李曉軍， 徐 昊， Gokdemir Cagri， 王 飛， 黃學文

(1. 同濟大學土木工程學院地下建筑與工程系， 上海 200092；2. 安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司， 安徽 合肥 230031；3. 安徽省交通控股集團有限公司， 安徽 合肥 230031)

0 引言

長期以來，工程界關注環(huán)境對隧道建設的影響較多，而較少關注隧道建設對環(huán)境的影響，尤其是對地表植被的影響。隧道在施工和運營期的突涌水、排水措施等因素會改變地下水滲流場的分布[1-2]，嚴重時會疏干地下水，破壞地下水環(huán)境，進而威脅地表植被的生長與生存[3]。

目前，關于隧道建設引起地下水位變化進而產(chǎn)生次生影響的研究主要集中在對生活用水[4]、湖水[5]、泉水[6]等地表水體的影響，直接分析對地表植被影響的研究較少且依賴于現(xiàn)場監(jiān)測[7-9]。Liu等[7]利用同位素(δ2H、δ2O)測量法分析了隧道排水對植被生理過程的影響，結果表明隧道開挖引起的地下水位下降改變了植物干濕季根系吸水模式； Zheng等[8]、王芳其等[9]分析了樹木年輪寬度在隧道建設前后共50年內(nèi)的變化情況，認為隧道排水引起的地下水位降低顯著降低了樹木的生長速度，生長低谷期長達15年。由于依賴于長期監(jiān)測，上述方法在規(guī)劃和設計階段難以得到應用。

在隧道規(guī)劃和設計階段的綜合環(huán)境評估[10-13]、地下水限排[14-18]研究中，隧道排水對植被的影響常隱含于氣候條件[10]、植被覆蓋度[10]、年降雨量/蒸發(fā)量[10-13]、地下水埋深[10-13]、土壤含水量[11]等評價指標。在設計隧道排水限值時，對植被的影響常簡化為長期水-能平衡關系[14]、植被需水深度[15-17]、地下水位恢復時間[18]。這些方法忽略了隧道、地下水、土壤、植被與大氣之間的緊密關系，所采用的植被影響指標過于簡化，難以準確考慮隧道排水對地表植被的影響。

針對上述方法的不足，本文將隧道、地下水、土壤、植被、大氣作為整體，從各部分間水分運移角度出發(fā)，提出隧道-土壤-植被-大氣連續(xù)體(tunnel-soil-plant-atmosphere continuum, TSPAC)分析模型，以根系區(qū)土壤水基質(zhì)勢h作為衡量植被缺水程度的指標[19]，分析實際氣象條件下地表植被發(fā)生凋萎的動態(tài)過程，從而得到隧道排水對地表植被影響的定量化結果。最后，將該方法應用于安徽省大別山區(qū)明堂山隧道。

1 植被影響的判斷方法

1.1 SPAC系統(tǒng)中的水分運移

土壤-植被-大氣連續(xù)體(soil-plant-atmosphere continuum, SPAC)從物理活動的角度出發(fā)，將土壤、植物、環(huán)境大氣看作是時刻發(fā)生著能量傳輸、物質(zhì)(水分)運移的動態(tài)物理系統(tǒng)[20]?！斑B續(xù)體”的概念強調(diào)了水分在土壤、植物、大氣三者之間運動的連續(xù)性與整體性。SPAC系統(tǒng)中的水分運移遵守水量平衡和水勢驅動的原則，即水分在SPAC系統(tǒng)中滿足質(zhì)量守恒定律，且總是從水勢較高處流向水勢較低處。典型SPAC系統(tǒng)中的水分運移過程如圖1所示。

圖1 典型SPAC系統(tǒng)中的水分運移過程示意圖

圖1中左側各物理量表示SPAC系統(tǒng)中水量均衡的各分項，滿足如式(1)所示的平衡方程。

土壤持水=大氣降水 -(林冠截留+植被蒸騰+土壤蒸發(fā)+降雨入滲+地下水補給+地表徑流)。

(1)

圖1中右側展示了SPAC系統(tǒng)中各組成部分可能的水勢值。大氣水勢通常小于植物葉片水勢，葉片內(nèi)的水分在葉面氣孔處水勢梯度的作用下蒸發(fā)到大氣中；葉片內(nèi)水分減少使水勢降低，進而向下汲取樹干木質(zhì)部內(nèi)的水分；最終，植物葉面的蒸騰拉力在植物內(nèi)部逐層向下傳遞至根系處，再經(jīng)由植物根系從土壤中汲取水分。

1.2 植被影響的衡量指標

地下水位下降與土壤水基質(zhì)勢變化的關系如圖2所示。山嶺隧道建設會改變地下水滲流場，嚴重時會疏干地下水，并可能導致植物缺水凋萎[21-22]。水位較低時，表土中的水分與地下水的聯(lián)系被切斷而成為上層滯水，且因土壤蒸發(fā)、根系吸水等因素而逐漸減少，導致根系從土壤中獲取水分逐漸困難。當土壤水分減少至一定程度后，土壤孔隙間毛細水連接斷開，植物根系在其與土壤顆粒的接觸界面上無法獲得水分[23]，此狀態(tài)稱為永久凋萎。

為定量描述植物根系從土壤中獲取水分的“困難程度”，引入土壤水基質(zhì)勢的概念[19]。土壤水基質(zhì)勢反映了土壤抵抗重力、蒸發(fā)、根系吸水而持有水分的能力[24]。植物根系吸水可以直觀地理解為植物利用根系水勢(根系持水能力)“克服”土壤水基質(zhì)勢而從土壤中“爭搶”水分的過程[25]，這一過程將引起包氣帶土壤水基質(zhì)勢發(fā)生變化。相較于含水量，土壤水基質(zhì)勢h作為土壤水分指標具備數(shù)值穩(wěn)定、概念直觀的優(yōu)點[25]： 1)同一植物在給定基質(zhì)勢的不同土質(zhì)中可獲得的土壤水分相近； 2)基質(zhì)勢與植物葉水勢關系顯著，且對同一植物保持穩(wěn)定； 3)根系吸水主要由土壤水勢與根水勢的差值決定。

1.3 植被生態(tài)危險狀態(tài)判據(jù)

當根系—土界面上某點的基質(zhì)勢下降到永久凋萎點hw時，根系將無法繼續(xù)從該點處獲取水分，因此可以用hw來代表根系的生態(tài)危險狀態(tài)，表述為植物生態(tài)危險狀態(tài)判斷準則1(局部判據(jù))： 根系附近任意位置土壤水基質(zhì)勢低于hw，該處根系進入生態(tài)危險狀態(tài)。

hw實際上反映了植物蒸騰的臨界水勢，但植物并不會因為根系區(qū)某一點達到hw而整體進入生態(tài)危險狀態(tài)。試驗表明，植物根系部分干燥時，蒸騰作用雖然被抑制[26]，但植被仍能正常存活。

當?shù)叵滤唤档秃?，植物根系區(qū)基質(zhì)勢分布會逐步變化，達到hw的根系區(qū)域也逐漸擴大，即根系會動態(tài)凋萎。隨著根系凋萎區(qū)域的擴展，植被整體的生態(tài)危險程度逐步加深，最終造成不可逆的枯死，其臨界狀態(tài)對一維根系可表示為

Lw/Lt≥Le/Lt

[19]。

(2)

式中：Lw為根系—土界面上土壤水基質(zhì)勢達到hw的根系長度，簡稱根系凋萎長度；Lt為根系總長度；Le為有效根系深度，表示植物獲取大部分水分的根區(qū)部分。

上部為隧道排水引起地下水位降低后，根系附近毛細水連接斷開；中部為土壤水分消耗后水勢的變化(θvfc為田間持水量，θw為永久凋萎含水量)；下部為隧道排水前后，植物根系的動態(tài)凋萎(Wf為濕潤鋒深度)。

滿足式(2)的狀態(tài)即為植物整體的生態(tài)危險狀態(tài)，表述為植物生態(tài)危險狀態(tài)判斷準則2(整體判據(jù))：當植物一定比例長度的根系進入生態(tài)危險狀態(tài)時，植物整體即進入生態(tài)危險狀態(tài)。

2 植被影響分析的TSPAC模型

2.1 TSPAC模型簡介

如圖1所示，SPAC系統(tǒng)中的水分運移包括表土內(nèi)的包氣帶滲流、土壤-植物間的根系吸水、植物-大氣間的葉面蒸騰、土壤-大氣間的土壤蒸發(fā)與大氣降水等過程[27]。傳統(tǒng)的SPAC模型將地下水視作整個系統(tǒng)的下部邊界，對地下水系統(tǒng)內(nèi)部的滲流場變化描述較少，沒有考慮地下工程建設對地下水滲流場、地下水位的影響，因而，傳統(tǒng)的SPAC模型難以刻畫隧道排水對地表植被的影響。

本文基于SPAC系統(tǒng)建立了隧道-土壤-植被-大氣連續(xù)體(tunnel-soil-plant-atmosphere continuum, TSPAC)模型，在SPAC系統(tǒng)水分運移過程的基礎上進一步考慮隧道-地下水滲流場、地下水-包氣帶間的水分運移。TSPAC模型包含3個子模型： 大氣模型、土壤與植被模型、地下水滲流模型。與傳統(tǒng)SPAC模型的不同之處在于： TSPAC模型在SPAC系統(tǒng)中引入地下水滲流模型，通過地下水滲流模型分析隧道排水引起的地下水位變化情況，隨后將觀測點處變化的地下水位輸入一維非飽和滲流模型(土壤與植被模型)中作為可變水頭的下邊界條件。結合大氣模型施加的代表地表能量和水分限制的上邊界條件，土壤與植被模型通過求解Richards方程得到根系區(qū)域土壤水勢變化，反映植物的動態(tài)凋萎過程，并依據(jù)植被生態(tài)危險狀態(tài)判據(jù)判斷其生態(tài)狀態(tài)。TSPAC分析模型各部分的耦合方法和分析流程如圖3所示。

2.2 土壤與植被模型

植物生態(tài)影響指標與其危險狀態(tài)判斷均基于土壤水基質(zhì)勢，因此，分析的核心在于計算根系區(qū)基質(zhì)勢h的分布。利用式(3)的Richards方程可以對非飽和土壤滲流進行描述。

(3)

式中：θ為土壤體積含水量；t為時間；K(h)為非飽和導水率；h為土壤水基質(zhì)勢；z為距離重力勢基準面高度；S為源匯項。

為求解式(3)，需要建立θ-h、K-h、S-h之間的關系。利用Mualem-Van Genuchten模型來描述θ-h、K-h的關系，如式(4)—(6)所示。

(4)

(5)

(6)

式(4)—(6)中：θr、θs分別為殘余含水量和飽和含水量；Ks為飽和導水率；Se為有效飽和度；l為孔隙連通參數(shù)，對于大多數(shù)土層可以設置為0.5；α、n為滯水曲線θ-h的形狀參數(shù)；m為土壤吸濕、脫濕曲線的關系，m=1-1/n(n>1)[28]。

圖3 隧道建設對植被影響的TSPAC模型耦合方法與分析流程

利用Feddes模型[29]描述根系吸水S-h關系，如式(7)—(10)所示。

S(h)=α(h)Sp(z)

。

(7)

(8)

(9)

(10)

式(7)—(10)中：α(h)為水分脅迫響應函數(shù)；Sp(z)為根系潛在吸水速率；hw

2.3 大氣模型

大氣模型為土壤與植被模型的式(4)提供上邊界條件，包括表示能量限制的潛在蒸發(fā)Ep、蒸騰Tp，以及表示水量限制的大氣降水P。其中，P由氣象資料獲得，潛在蒸發(fā)蒸騰ETp(即Ep+Tp)的估算可以基于陸面能量平衡與湍流通量轉換關系，如采用Penman-Monteith方法、Kimberly-Penman方法、Priestley-Taylor方法[30]。

目前，利用Penman-Monteith方法估算ETp的應用較為廣泛，其標準主要有2種： 聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)提出的FAO No.56[31]和美國土木工程師協(xié)會(ASCE)提出的ASCE Manual70[32]。2種標準均采用2步法(如圖4所示)： 首先根據(jù)日輻射、溫濕度、風速等數(shù)據(jù)計算標準化潛在蒸發(fā)蒸騰量ETsz； 再根據(jù)植物生長特性、密集程度、灌溉條件、氣候狀況等因素計算作物系數(shù)Kc在各生長階段的曲線，根據(jù)式(11)計算植物潛在蒸發(fā)蒸騰量ETp。

ETp=Kc×ETsz

。

(11)

圖4 大氣模型計算流程圖

在獲得ETp后，將其劃分為植物潛在蒸騰Tp和土壤潛在蒸發(fā)Ep，可以根據(jù)植物冠層對光照的阻截比例劃分，利用基于比爾-郎伯光吸收定律(式(12))進行描述。

(12)

式中：k為消光系數(shù)，與太陽角度、植被分布、葉面特征有關，經(jīng)驗值取0.50～0.75； LAI為葉面積指數(shù)，可由田間測量或遙感反演方式獲得。

2.4 地下水滲流模型

地下水滲流模型為土壤與植被模型的式(3)提供下邊界條件，可以由實測數(shù)據(jù)或數(shù)值計算獲得地下水位分布。滲流控制方程如式(13)所示，其定解條件如式(14)所示。

(13)

(14)

式中：μs為儲水系數(shù)；H為水頭；K為非均質(zhì)含水層的滲透系數(shù)(飽和導水率)；H0為初始地下水分布；B1、B2分別為第1類和第2類邊界；Hfixed(t)為B1上已知的水頭函數(shù)；q(t)為B2上滲流速度函數(shù)。

3 工程應用

3.1 工程與環(huán)境概況

明堂山隧道是岳武高速(安徽岳西至湖北武漢)上的特長隧道，位于大別山腹地，隧道軸線方向為266°～272°，隧道左線全長為7 548 m，右線全長為7 531 m，最大埋深約為548 m，最小埋深為322 m，平均埋深為435 m。隧址區(qū)附近地形為東西向懸崖組成的凹谷，地形變化可分為3臺階： 較低(海拔低于300 m)、中等(海拔300～800 m)、較高(海拔800 m以上)。隧址區(qū)附近地質(zhì)情況為第四紀覆蓋層較薄且有機質(zhì)含量高，全風化層較厚，含水層破碎嚴重，下伏基巖主要為中等風化的花崗巖和片麻巖，發(fā)育有3條主要斷裂帶。

明堂山地區(qū)氣候為亞熱帶濕潤氣候，年平均降水量為1 452.2 mm(1976—2004年)，年平均溫度為14.5 ℃(1957—2004年)。植物生態(tài)影響研究區(qū)域為隧址區(qū)附近約180 km2的流域范圍，該范圍內(nèi)主要植被類型為杉木、毛竹、馬尾松、黃山松、灌木林以及農(nóng)作物，農(nóng)作物包括水稻、玉米、茶葉等，隧道與高速公路連接處分布的農(nóng)田主要為水稻田。鉆探結果表明，表土主要為粉土、粉質(zhì)黏土和軟塑性黏土，厚度為0.5～2.1 m，土壤母質(zhì)由全風化片麻巖和較薄粉質(zhì)黏土層的殘余黏土礦物組成，表土厚度可達20 m。隧道工程與環(huán)境參數(shù)見表1和表2。

表1 隧道工程參數(shù)

表2 環(huán)境參數(shù)

3.2 分析過程

土壤與植被模型在Hydrus 1D中利用有限單元法求解一維Richards方程獲得根系區(qū)土壤水基質(zhì)勢分布。

大氣模型的植物潛在蒸發(fā)蒸騰量ETp在Python中編程計算，采用ASCE Manual70推薦的日時間尺度草地型亞熱帶植物公式計算標準潛在蒸發(fā)蒸騰量ETsz，作物系數(shù)Kc按照FAO 56推薦的四生長階段線性插值方法確定。

地下水滲流模型在Modflow中利用有限差分法求解三維滲流方程獲得地下水位分布，對隧道附近長12 km、寬15 km的區(qū)域進行分析，通過網(wǎng)格尺寸的變化反映從隧道到流域的尺度變化，在隧道表面設置排水節(jié)點模擬隧道內(nèi)部的零壓力和排水條件[2]。

3.3 分析工況

選取隧道附近杉木林和水稻田分析隧道建設對該位置附近植物的生態(tài)影響。地下水滲流模型數(shù)值模擬[2]與現(xiàn)場監(jiān)測結果表明，明堂山隧道開挖排水后，該位置附近地下水位由地面以下1.2 m下降至15 m，隨后地下水位逐漸補給恢復，并穩(wěn)定在地面以下7.5 m。

為探究地下水位變化、大氣條件與土質(zhì)對植物生存狀態(tài)的影響，分別對分層土和等效均質(zhì)土分析以下工況：

1)隧道排水前，地下水位保持初始狀態(tài)1.2 m時，上邊界為大氣邊界；

2)隧道排水后，地下水位保持穩(wěn)定水位7.5 m時，上邊界為大氣邊界；

3)、4)地下水位分別以較快速度(46 cm/d)、較慢速度(30 cm/d)從初始水位1.2 m處下降至最低水位15 m，上邊界取為均勻分布的Ep、Tp、P定通量邊界。

3.4 模型參數(shù)

3.4.1 土壤與植被模型參數(shù)

分別取上層1.2 m和7.5 m的一維土柱作為土壤與植被模型分析區(qū)域，土壤水分關系采用Mualem-Van Genuchten模型(包含-2 cm進氣值)，不考慮吸濕、脫濕滯后性，土層與土壤水分特征參數(shù)如表3所示。

表3 土層與土壤水分特征參數(shù)

15 m土層斷面的垂向等效飽和導水率為2.189 cm/d，接近粉質(zhì)黏壤土的平均值，因此，以粉質(zhì)黏壤土建立均質(zhì)土層模型與實際的分層土做對比。根系吸水采用式(7)—(10)的Feddes模型，根長密度可表示為：

(15)

式中：b為根系分布形狀參數(shù)；Ravg為平均根系密度。

不同栽培方式、生長年限的杉木根系最大深度為0.4～1.5 m[35-36]，取根系長度為0.7 m； 水稻根系最大深度為0.5～1 m[32]，取根系長度為0.5 m[37]。2種植物均采用中等密度的植物根系參數(shù)，根系吸水與分布參數(shù)如表4所示。根據(jù)既有試驗數(shù)據(jù)[38]，假設研究區(qū)內(nèi)植物根系獲取的70%水分來源于根系最上部的50%，取有效根系深度Le為50%的根系總長度。

表4 根系吸水與分布參數(shù)

3.4.2 大氣模型參數(shù)

杉木的生長期為2—11月，可分為5個生長階段： 萌動期(2月上旬至3月中旬)、生長初期(3月下旬至5月中旬)、生長盛期(5月中旬至10月中旬)、生長末期(10月下旬至11月下旬)、休眠期(12月下旬至次年2月下旬)[37]。不考慮休眠期，取2013年2月5日—2013年11月25日的氣象數(shù)據(jù)，共294 d。水稻的生長期為5月至10月[31]，取2013年5月1日—2013年9月30日的氣象數(shù)據(jù)，共153 d。潛在蒸發(fā)蒸騰量進行劃分時，消光系數(shù)k取0.6。杉木生長期內(nèi)大氣邊界通量與降水情況如圖5所示。水稻生長期的第83～102天內(nèi)作物生長旺盛但無降水，屬于干旱期，考慮到水稻生長特性，安排在第88天和第96天進行人工灌溉，每次灌溉40 mm，灌溉占總水量補給的8.1%。2種植物的大氣模型參數(shù)見表5。

3.4.3 地下水滲流模型參數(shù)

滲流模擬區(qū)域內(nèi)主要巖性為片麻巖和花崗巖，通過對原位鉆孔數(shù)據(jù)進行克里金插值獲得空間巖性分布，利用異位數(shù)據(jù)擬合估算該地區(qū)巖層滲透系數(shù)與深度的變化關系[2]。

圖5 杉木生長期內(nèi)大氣邊界通量與降水情況

表5 大氣模型參數(shù)

3.5 分析結果與討論

各工況下杉木根系區(qū)土壤水基質(zhì)勢分布如圖6所示。對工況1和工況2選取了缺水較為嚴重情形的分析結果。地下水位降低后，各工況下水稻根系區(qū)土壤水基質(zhì)勢分布如圖7所示。

3.5.1 地下水位影響

地下水位由1.2 m初始水位降低至7.5 m后，杉木與水稻根系區(qū)土壤水基質(zhì)勢變化見圖6和圖7中工況1和工況2。杉木根系區(qū)最大凋萎長度為22 cm，占根系長度的31%； 水稻根系區(qū)最大凋萎長度為23 cm，占根系長度的46%?？紤]到水稻生長高度依賴于農(nóng)業(yè)灌溉，若進行少量灌溉，則最大凋萎長度降低至9 cm，占根系總長度的18%。因此，根據(jù)植物生態(tài)危險狀態(tài)整體判據(jù)，該處植被未進入生態(tài)危險狀態(tài)。

地下水下降速度對土壤剖面基質(zhì)勢分布的影響見圖6中工況3和工況4。地下水以較快速度(46 cm/d)下降，14 d后水位降低至7.64 m，基質(zhì)勢最大值為82.9 cm； 以較慢速度(30 cm/d)下降，21 d后水位降低至7.5 m，基質(zhì)勢最大值為97.2 cm，即水位下降至相同深度時，慢速下降工況的基質(zhì)勢較大(較干旱)。地下水位降低后，基質(zhì)勢的變化響應有一定的滯后性，隨著上層滯水的逐漸消耗，土壤剖面基質(zhì)勢逐步增大，當水位降低至相同深度時，慢速降低工況由于經(jīng)歷了更長時間，基質(zhì)勢對水位變化的響應更加充分，因此基質(zhì)勢相對較大。

(a) 分層土工況1

(b) 均質(zhì)土工況1

(c) 分層土工況2

(d) 均質(zhì)土工況2

(e) 分層土工況3

(f) 分層土工況4

由于基質(zhì)勢對地下水位變化響應的滯后性，根系的凋萎同樣是逐步發(fā)展的，植物并不會因為地下水降低超過某一深度后立即發(fā)生整體凋萎。

由圖6中工況3和工況4可知，土壤水基質(zhì)勢變化不是均勻的，地下水位勻速下降，但基質(zhì)勢的變化存在一定差異。第7～14天內(nèi)根系區(qū)基質(zhì)勢的變化顯著大于其他時間段，即地下水位在3.3～5.4 m間變化所引起的基質(zhì)勢變化較大。

3.5.2 大氣條件影響

地下水位降低前后，杉木與水稻在整個生長期中生態(tài)最危險情況分別發(fā)生在其生長期的第187天和第102天，實際均為2013年8月11日(見圖6和圖7中工況1和工況2)，此時潛在蒸發(fā)蒸騰達到峰值，作物生長旺盛，但已有約20 d無降水，根系區(qū)域表層水分迅速減少，因此植物逐漸逼近生態(tài)危險狀態(tài)。2種植物在地下水位改變前后的極限狀態(tài)均出現(xiàn)在降水較少、生長旺盛的8月中旬，這表明該地區(qū)植物生存狀態(tài)除受地下水位影響外，大氣條件也是重要的控制因素。

(a) 分層土工況1

(b) 分層土工況2

(c) 分層土少量灌溉

3.5.3 土質(zhì)影響

各種工況下，植被在具有垂向等效滲透性的均質(zhì)土中均表現(xiàn)出略強的凋萎抵抗性，見圖6(b)和圖6(d)。在不考慮土壤的吸濕、脫濕曲線滯后性時，等效均質(zhì)土根系區(qū)的基質(zhì)勢變化規(guī)律與實際的分層土類似，最大凋萎深度接近。

3.5.4 植被差異影響

地下水位降低后，杉木根系最大凋萎長度增加了17 cm，占根系總長的24%；水稻根系最大凋萎長度增加了8 cm，占根系總長的16%，且水稻根系在干旱期內(nèi)進行少量灌溉后最大凋萎長度減小至9 cm，小于地下水位下降前無灌溉的工況。樹木(杉木)受地下水位影響較大，農(nóng)作物(水稻)更依賴于人工灌溉。

4 結論與討論

為研究隧道建設對地表植被的影響，在SPAC基礎上引入隧道因素，建立TSPAC分析模型，提出通過植物根系區(qū)土壤水基質(zhì)勢的變化反映植物的凋萎過程，在土壤與植被模型的Richards方程中考慮地下水環(huán)境和大氣環(huán)境的影響，獲得根系區(qū)土壤水基質(zhì)勢的動態(tài)分布，并據(jù)此判斷隧道建設對地表植被的影響。

1)土壤水基質(zhì)勢是土壤持水能力的物理指標，植物根系區(qū)域的土壤水基質(zhì)勢反映了根系從土壤中獲取水分的難易程度，進而表征植被的生態(tài)狀態(tài)。

2)地表植被的生存狀態(tài)不僅與地下水環(huán)境相關，同時與大氣條件、土壤性質(zhì)與組成、人工灌溉、植物種類等因素密切相關，衡量隧道建設對地表植被的影響需要在TSPAC整體框架中進行分析。

將TSPAC分析方法應用于安徽大別山區(qū)明堂山隧道，分析隧道建設對地表植被的影響，結論如下：

1)根系區(qū)域土壤水基質(zhì)勢對地下水位、大氣變化的響應存在滯后性、非均勻性，植物的凋萎是漸進、動態(tài)的過程，植被不會因為外界條件的改變立即枯死。

2)在該地區(qū)大氣條件控制下，地下水位及其降低速度對植被生存狀態(tài)的影響較小。

3)明堂山隧道建設對附近地表植被生態(tài)威脅較小，該地區(qū)樹木(杉木)受地下水位影響較大，農(nóng)作物(水稻)受人工灌溉影響較大。

本文提出的TSPAC方法可分析地表某一位置處植被受隧道排水的影響，下一步研究擬建立地下水、土壤與植被耦合分析模型，將TSAPC方法應用到流域尺度，分析隧道排水對流域內(nèi)植被的整體影響。