系进行多层次的模糊综合评价，提高了评价的准确性和有效性。

2.2 评价指标筛选

高速公路边坡生态修复是涉及多学科的综合性工程，包括坡体、土壤和植物等多个要素。因此，在构建高速公路边坡生态修复成效评价指标体系时，要以固土护坡效果为前提，群落植被的生长状况为主体，边坡土壤的改良为可持续发展的保障，坡面景观的恢复情况为目标。采用频数统计法、系统分析法和征求专家意见等形式[5]，选取18个具体指标用于反映农林交错带高速公路边坡生态修复成效（见表1）。

表1 高速公路边坡生态修复成效评价指标标准分级

2.3 评价标准的建立

由于指标层各指标具有不同属性与量纲，且指标间数量级存在明显差异。为了消除各指标量纲不同的影响，在进行评价计算前需要对各项指标进行无量纲标准化处理。评价指标标准的制定参考相关国家标准、地方标准和行业标准的指标，以及国内外相关研究[6-9]。在没有国家标准和参考文献数据可参考的情况下，以实测数据为基础，建立积累分布频率函数。根据函数结果，对其排序，选取5%和95%作为监测中得到的最优值和最劣值。结合相关专家的意见，将评价等级分为优、良、中、差和极差5个等级。各评价指标的分级标准见表1。

2.4 评价模型的建立

高速公路边坡生态修复成效评价是涉及多类评价指标的综合分析，这些指标具有一定的层次结构。本文通过构建综合评价层次结构模型，对各因素进行分解、积聚和分类，最终形成1个总目标、4项效果评价准则和18个具体指标的三层次农林交错带高速公路边坡生态修复成效评价体系。其中，目标层是问题决策的目标；准则层是对目标层的具体量化；指标层是对目标层的具体描述。

2.5 确定指标权重

通常情况下，对各评价指标所认为的相对重要性可以通过指标权重值反映出来。采用专家咨询法，邀请20位专家对同层指标进行判断，根据1～9标度法进行定量化打分，确定两两比较判断矩阵，并计算出各指标权重（见表2）。

表2 高速公路边坡生态修复成效评价指标层次总排序

在高速公路边坡生态修复成效综合评价中，群落植物和景观功能所占的比重最大，分别达到了42.4%和24.1%，说明植被的生长情况是边坡生态修复的精华，这与我国实施边坡生态恢复的目的和背景正好符合，分析结果与我国实际情况基本一致，证明该评价体系是正确且有价值的。C层总权重结果表明，构成高速公路边坡生态修复评价体系的18个指标中，植物覆盖率（C32）、植物多样性（C33）、绿期（C41）、土壤有效深度（C14）和景观协调（C42）是影响其修复效果的主要指标。

3 实例应用分析

3.1 案例概况

长宜高速公路（浙江段）是我国第一条“丘陵地区生态环保示范路”。评价对象位于长宜高速公路（K93+150）～（K95+100）范围内，于2015年12月开始进行生态修复工作，在研究区内选择了2个不同坡向和坡度的边坡作为评价对象，并安装了土壤水分温度监测站（Hydra Probe II）和水土流失监测系统（JZ-NB1700），获取在线监测数据。其中，边坡I坡向向东，坡度为45°，坡面积为350 m2；边坡II坡向向东，坡度为35°，坡面积为300 m2。评价边坡植被长势良好，达到设计预期。

3.2 评价实施

（1）建立模糊集合

建立高速公路边坡生态修复成效影响因素集B，分为固土护坡、土壤基质、群落植被和景观功能4个方面，记作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}。评级级R={RI（优），RII（良），RIII（中），RIV（差），RV（极差）}，各级权重值见表2。

（2）相对隶属度的计算

待研究区坡面完成生态修复工程后，对2个试验边坡进行了原位跟踪监测，获取各指标监测数据。其中，土壤泥沙侵蚀量和土壤湿度指标分别为2016年6月1日至2017年5月31日的年总量和年平均监测结果；绿期为全年的观测结果；其他指标为各季度的动态监测结果。各指标监测结果的隶属度如表3和表4所示。

表3 边坡I二级指标评价统计表

表4 边坡II二级指标评价统计表

（3）一级指标综合评价

假设对第i类中的第j个元素进行综合评价，评价对象隶属于评价结果集合中的第k个元素的隶属度为rijk，则综合评价的单因素隶属度矩阵（Ri）见式（1）：

第i类指标的模糊综合评价集合见式（2）：

式中，Wi为指标层第i个指标的权重向量；Bi为准则层第i个指标所包含各下级因素相对于它的综合模糊运算结果（i=1，2，…，n）。评价结果如表5和表6所示。

表5 边坡I的一级评价结果

表6 边坡II的一级评价结果

（4）二级指标综合评价

由于一级指标综合评价仅对同一准则层的各个指标之间进行综合评价，为了分析分类指标产生的综合影响，有必要在各准则层之间进行综合评价，准则层之间的评价即为二级模糊综合评价，其公式见式（3）：

式中，B为目标层的综合模糊运算结果；W为准则层的权重向量。根据最大隶属度原则，确定目标边坡的模糊综合评价结果[5,7]。

评价结果如表7所示。根据最大隶属度原则，可知两处边坡的生态修复成效评价结果均为“良”。

表7 模糊综合评价结果

4 结论与建议

（1）本文基于科学性、综合性、动态性等原则，从固土护坡、土壤基质、群落植被和景观功能等4个方面构建适用于农林交错带高速公路边坡生态修复成效评价体系。通过将定量测值和定性描述转化为归一化的数值，最终实现优、良、中、差和极差5个等级评价。

（2）通过判断矩阵的构建与计算，得出在高速公路边坡生态修复成效综合评价中，群落植物和景观功能所占的比重最大。

（3）采用多级模糊综合评价法，得出长宜高速公路（浙江段）2处样地边坡目前生态修复效果均为“良”，其边坡植被生长状况达到设计预期。

（4）高速公路边坡生态修复成效评价体系研究是一项系统性、综合性和区域性的工作，应针对不同地质情况的高速公路边坡时间情况作进一步的修改和完善。

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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）基金项目：浙江省交通运输厅科研计划项目（2015J13、2015J26）。