典型铁路山岭隧道涌水径流演变规律及其水环境风险评估

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:douliangster
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近年来,国家深入实施“一带一路”战略方针,集中精力发展山岭铁路建设,由于山岭铁路建设受到绵延不绝的山脉影响,因此需要修建大量的隧道工程以保证铁路线路的顺利贯通。山岭铁路隧道在建设过程中通常需要穿越深大活动断裂带,且隧址区的地下水系纵横交错、水源丰富,这就给山岭铁路隧道的施工带来了极大的突涌水风险,更重要的是涌水形成的地表径流会对隧址区的水环境造成负面影响,因此对突涌水造成的水环境风险进行风险评估及防治是确保隧道工程顺利进行的重点问题。中国西南山区的地质情况相对复杂,山岭铁路隧道具有典型涌水特征,因此本文选取西南山区典型的山岭铁路隧道作为研究对象,基于产汇流理论,结合隧址区的自然环境特征,对隧道涌水径流的水环境风险进行评估,并提出了差异化涌水防治措施。研究成果从理论层面为铁路隧道涌水径流排放模拟提供了科学系统的技术手段,并创新性地利用层次分析-模拟结果叠加分析函数对隧道涌水径流造成的隧址区水环境风险进行评定,为水环境风险评估提供了新的研究思路。本文以西南山区典型山岭铁路隧道涌水形成的地表径流作为研究对象,综合利用水文模型和层次分析法构建出涌水径流水环境风险评估算法,对径流各区段进行水环境风险等级划分,基于隧道建设前(2006年)、中(2012年)、后期(2016年)的植被覆盖度,利用重心迁移模型、标准差椭圆和年际差值研究分析了隧址区植被覆盖度的变化规律及趋势,以此验证了隧道涌水径流水环境风险等级分区的合理性;并最终提出了差异化涌水防治措施。取得的主要研究成果如下:(1)正常情境下隧道涌水径流的流域面积和水面宽度的变化趋势呈现出一致性,而流速与其呈现相反的变化趋势。在径流的始端(隧道口附近)和末端(汇入下游河流处)流速较快,中部流速较慢,但流域面积和水面宽度在径流中部出现最大值。(2)径流在中段(施工用地区域)产生的水环境风险最大。(3)土地利用类别和植被覆盖度存在较强的关联性。隧道涌水隧址区的植被覆盖退化区域主要集中在施工、居住用地,此区域同样也是隧道涌水水环境高风险区。土地利用类型的变化对施工、居住用地的地上和地下水环境都造成了一定程度上的影响,进而影响该区域植被覆盖度值,同样叠加分析函数计算结果也表示涌水径流水环境高风险区集中在低植被覆盖度区域。本文的层次结构—模拟结果叠加分析函数计算结果和植被覆盖度时空变化分析结果基本一致。本研究提倡采用多角度综合策略,借助隧道管理平台编制“一隧一档”电子基础信息,综合利用环境模型和高分辨率空间数据,提高径流排放计算的准确性。从隧道建设角度来看,隧道涌水易发区段应加强混凝土初期支护,设置超前注浆封堵措施。在隧道涌水管控方面,结合互联网和大数据等技术手段,形成科学合理的新型隧道涌水管控模式。
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