隧洞影响区植被生长用水测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生态环境岩土工程技术测试领域，尤其是隧洞影响区内植被生长用水量测试领域。
【背景技术】
[0002]在环境岩土工程领域，工程建设引发的环境问题越来越严重。许多工程项目如水利、交通等工程的隧洞修建，会因改变地下水平衡、导致植被生态功能破坏而影响工程建设区的整体生态环境发展的协调性。
[0003]水在生态系统中扮演着举足轻重的角色，贯穿于大气一植被一土壤一岩石系统，是物质传承和能量输运的介质。流域地下水平衡是维持区内植被生态功能的基础。尤其在山高坡陡的西南地区，针对基础设施建设中因隧洞修建改变地下水平衡、导致植被生态功能破坏问题，研究隧洞影响区内植被生长用水量，显然是有意义的。
[0004]2010年第2期的《水土保持学报》第44-47页公开的“模拟降雨地表径流污染物输移规律试验研究”，研究了人工降雨条件下地表径流运移规律。2014年第4期的《铁道建筑》第54-57页公开的“隧洞开挖后渗流量影响因素分析”，对隧洞渗流的影响因素进行了深入分析。以上的一些研究对于预测隧洞影响区内植被生长用水量有一定的借鉴和参考意义，然而并不能定量的评价隧洞开挖对植被生长的影响。而现有的植物生长物理模型试验测试技术，主要依据农作物的田间试验，又未考虑到隧洞等地下洞室渗流对植物生态功能的影响，必然与实际情况有着一定的差距。现有隧洞等地下工程生态影响评估中，大都忽略了隧洞等地下洞室渗流对植物生长的影响，且没有对二者之间关系进行定量研究的先例。
【发明内容】
[0005]为了克服现有植物生长物理模型试验测试方法欠缺对隧洞等地下洞室渗流影响之考虑的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种相对更为准确的隧洞影响区植被生长用水测试方法。
[0006]本发明的测试方法是基于以下假设:忽略植被蒸腾作用、大气湿度、温度等因素的影响，则隧洞影响区降雨量为该区地表径流量、隧洞影响区渗流量和植被生长用水量三者之和。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:隧洞影响区植被生长用水测试方法，包括设计制作植物种植模型和降雨模拟装置，还包括根据相似原理制作的隧洞渗流模型，隧洞渗流模型包括模型边界和填充在模型边界内的模拟渗流地质材料，模拟渗流地质材料内设有隧洞模拟装置，所述植物生长模型为与隧洞渗流模型尺寸匹配的斜坡模型，斜坡模型设置于隧洞渗流模型上，在对应斜坡模型低端的模型边界顶面上设有集水槽，隧洞渗流模型的底部设有渗水收集装置，在斜坡模型上进行植被种植，利用降雨模拟装置人工降雨，集水槽收集坡面径流，渗水收集装置收集隧洞渗流模型渗水，据此测试植被生长用水量。
[0008]所述隧洞模拟装置包括隧洞模拟管、一步模拟管和二步模拟管，隧洞模拟管预设于模拟渗流地质材料中，其位于模型边界内的那段管壁上随机分布有渗水孔，其一端管口露于模型边界以外，为出水端口，一步模拟管的外径与隧洞模拟管的内径相匹配，其与隧洞模拟管的开孔管段对应的管壁上随机布置有少量漏水孔，二步模拟管的管壁无孔，其外径与隧洞模拟管的内径相匹配；首先利用隧洞模拟管和一步模拟管模拟隧洞开挖过程进行测试，然后利用隧洞模拟管和二步模拟管模拟隧洞衬砌处理过程进行测试。
[0009]所述隧洞模拟管露于模型边界以外的管段内壁加工有内螺纹，一步模拟管和二步模拟管的全部管壁上均加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹。
[0010]所述斜坡模型由底层的斜坡碎石层和其上的覆土层组成。
[0011]在隧洞渗流模型上分别布置具有不同设定坡度、设定覆土层厚度及选定植物的植物生长物理模型，进行对比测试。
[0012]用于对比测试的种植植物为银杏、油松、扁竹、棕树之一或其中至少两种的混合。以上植物为西部山区的常见植物，尤其适合于西部山区的施工评价研究时应用。
[0013]本发明的有益效果是:能够定量评价植物生长用水量与降雨量、地表径流量和隧洞渗流量之间的关系，从而揭示隧洞施工过程对植物生长的影响，为施工现场的植被生态健康保护提供工程依据。
【附图说明】
[0014]图1是本发明方法的原理示意图。
[0015]图2是本发明方法所用模型在未填充任何地质模拟材料时的示意图。
[0016]图3是隧洞模拟管的示意图。
[0017]图4是一步模拟管的示意图。
[0018]图5是一■步I旲拟管的不意图。
[0019]图6是本发明可以应用的降雨模拟装置的示意图。
[0020]图中标记为:1_斜坡模型，2-集水槽，3-隧洞渗流模型，4-隧洞模拟装置，5-降雨模拟装置，8-隧洞模拟管，9- 一步模拟管，10- 二步模拟管，11-碎石层，12-覆土层，13-渗水孔，14-漏水孔，31-模型边界，32-模拟渗流地质材料，33-排水管，41-渗水孔，42-出水端口，51-水表，52-控制阀，53-水压表，54-喷头，55-支管。h_覆土层厚度，α -坡度，L1-隧洞模拟管的开孔管段长度，L2-隧洞模拟管的露出段长度。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0022]如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的隧洞影响区植被生长用水测试方法，所应用的测试装置是:根据相似原理制作的隧洞渗流模型3，隧洞渗流模型3包括模型边界31和填充在模型边界31内的模拟渗流地质材料32，通常依据隧洞直径的6倍以上来确定隧洞影响区的范围，而模型边界31可在此基础上扩大并为建模方便进行调整，模拟渗流地质材料32可以根据与现场地质环境具有相似渗流特性的原则确定和选择材料，模拟渗流地质材料32内设有隧洞模拟装置4，根据通常的植被恢复措施，所述植物生长模型为与隧洞渗流模型3尺寸匹配的斜坡模型1，为较准确的模拟通常的现场地质状况，斜坡模型I由底层的斜坡碎石层11和其上的覆土层12组成，斜坡模型I设置于隧洞渗流模型3上，在对应斜坡模型I低端的模型边界31的顶面上设有集水槽2，集水槽2的位置不高于覆土层12的低端位置，确保用集水槽2能够全面地收集坡面径流，并计量波面径流量，隧洞模拟装置4包括隧洞模拟管8、一步模拟管9和二步模拟管10，从而实现对于隧洞开挖、衬砌处理施工全过程的模拟，隧洞模拟管8预设于模拟渗流地质材料32中，其位于模型边界31内的那段管壁上随机分布有渗水孔13，模拟开挖前具有渗流结构的状况，其一端管口露于模型边界31以外，为出水端口，用于经由隧洞模拟装置4渗流的收集，一步模拟管9的外径与隧洞模拟管8的内径相匹配，其与隧洞模拟管8的开孔管段对应的管壁上随机布置有少量漏水孔14，所述的少量指相对于渗水孔而言，数量更少，分布密度更小，模拟开挖过程中初步处理但仍然有通过隧洞的少量渗流量的状况，