城市轨道交通对生态环境的影响
摘 要: 城市是城市生态环境的重要组成部分。它承担着该环境物质、能量、信息的转运传输功能,维系着城市生产与消费的平稳运行。然而,城市交通的在促进并改善城市社会环境与环境的同时,也给城市生态环境和环境带来不利影响。城市机动车和交通量的迅猛增加占用并消耗了大量的自然资源,比如土地和能源。同时,也对城市区域的大气环境、声环境、城市气候及温室气体产生明显的影响。为避免城市发展引起的生态环境日益恶化的趋势,研究设计合理的城市绿色交通网已成为当今城市可持续发展、改善城市生态环境的基础性工作之一。研究分析证明,城市轨道交通系统将明显改善城市交通拥堵、大大缓解对城市生态环境的影响。因此,随着人们环保意识的提高,城市轨道交通以其高效率、低消耗、低污染以及舒适、安全、快捷的特性逐渐成为化大都市的公交骨干系统。城市轨道交通的发展将为生态环境的改善、城市的可持续发展和建设21 世纪生态化城市作出积极的贡献。
关键词: 城市轨道交通; 生态环境; 影响
1 前 言
随着国民经济的快速增长,人流、物流、信息流以前所未有的密度涌向大城市并向周边辐射,使的城市化水平迅速提高,带动了城市交通需求的高速增长。
当前, 中国许多大城市机动车拥有量以高于10 % 的速度增加[ 1 ] ,交通拥堵和机动车尾气对生态环境的影响日趋严重。因此,科学深入地研究分析城市交通现状以及其对生态环境的影响,优选架构科学、合理的城市绿色交通体系,引导提高人们出行的绿色交通消费观念,是根治大城市交通拥堵、改善城市交通对生态环境的影响这一现代“城市病”的最佳方案。本文以北京、上海等大城市为例,就城市轨道交通对生态环境的影响做简要分析。
2 生态环境
生态环境是包括人类在内的一切生命赖以生存的自然环境,是地球村可持续发展的基础。
2.1 生态环境地球上的生命群落由于其物种的物候、时空分布及适应习性的不同,在地球生物圈某一地域形成了各具特性的自然生态系统。自然生态系统连同其所处地域、时空统称生态环境。
2.2.1 自然生态系统
生态系统可分为自然生态系统和人工生态系统。未被人类干扰的海洋、森林、草原、湿地、荒漠等生态环境为自然生态环境。自然生态环境是相对的“ 自给自足”的生态环境。该环境中不同的原生物种种群分工有序、和谐相处、相互制约以实现系统的长期生存与发展。
2.2.2 人工生态环境
人工生态环境是以人类为优势种群,并按照人类自己的意志对某一选定地域进行改造以大幅度提高其生产力和消费水平的生态环境。该环境生产与消费平衡的维持需要相关的其它生态系统大量的物质资源、信息资源的投入,它的运行处于超负荷状态。因此,人工生态环境的稳定性与自我调控能力低于自然生态环境,它的平衡与稳定是脆弱的。
2.2.3 城市生态环境
城市生态环境是由城市城区及其郊区的自然生态系统、经济生态系统和社会生态系统三部分构成[2 ] 。
(1) 自然生态系统是人类生存的基本物质环境;
(2) 经济生态系统是城市生态环境中生产力的主要体现;
(3) 社会生态系统体现了城市生态系统中消费层面。
3 城市轨道交通概况
城市轨道交通是一种存在已久的公共交通方式。近几十年来,在我国曾一度受到冷落。实践证明,在高新技术迅速发展、人们环保意识迅速提高的今天,城市轨道交通以全新的面貌成为都市交通圈中公共交通骨干系统,是促进城市可持续发展的21 世纪的“绿色交通”系统。
3.1 城市轨道交通系统
城市轨道交通系统由城市(郊区) 铁路、地下铁路、轻轨铁路组成。其中轻轨铁路又含多种类型:轻轨电车、自动导轨电车、单轨电车、磁悬浮列车等。
3.2 城市轨道交通特点
城市轨道交通主要承担城市公交客运功能。其特点见表1 。
表1 城市轨道交通特点
3.3 城市轨道交通适用范围
城市(郊区) 铁路适宜长距离、大运量运输, 可做为联系城市中心区、边缘集团和卫星城的客运交通走廊; 地铁适宜城市中心区运行, 并可延伸到市区的边缘集团; 轻轨交通因运量较小, 造价较低, 可配合地铁、城市(郊区) 铁路共同组成都市交通圈的轨道交通网。
4 城市轨道交通对生态环境的影响
目前, 北京市常住人口1100 万余人, 流动人口超过200 万。城市交通圈内出行人次为8216 亿人次, 公交客运量达37.2 亿人次。机动车保有量超过150 万辆。人均道路面积1997 年为5.8 m2, 比全国平均水平低28.2 %[4 ] 。机动车交通拥堵以及其对生态环境的影响严重制约着北京市的经济发展。因此, 科学、合理的发展城市交通已成为改善城市生态环境、保证城市可持续发展的当务之急。
4.1 城市轨道交通对城市自然生态系统的影响
4.1.1 城市轨道交通系统可节约大量的土地资源
据报道, 全欧铁路用地占欧洲总面积的0.03 % ; 而公路用地却占到1.3 % , 为铁路用地的43.3 倍[5 ] 。西欧高速铁路用地只相当于同等运量的公路用地量的40 %[6 ] 。由于城市轨道交通与高速铁路相比速度低、编组小、防护距离小, 用地率小于高速铁路。根据规划, 北京市将建设13 条主线和2 条支线总延长为408 Km 的城市轨道交通系统[1 ] 。其占用土地资源情况见表2 。
表2 城市公交系统占用土地一览表
由上表知, 若考虑北京城市轨道交通一半走行于地下, 一半走行于地面, 则规划实施后可节约土地资源9.8 km2 ～17.9 km2 。对于北京市规划区面积为1 040 km2 、规划路网占地超过1.5 km2 、且寸土寸金的市区来说, 这笔土地资源无疑是一笔巨大的财富。而北京市最近启动的中央商务区规划面积尚不足4 km2 。若不建轨道交通而改用公路交通承担公交运输时, 公路占用土地资源之多是北京市城区改造难以承受的。
4.1.2 城市轨道交通可节约大量的能源
以2020 年我国国民经济发展预测值估算, 铁路运量每增加1 个百分点, 将少占用333.4 km2 的土地资源, 同时减少能耗2Mt 标准煤[7 ] 。据东日本铁路公司统计, 该公司完成了客运总量的30 % , 却只消耗了总能耗的7 %[8 ] 。铁路与其它交通系统的综合能耗比为1∶5.7 。
截止1998 年底, 北京地铁正式运营线路41.6 km , 年运量为5.85 亿人次; 运营地铁长度仅为北京市区公交线路延长的1.3 % , 却完成了公交客运量的15 %[3 ] 。
图1 为几种主要交通工具的单位能源消耗示意图[9 ] 。铁路交通的单位能源消耗量相当于公共汽车单位能耗的57.8 % , 节约能源42.2 % 。城市轨道交通由于车体轻、路况好, 单位能耗要低于一般铁路。按一般铁路能耗计, 由图1 可知, 城市轨道交通单位能耗比公共汽车节约能耗79 千卡, 比私用汽车节约509 千卡。据此可算出, 2000 年北京市因地铁完成城市公交客运量的15 % (5.58 亿人次), 可节约燃料油17.63 万t , 以现价计折合人民币5 亿元左右。
注: 单位能源消耗= 各交通工具消耗的能源(千卡)/ 各交通工具运送的数量(人·km , t·km) 图1 几种主要交通工具的单位能源消耗
由于城市轨道交通系统是电力牵引, 因此, 可以在城市城区实现大气污染物的零排放, 有利于城区大气环境质量的改善。虽然轨道交通在城区实现了零排放, 但为城区轨道交通提供电力及发电燃料的相关区域却承受着为城市供电带来的环境污染和生态资源的破坏所产生的后果。但由于上述地区一般位于郊区或边远地区, 环境容量一般较大, 自净能力较强, 只要治理防护措施到位, 可大大降低对生态环境的影响。而且, 轨道交通单位能耗仅相当于城市公路公交的57.8 % , 因此发电站所排放的大气污染物也明显减少。经调查测试, 我国大城市汽车尾气污染物排放是城市大气环境的主要污染源。以上海为例, 1997 年上海汽车保有量为53.8 万辆, 汽车排放的大气污染物排放量见表4[10 ] 。
经监测分析, 1995 年北京市城区机动车CO 和NOx 排放量占全市各污染源排放总量的比例(即排放分担率) 分别为63 % 和50 %[4 ] 。而1996 年, 上海机动车尾气CO 、NOx 、NMHC 占市中心区排污分担率分别为86 % 、56 % 和96 %[4 ] 。机动车尾气污染已成为我国大城市大气污染的主要因素。城市轨道交通可缓解因公路交通产生的大气环境污染。
4.1.4 城市轨道交通对市区声环境的影响
城市交通噪声是市区声环境的主要污染源。据调查, 大城市交通高峰地带噪声明显超过70 dB , 有些地带甚至超过80 dB[11 ] 。交通噪声已明显干扰了部分居民的工作与生活。由于轨道交通的特点(市中心区在地下、运行速度适中、车流密度低、昼间运行夜间停运等), 该系统的运行噪声(Leq) 比公路交通干道噪声低5 dB～10 dB 左右。城市轨道交通的高架区段通过噪声敏感区时一般均设声屏障。因此, 轨道交通对城区声环境的影响明显低于公路干道交通。
图2 不同交通工具排放的相对单位运输数量的CO2
4.1.5 城市轨道交通的实施减少了水土流失、涵养补给了城市地下水资源城市轨道交通地面段路基具有良好的渗水性。排一定宽度的绿化带。若把建设轨道交通系统而节约的土地用于绿化可明显改善城区生态环境与小气候。
4.1.6 轨道交通减轻了视觉光污染
城市轨道交通轨道路基及两侧绿化带的光漫反射, 减轻驾驶员和乘客乘座公共汽车而由公路路面光反射产生的强烈的视觉光污染, 改善了工作条件和出行质量。
4.1.6 城市轨道交通产生新的环境影响 电磁环境影响
由于城市轨道交通是电力牵引, 因此, 该系统在运行时会产生电磁脉冲干扰, 对线路两侧一定范围内的电磁敏感设施和居民电视的收看产生一定影响。
经研究测试分析, 电气化铁道对线路两侧20 m 以外的电视收看基本无影响, 可以保证正常收看。沿线的电磁敏感设施在勘测设计阶段将按国家有关法规、标准进行防护处理而不会受到影响。
城市轨道交通由于电压等级低(为1.5 千伏, 而电气化铁道为27.5 千伏) 、电流强度小, 产生的电磁干扰信号低于电气化铁道。所以, 只要按有关法规对工程进行环境影响评价并实施有效的防护治理措施, 城市轨道交通将不会对线路两侧的电磁环境产生明显影响。
4.2 城市轨道交通对城市生态系统的影响
4.2.1 轨道交通快速准时提高了出行效率
城市轨道交通系统快速、高效、准时, 可以大大节约人们外出旅行的时间。根据北京市乘座公交车出行平均距离5 km , 单程出行可节约12.5 min～20 min 的旅行时间。若设定乘座地铁的乘客有50 %为上班族, 以232 个有效工作日计算, 则2000 年, 北京市因乘坐轨道交通而节约的有效工时为0198 亿小时, 按人时效益9.36 元计, 全年北京市上班族因乘地铁节约出行时间而产生的经济效益约为91.7 亿元。
4.2.2 城市轨道交通的可拉动当地的经济发展
城市轨道交通系统的建设可促进沿线周边地区的房地产、物业开发, 促进经济发展。交通干线两侧环境质量的好坏, 也直接影响着经济的发展。据研究分析, 交通噪声每升高1 dB , 周边的土地价格就会下降0.08 %～ 1.26 % , 平均为0.9 %左右。反之, 则升值0.9 %[13 ] 。因此, 城市由于轨道交通的建设所产生的声环境改善无疑会产生巨大的环境、经济效益。
由于周边地区经济的发展, 也直接、间接地创造了新的就业机会。研究表明, 铁路建设每投资10 亿人民币, 每年可创造2 500 个就业机会, 这其中还不包括因这2 500 人购买消费而连带产生的就业机会[16] 。
4.3 城市轨道交通对城市社会生态系统的影响
4.3.1 改善了人们的出行质量
城市轨道交通压缩了时空距离, 减少了出行时间, 提高了人们的出行质量和生活质量。
4.3.2 加强了交流提高了精神生活质量
轨道交通密切了人际间的交往, 加强了人与人之间、信息流以及文化的交流, 因而有助于提高人们的精神生活水平。轨道交通系统将促使城市圈合理地向周边扩散延伸, 因而也有助于人们融入自然、享受自然。
4.3.3 轨道交通系统具有较高的安全性能
据报导, 铁路运输是最安全的运输方式。以10 亿人km 统计, 航空伤亡人数为0.26 , 铁路为0.18 , 公路为16 ; 在货运中, 铁路事故率和伤亡人数仅为公路的1/ 38[6 ] 。而城市轨道交通因其部分走行于地下, 部分高架, 地面部分也采取了有效的安全防护措施。因此, 它的安全性能更高。而城市居民的出行经验和感受也表明了城市轨道交通的安全、准时和舒适性。随着轨道交通的建设, 将吸引越来越多的私家车主和骑车人改乘轨道交通工具上下班。届时, 城市交通环境将会得到更好的改观。
4.4 城市轨道交通对相关地域生态环境的影响
(1) 由于以能源产地生态环境影响和恶化为代价致使城市轨道交通系统产生经济、社会、环境效益而被人们视为“绿色交通”方式时, 受益城市应从其节约的自然资源成本和利润中提出一定额度的生态环境补偿费, 用做相关区域的资源开发和生态环境防护治理费用, 以保证大环境的正常运行。实现共同繁荣、共同可持续发展的目的。
(2) 科学规划、合理设计使轨道交通系统发挥较好的社会经济和生态环境效益在规划设计城市轨道交通系统时, 不仅要研究都市交通圈内人流、物流、信息流的流量、流向和节点分布, 研究轨道交通系统与公路交通网的科学、有机地配合, 以取长补短; 还要研究分析相关地域自然生态、经济生态、社会生态系统的特点与关系;
1“面向2049 年北京的城市发展”集.北京市科协、北京铁道学会、铁道部科学研究院.2000:17～32.
2 张 炯. 生态城市 自然与社会相协调的生态系统. 环境管理, 1999 (5) : 10～11.
3 蔡庆华. 中国铁路技术创新工程. 北京: 中国铁道出版社, 2000 : 258～264.
4 “城市轨道交通环境”论文集. 中国环境与交通国际合作委员会. 1999 : 1～10.
5 李业进摘译. 铁路的环保优势及法国国营铁路的环境措施. 中国铁路, 1998 (8) : 21.
6 西欧四国高速铁路考察团. 西欧四国高速铁路考察报告. 中国铁路, 1998 (6) : 38～46.
7 李伯溪. 铁路提高速度是中国经济发展和人民生活质量提高的需要. 中国铁路,1999 (10):14～18.
8 郑 陵译. 东日本铁路公司的环保措施. 中国铁路, 1998 , (6) : 46～49.
9 日中铁道友好推进促进协议会. 日本城市轨道交通系统. 199918 , 东京.
10 刘昶, 徐谓芳, 王书惠等. 上海市交通与机动车排气污染调查. 上海环境科学, 1999,18(2):554～557.
11 张鹏飞, 姚成. 高速公路与城市道路沿线交通噪声对环境的污染分析. 城市环境与城市生态, 1999 , 26 (3): 29～31.
12 张平. 城市区域光热资源特征. 城市环境与城市生态, 1999 , 12 (1) : 40～43.
13 陈长虹, 鲍仙华. 全球能源消耗与CO2 排放量. 上海环境科学, 1999 , 18 (2) : 62～64.
14 曹志平. 全球温室气体排放概况. 生态学杂志, 1998 , 17 (1) : 73～74.
15 管东生, 陈玉娟, 黄芬芳. 广州城市绿地系统碳的贮存、分布及其在碳氧平衡中的作用. 中国环境科学, 1998 , 18 (5) : 437～411.
16 Francois BRESSY. 法国TGV 列车的社会经济效益. 中国铁路, 1998 , (10) : 7～13.