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隧道排水诱发地下水位下降对地表植被影响的分(5)
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摘要：(a) 分层土工况1 (b) 均质土工况1 (c) 分层土工况2 (d) 均质土工况2 (e) 分层土工况3 (f) 分层土工况4图6 各工况下杉木根系区土壤水基质势分布Fig. 6 Matric poten
(a) 分层土工况1
(b) 均质土工况1
(c) 分层土工况2
(d) 均质土工况2
(e) 分层土工况3
(f) 分层土工况4图6 各工况下杉木根系区土壤水基质势分布Fig. 6 Matric potential distribution of Cunninghamia lanceolate under each condition
由于基质势对地下水位变化响应的滞后性，根系的凋萎同样是逐步发展的，植物并不会因为地下水降低超过某一深度后立即发生整体凋萎。
由图6中工况3和工况4可知，土壤水基质势变化不是均匀的，地下水位匀速下降，但基质势的变化存在一定差异。第7～14天内根系区基质势的变化显著大于其他时间段，即地下水位在3.3～5.4 m间变化所引起的基质势变化较大。
3.5.2 大气条件影响
地下水位降低前后，杉木与水稻在整个生长期中生态最危险情况分别发生在其生长期的第187天和第102天，实际均为2013年8月11日(见图6和图7中工况1和工况2)，此时潜在蒸发蒸腾达到峰值，作物生长旺盛，但已有约20 d无降水，根系区域表层水分迅速减少，因此植物逐渐逼近生态危险状态。2种植物在地下水位改变前后的极限状态均出现在降水较少、生长旺盛的8月中旬，这表明该地区植物生存状态除受地下水位影响外，大气条件也是重要的控制因素。
(a) 分层土工况1
(b) 分层土工况2
(c) 分层土少量灌溉图7 各工况下水稻根系区土壤水基质势分布Fig. 7 Matric potential distribution of paddy field under each condition
3.5.3 土质影响
各种工况下，植被在具有垂向等效渗透性的均质土中均表现出略强的凋萎抵抗性，见图6(b)和图6(d)。在不考虑土壤的吸湿、脱湿曲线滞后性时，等效均质土根系区的基质势变化规律与实际的分层土类似，最大凋萎深度接近。
3.5.4 植被差异影响
地下水位降低后，杉木根系最大凋萎长度增加了17 cm，占根系总长的24%；水稻根系最大凋萎长度增加了8 cm，占根系总长的16%，且水稻根系在干旱期内进行少量灌溉后最大凋萎长度减小至9 cm，小于地下水位下降前无灌溉的工况。树木(杉木)受地下水位影响较大，农作物(水稻)更依赖于人工灌溉。
4 结论与讨论
为研究隧道建设对地表植被的影响，在SPAC基础上引入隧道因素，建立TSPAC分析模型，提出通过植物根系区土壤水基质势的变化反映植物的凋萎过程，在土壤与植被模型的Richards方程中考虑地下水环境和大气环境的影响，获得根系区土壤水基质势的动态分布，并据此判断隧道建设对地表植被的影响。
1)土壤水基质势是土壤持水能力的物理指标，植物根系区域的土壤水基质势反映了根系从土壤中获取水分的难易程度，进而表征植被的生态状态。
2)地表植被的生存状态不仅与地下水环境相关，同时与大气条件、土壤性质与组成、人工灌溉、植物种类等因素密切相关，衡量隧道建设对地表植被的影响需要在TSPAC整体框架中进行分析。
将TSPAC分析方法应用于安徽大别山区明堂山隧道，分析隧道建设对地表植被的影响，结论如下：
1)根系区域土壤水基质势对地下水位、大气变化的响应存在滞后性、非均匀性，植物的凋萎是渐进、动态的过程，植被不会因为外界条件的改变立即枯死。
2)在该地区大气条件控制下，地下水位及其降低速度对植被生存状态的影响较小。
3)明堂山隧道建设对附近地表植被生态威胁较小，该地区树木(杉木)受地下水位影响较大，农作物(水稻)受人工灌溉影响较大。
本文提出的TSPAC方法可分析地表某一位置处植被受隧道排水的影响，下一步研究拟建立地下水、土壤与植被耦合分析模型，将TSAPC方法应用到流域尺度，分析隧道排水对流域内植被的整体影响。
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文章来源：《灌溉排水学报》 网址: http://www.ggpsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0322/644.html