巖溶山區(qū)隧道地下水漏失對植物生長的影響分析及對策

王芳其, 鄭　煒, 徐　華, 陳劍楠

(1. 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司, 重慶　400067; 2. 公路隧道建設(shè)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室,重慶　400067; 3. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院, 四川 成都　610031)

0　引言

隧道建設(shè)及運(yùn)營期間經(jīng)常發(fā)生涌水突泥等災(zāi)害，部分工程技術(shù)人員長期以來認(rèn)為堵不如疏，忽視了對生態(tài)環(huán)境的影響，造成了地下水的大量流失，影響了隧道區(qū)的地下水平衡[1-2]。尤其是在巖溶巖(石灰?guī)r、白云巖和石膏等)地區(qū)，溶洞、落水洞和發(fā)育明顯的巖溶管道都可能造成涌水事故[3]。地下水與天然植被之間有著復(fù)雜的關(guān)系，它涉及水分、土壤和植被等相互之間的動態(tài)平衡。當(dāng)?shù)叵滤粐?yán)重下降時，地下水對植物需水貢獻(xiàn)極小，甚至不起作用[4]。在這種情況下，植物的生長受到影響，相應(yīng)的植物群落也可能發(fā)生變化[5]。

在巖溶山區(qū)隧道建設(shè)過程中,地下水漏失造成居民生活用水困難、植被生長受到影響的情況時有發(fā)生。目前，因隧道建設(shè)造成地下水漏失影響地表生態(tài)環(huán)境的研究較少，且各項(xiàng)研究結(jié)論之間存在較大差異，尤其是對巖溶地區(qū)的植被影響尚不清楚。國內(nèi)外現(xiàn)有研究大多基于地下水監(jiān)測、土壤水分布、遙感和地理信息系統(tǒng)等研究方法[6-11]。劉紅位[7]基于慈母山隧道附近土壤水分布規(guī)律及大氣降雨情況，認(rèn)為隧道涌水導(dǎo)致地下水流失對非高耗水植物的影響較??；楊長健[8]選取雪峰山隧道隧址區(qū)內(nèi)外的灌木和闊葉植物，掐除枝上嫩葉后觀察新的嫩葉生長情況，研究結(jié)果認(rèn)為隧道建設(shè)引起的地下水位下降對植物生長有重要影響。上述研究時間跨度較小，地下水位和植物生長情況之間相關(guān)性有待考量，沒有指出地下水漏失對植物生長的具體影響程度。

本文以馬尾松和杉木的樹木年輪為觀察對象，針對巖溶地區(qū)隧道工程對周邊植物生長的影響進(jìn)行了長期監(jiān)測與綜合分析，闡明隧道地下水漏失與植物生長的關(guān)系，以期為隧道區(qū)地下排放量控制及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)。

1　工程概況及研究方案

1.1　工程概況

中梁山山脈位于重慶市區(qū)西部，其南段被近東西流向的長江在小南海附近橫切，北段被北西東至南東向流向的嘉陵江在北碚附近橫切，兩江之間的中梁山稱為中梁山主城段，長約50 km，由北至南涉及北碚區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)及大渡口區(qū)。本文選擇穿越中梁山山脈通向重慶市區(qū)西部的3條重疊相交隧道： 襄渝鐵路中梁山隧道(1968年修建)、渝遂高速公路大學(xué)城隧道(2004年修建)和成渝客專鐵路歌樂山隧道(2010年修建)作為地下水漏失對生態(tài)環(huán)境影響及植被調(diào)研基地。中梁山山脈及3條隧道的重疊相交關(guān)系如圖1所示。

(a)12條隧道橫穿中梁山山脈(b)中梁山山脈與3條隧道的重疊相交關(guān)系

圖1依托工程地理位置

Fig. 1Geographic locations of tunnels

3條隧道橫穿中梁山山脈中部，地形受構(gòu)造及巖層控制(見圖2)，其工程概況及涌水情況見表1。按地層巖性的地質(zhì)類型和特征可將隧址區(qū)內(nèi)巖性組段劃分為6個類型：

1)堅(jiān)硬的塊狀砂巖類型，主要為須家河組(T3xj)的厚層狀中—粗粒砂巖夾薄層泥、粉砂巖，分布于觀音峽背斜兩翼；

2)軟質(zhì)—堅(jiān)硬的層狀泥巖夾砂巖類型，主要為珍珠沖組(J1z1)的泥頁巖、粉砂巖夾中粗粒砂巖，厚層狀，分布于背斜兩翼；

3)軟質(zhì)的層狀泥巖巖類，主要為下沙溪廟組(J2xs)地層，巖性以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，夾中—厚層狀和厚層狀砂巖，分布于背斜兩翼；

4)軟質(zhì)的薄層狀泥頁巖巖類，主要為龍?zhí)督M(P2l)、飛仙關(guān)組(T1f2)、自流井組(J1-2z)和珍珠沖組(J1z2)地層，巖性為粉泥巖、鈣質(zhì)泥巖、頁巖夾粉砂巖和砂巖，巖層層理發(fā)育，以薄層狀構(gòu)造為主，分布于背斜兩翼及核部；

5)堅(jiān)硬的弱巖溶化巖類，主要為飛仙關(guān)組(T1f1、T1f3)、嘉陵江組(T1j1)和雷口坡組(T2l)地層，巖性為灰?guī)r、白云巖、生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和角礫狀灰?guī)r；

6)堅(jiān)硬的強(qiáng)巖溶化巖類，主要為茅口組(P1m)、長興組(P2c)和嘉陵江組(T1j2+3+4)地層，巖性為塊狀灰?guī)r、白云巖夾泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、微晶灰?guī)r和巖溶角礫巖，分布于背斜兩翼及核部。

觀音峽背斜核部主要為T1f地層，其中，第1、3段為巖溶含水層，第2、4段均為隔水層，阻擋了巖溶水與核部兩側(cè)嘉陵江組和雷口坡組地下水的聯(lián)系。在中梁山山體兩側(cè)為T3xj與J地層構(gòu)成的隔水層，決定了中梁山地下水的徑流區(qū)域主要為東、西兩槽谷的可溶巖層位。

圖2　地形及地層剖面圖

　　　隧道長度/m設(shè)計(jì)高程/m施工、貫通、運(yùn)營時間防排水設(shè)計(jì)施工及運(yùn)營期涌水情況襄渝鐵路中梁山隧道3 985　301(進(jìn)口),284(出口)　1968-01—1975年臨時運(yùn)營,1978年正式交付運(yùn)營以排為主　平常涌水量163.6 L/s,最大涌水量626.2 L/s,1984年之后雨后涌水量約115.7 L/s　渝遂高速公路大學(xué)城隧道　3 863(左線),3 860.62(右線)　306(進(jìn)口),305(出口)　2004-01—2005-02施工以堵為主、限量排放　平常涌水量112.0 L/s,最大涌水量376. 2 L/s,運(yùn)營期平常涌水量約57.9 L/s　成渝客專鐵路歌樂山隧道4 124　323(進(jìn)口),275(出口)　2010-10—2014-04貫通以堵為主、限量排放　不采取措施前提下,預(yù)測平常涌水量219.4 L/s,最大涌水量658.1 L/s;進(jìn)行堵水后,預(yù)測平常涌水量21.9 L/s

1.2　研究思路及方案

為了研究隧道建設(shè)對樹木生長的影響，在隧道區(qū)(影響區(qū))和對照區(qū)(非影響區(qū))分別設(shè)置了樣地，隧道區(qū)樣地和對照區(qū)樣地設(shè)置見圖3。

圖3　隧道區(qū)樣地和對照區(qū)樣地設(shè)置

隧道區(qū)樣地設(shè)置于3座隧道正上方區(qū)域的東側(cè)山嶺，在由3座隧道軸線框成的約0.65 km2梯形范圍內(nèi)，按海拔和水文地質(zhì)類型劃分2條樣線，一條海拔為350～450 m，是須家河組地質(zhì)類型，坡度較大，為35°左右，樣地編號X線，樣線X長約1.2 km；另一條海拔為500～550 m，是雷口坡組及雷口坡與須家河組交界區(qū)地質(zhì)類型，樣地編號XL線，樣線XL長約1 km。在隧道區(qū)每條樣線上按兩端、中間設(shè)置樣地，兩線共選擇了7個樣地(見圖3)。在7個樣地均采集到馬尾松樣品，但只在5個樣地采集到杉木樣品，X4、XL5沒有杉木。

對照區(qū)樣地設(shè)置于隧道區(qū)南側(cè)約3 km，在隧道影響區(qū)以外，與隧道區(qū)樣地所在坡面均向東偏南，屬半陽坡，對照區(qū)樣地DX和DXL分別與隧道區(qū)樣地線X、XL位于同一海拔上，在對照區(qū)樣地采集到杉木和馬尾松樣品，對照區(qū)和隧道區(qū)樹種基本相同，樹間競爭也處于相近水平；同時，降水、氣溫、濕度大體屬區(qū)域性因素，隧道區(qū)和對照區(qū)處于相同區(qū)域，因此，影響樹木年輪的各項(xiàng)因素基本一致，故對照區(qū)馬尾松和杉木的年輪可作為隧道區(qū)馬尾松和杉木年輪的對照組。

2　隧道工程對地下水漏失及地表環(huán)境的影響

2.1　襄渝鐵路中梁山隧道

襄渝鐵路中梁山隧道建設(shè)于20世紀(jì)70年代，采取了“以排為主”的設(shè)計(jì)原則。襄渝鐵路中梁山隧道影響范圍： 東槽谷北側(cè)影響范圍約2.3 km，南側(cè)約2 km；西槽谷北側(cè)影響范圍約1.5 km，南側(cè)約2 km。襄渝鐵路中梁山隧道出現(xiàn)的大涌水分別是在1970年左右的施工初期(涌水量大于10 000 m3/d)以及1980年左右的運(yùn)營初期(涌水量達(dá)到54 100 m3/d)，目前洞內(nèi)流出的地下水雨后流量在10 000 m3/d左右。在隧道建成后，西槽谷自玄降寺—宋家溝水位下降12 m，東槽谷自童家花園—打靶場水位下降10.2 m[12-13]。

2.2　渝遂高速公路大學(xué)城隧道

2004年1月，渝遂高速公路大學(xué)城隧道動工，其防排水原則是“以堵為主、限量排放”。隧道施工初期涌水量較大，達(dá)115.7 L/s以上，至2007年涌水量逐漸減小到57.8 L/s左右，目前洞內(nèi)地下水流量在57.8 L/s左右。在該隧道修建之前，槽谷區(qū)淺部巖溶水的地下水位埋深在20 m左右，裂隙含水巖組的基巖裂隙水位埋深在5 m以下，但局部上層覆蓋有風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水，埋深為2～5 m。渝遂高速公路大學(xué)城隧道對地下水的影響范圍約為南北方向各2 km內(nèi)。

2.3　成渝客專鐵路歌樂山隧道

歌樂山具有巖溶形態(tài)種類豐富且數(shù)量多、分布廣的特點(diǎn)[14-15]。依據(jù)張海坦等[16]的記載，歌樂山發(fā)現(xiàn)落水洞58處、漏斗23處、天窗11處，與地下暗河相通。由于成渝客專鐵路歌樂山隧道采取“以堵為主、限量排放”的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行堵水后預(yù)測平常涌水量約為21.9 L/s，相比不采取堵水措施前提下預(yù)測的平常涌水量219.4 L/s及最大涌水量658.1 L/s已非常小。成渝客專鐵路歌樂山隧道在東翼槽谷北面已影響到隧道以北約4 km左右，南面則影響到隧道以南6 km左右；在西翼槽谷北面影響到隧道以北3 km附近，南面已影響到隧道以南3 km左右。東槽谷的影響程度明顯高于西槽谷。

3　隧道影響區(qū)域內(nèi)典型植物生長情況監(jiān)測

本文針對隧道影響區(qū)域內(nèi)馬尾松及杉木的生長情況進(jìn)行分析。馬尾松具有耐干旱的特點(diǎn)，一半生存在年降水量800 mm以上地區(qū)，其根系有很強(qiáng)的向水性，可在干旱土層中形成巨大的垂直根系，向深處吸收水分。杉木喜溫暖濕潤，怕旱，適宜生存在年降水量800～2 000 mm的氣候條件。

在隧道區(qū)的42株馬尾松中，樹齡最大的是1955年的樹木，最小的是1988年的樹木；對照區(qū)的25株馬尾松中，樹齡最大的是1951年的樹木，最小的是1985年的樹木。杉木的樹齡普遍較馬尾松要小，隧道區(qū)除1株杉木為1967年的樹木外，其余32株杉木中，樹齡最大的是1970年，最小的是2001年；對照區(qū)的15株杉木，樹齡最大的是1981年，最小的是1998年。

為了突顯地下水的影響，篩選出3座隧道引起的地下水突然大量漏失的幾個時段，分別是襄渝鐵路中梁山隧道施工前期、施工后期和運(yùn)營初期，渝遂高速公路大學(xué)城隧道施工期，成渝客專鐵路歌樂山隧道施工期。以這5個時期為節(jié)點(diǎn)，并盡量使各時期的年限基本相同，將馬尾松、杉木生長時間歸并為9個時期，計(jì)算各樹木9個時期的樹輪寬度均值。馬尾松和杉木各時期的樣品數(shù)目見表2。

表2　馬尾松和杉木各時期的樣品數(shù)目

注： 1)表中隧道用所在公路/鐵路簡稱代表； 2)表中每個時期具備有效樹輪寬度的樣品數(shù)目包含了上一時期的樣品數(shù)目。

3.1　馬尾松生長情況監(jiān)測

3.1.1經(jīng)歷周期1—9的馬尾松

1)該類馬尾松在襄渝鐵路中梁山隧道建設(shè)前就已定植，完整經(jīng)歷了3個隧道的大涌水。隧道區(qū)共有12株，通過對其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有11株具有相同的生長變化趨勢，按各周期樹輪寬度制成生長曲線,見圖4。

由圖4可見，所有馬尾松的生長曲線均有一個明顯兩頭高中間低的寬凹谷形狀。從周期3開始，生長速率開始衰退，樹輪寬度降低幅度平均達(dá)71.4%；在周期4—6時均處在低谷期，低谷期長達(dá)15年之久；從周期6以后開始回升，雖然在周期8—9時有4株馬尾松呈生長衰退狀態(tài)，但總體趨勢是上升，只是至今所有馬尾松都未恢復(fù)到周期3衰退前的最高生長水平。

圖4　隧道區(qū)11株經(jīng)歷周期1—9的馬尾松生長曲線

Fig. 4Growth curves of 11 Masson pines from 1 to 9 periods in tunnel area

2)對照區(qū)有11株經(jīng)歷了全周期的馬尾松，其生長曲線見圖5。由圖5可知： 對照區(qū)所有馬尾松的生長曲線較平緩，沒有出現(xiàn)與隧道區(qū)一樣的寬凹谷形狀；與隧道區(qū)曲線較相似的是普遍從周期7—9呈現(xiàn)上升趨勢，僅在最后的周期8—9，有2株馬尾松呈生長衰退狀態(tài)。

圖5　對照區(qū)11株經(jīng)歷周期1—9的馬尾松生長曲線

Fig. 5Growth curves of 11 Masson pines from 1 to 9 periods in controlled experiment area

3.1.2經(jīng)歷周期2—9的馬尾松

1)周期2—4是襄渝鐵路中梁山隧道出現(xiàn)大涌水的時期，經(jīng)歷周期2—9的馬尾松樣本，在生長初期受到襄渝鐵路中梁山隧道大涌水的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這種馬尾松樣本在隧道區(qū)有10株，通過對其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有8株的生長變化趨勢較一致，其生長曲線見圖6。

圖6　隧道區(qū)8株經(jīng)歷周期2—9的馬尾松生長曲線

Fig. 6Growth curves of 8 Masson pines from 2 to 9 periods in tunnel area

由圖6可見： 所有馬尾松在周期4—5都呈生長衰退狀態(tài)，樹輪寬度從周期4的平均2 165 μm下降到周期7的1 224 μm，下降幅度達(dá)43.5%；在周期7—9，所有馬尾松又呈整體上升趨勢，有1株在周期8—9時有微小的衰退，回升后的最終生長量，有2株較衰退前的生長量更高。

2)對照區(qū)有4株經(jīng)歷了周期2—9的馬尾松樣本，其生長曲線見圖7。由圖7可知： 所有馬尾松在周期4—5的變化趨勢與隧道區(qū)正好相反；而在周期7—9沒有明顯變化趨勢。

圖7　對照區(qū)4株經(jīng)歷周期2—9的馬尾松生長曲線

Fig. 7Growth curves of 4 Masson pines from 2 to 9 periods in controlled experiment area

3.1.3經(jīng)歷周期5—9的馬尾松

1)經(jīng)統(tǒng)計(jì)，隧道區(qū)有18株經(jīng)歷周期5—9的馬尾松，它們僅經(jīng)歷了渝遂高速公路大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道的大涌水，通過對其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有13株有較一致的生長變化趨勢，其生長曲線見圖8。

圖8　隧道區(qū)13株經(jīng)歷周期5—9的馬尾松生長曲線

Fig. 8Growth curves of 13 Masson pines from 5 to 9 periods in tunnel area

由圖8可知: 在周期8—9，所有的馬尾松呈現(xiàn)生長衰退狀態(tài)，衰退幅度平均達(dá)到23.9%，樹輪寬度從周期8的平均2 659 μm下降到周期9的2 023 μm。

2)對照區(qū)有10株僅經(jīng)歷渝遂高速公路大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道大涌水的馬尾松，其生長曲線見圖9。由圖9可知，在周期8—9，所有馬尾松的變化趨勢與隧道區(qū)正好相反。

圖9　對照區(qū)10株經(jīng)歷周期5—9的馬尾松生長曲線

Fig. 9Growth curves of 10 Masson pines from 5 to 9 periods in controlled experiment area

3.1.4不同樣線、樣地上的馬尾松

本研究從隧道區(qū)每個樣地采得的樣本數(shù)基本相同，而不同樹齡的馬尾松在各樣地也都有分布；對隧道區(qū)的3大類馬尾松而言，其生長曲線的特征基本都是普遍具備的。因此，不同樣線、樣地上的馬尾松生長情況不存在明顯差異。

3.2　杉木生長情況監(jiān)測

杉木的樹齡普遍較馬尾松要小，隧道區(qū)除1株杉木為1967年的樹木外，其余32株杉木中，樹齡最大的是1970年，最小的是2001年；對照區(qū)的15株杉木，樹齡最大的是1981年，最小的是1998年。

3.2.1經(jīng)歷周期3—9的杉木

1)經(jīng)歷周期3—9的杉木是在渝遂高速公路大學(xué)城隧道建設(shè)前就已定植的杉木，完整經(jīng)歷了渝遂高速公路大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道的大涌水。由表2可知，這類杉木在隧道區(qū)有25株，通過對其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有15株杉木具有相同的生長變化趨勢，按各周期樹輪寬度制成生長曲線(為方便視圖，從周期6開始顯示，后同)，見圖10。

Fig. 10Growth curves of 15 Chinese firs from 3 to 9 periods in tunnel area

由圖10可見： 所有杉木從周期7開始發(fā)生生長衰退，直至周期9，樹輪寬度從周期7的平均2 794 μm下降到周期8的2 325 μm，再下降到周期9的1 346 μm；周期7—8的衰退幅度平均達(dá)16.8%，周期8—9的衰退幅度平均達(dá)42.1%，周期7—9的衰退幅度平均達(dá)51.8%。

2)對照區(qū)有11株同一時期的杉木，其生長曲線見圖11。其中，只有4株與隧道區(qū)一樣從周期7開始生長衰退直至周期9，不具有普遍特征。

3.2.2經(jīng)歷周期8—9的杉木

1)這類杉木在成渝客專鐵路歌樂山隧道施工前才剛穩(wěn)定生長，在隧道區(qū)有5株，其生長曲線見圖12。由圖12可見： 所有杉木都呈生長衰退狀態(tài)，即從周期8至周期9，生長狀況變差，衰退幅度平均達(dá)到41.9%，樹輪寬度從周期8的平均3 308 μm下降到周期9的 1 923 μm。

Fig. 11Growth curves of 11 Chinese firs from 3 to 9 periods in controlled experiment area

Fig. 12Growth curves of 5 Chinese firs from 8 to 9 periods in tunnel area

2)對照區(qū)只有4株同一時期的杉木，其生長曲線見圖13。由圖13可知： 有3株在周期8—9呈生長衰退趨勢，衰退幅度平均達(dá)到24.3%，樹輪寬度從周期8的平均2 866 μm下降到周期9的2 169 μm。

Fig. 13Growth curves of 4 Chinese firs from 8 to 9 periods in controlled experiment area

3.2.3不同樣線、樣地上的杉木

本文從隧道區(qū)每個樣地采得的樣本數(shù)基本相同，不同樹齡的杉木在各樣地也都有分布，對隧道區(qū)的3類杉木而言，其生長曲線變化趨勢是大部分樣本都具備的普遍特征。因此，不同樣線、樣地上的杉木生長情況不存在明顯差異。

4　隧道地下水漏失對植物生長的影響分析及對策探討

4.1　馬尾松、杉木生長與降雨的關(guān)系

將隧道所在沙坪壩區(qū)1963—2013年的年降雨量數(shù)據(jù)歸為9個周期，并計(jì)算9個周期的年降雨量均值。年降雨量最大均值為周期7的1 182 mm，最小均值為周期9的1 003 mm，差距有179 mm。周期1—6年降雨量的變化幅度很小，曲線較平緩，在1 100 mm左右。將降雨變化趨勢與不同樹齡馬尾松及杉木的生長趨勢進(jìn)行對比，可知年降雨量變化趨勢最明顯的2個時期(周期6—7和周期7—9)中，對照區(qū)馬尾松和杉木的生長趨勢基本與之相反或無相關(guān)性，地下水影響區(qū)馬尾松和杉木的生長趨勢也與之大不相同。因此，研究區(qū)內(nèi)，降雨不是影響馬尾松及杉木生長的主要因子。

4.2　隧道建設(shè)地下水漏失對馬尾松的影響分析

4.2.1襄渝鐵路中梁山隧道的影響分析

本次采集的隧道區(qū)馬尾松，經(jīng)歷過襄渝鐵路中梁山隧道地下水大量漏失的馬尾松分2種： 在隧道修建前就已穩(wěn)定定植的馬尾松，在施工后期都出現(xiàn)了生長衰退，且衰退幅度很大，達(dá)到71.4%；在隧道施工中或運(yùn)營初期才定植的馬尾松，在地下水涌失后才出現(xiàn)生長衰退，且衰退幅度僅43.5%。此外，前者生長低谷期長達(dá)15年，后生長逐漸恢復(fù)，判斷出現(xiàn)恢復(fù)的時間與地表井、泉開始出現(xiàn)恢復(fù)的時間段基本一致；后者生長低谷期也較長，生長出現(xiàn)恢復(fù)的時間也與地表井、泉開始出現(xiàn)恢復(fù)的時間段相關(guān)，二者相同的是迄今基本上都未恢復(fù)到原生長水平。由此可見，1968年修建、“以排為主”設(shè)計(jì)的襄渝鐵路中梁山隧道在施工建設(shè)期和運(yùn)營初期由于地下水大量漏失對馬尾松的生長產(chǎn)生了較大影響，且影響周期長。

4.2.2渝遂高速公路大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道的影響分析

對隧道區(qū)僅經(jīng)歷過渝遂高速公路大學(xué)城隧道(2004年建)和成渝客專鐵路歌樂山隧道(2010年建)建設(shè)期的18株馬尾松而言，有13株是從周期8(2004—2009年)至周期9(2010—2013年)出現(xiàn)了生長衰退，衰退幅度達(dá)23.9%，其中9株是從周期7(1998—2003年)開始連續(xù)衰退，也就是在渝遂高速公路大學(xué)城隧道建設(shè)前，受區(qū)域影響，9株馬尾松的生長開始衰退，僅有4株馬尾松在2004年之后開始出現(xiàn)衰退，并且最快的衰退區(qū)間出現(xiàn)在周期9(2010—2013年)，這說明成渝客專鐵路歌樂山隧道建設(shè)對馬尾松生長產(chǎn)生了顯著的影響，而渝遂高速公路大學(xué)城隧道產(chǎn)生的影響相對較小。

4.2.33座隧道建設(shè)對馬尾松影響的綜合分析

橫穿中梁山山脈3座隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)高為275～323 m，埋深基本相同，通過選擇該區(qū)域代表物種馬尾松生長情況監(jiān)測分析可知，襄渝鐵路中梁山隧道對本區(qū)植被產(chǎn)生的影響最大，后2座隧道影響相對要小。主要原因?yàn)椋?1)襄渝鐵路中梁山隧道是中梁山山脈在水文地質(zhì)單元內(nèi)修建最早的一座特長隧道，它的開建是對馬尾松的第1次擾動，在施工后期出現(xiàn)了馬尾松生長的快速衰退，經(jīng)過多年后，本區(qū)逐漸形成新的水文地質(zhì)環(huán)境； 2) 襄渝鐵路中梁山隧道一直是“以排為主”，地下水漏失量嚴(yán)重，地下水位下降幅度最大(局部水位下降10.2 m)，持續(xù)的周期最長(15年)； 3)大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道是在襄渝鐵路中梁山隧道建設(shè)運(yùn)營30多年后，基本穩(wěn)定的新的水文地質(zhì)環(huán)境影響區(qū)先后開建，且采用“以堵為主”的設(shè)計(jì)原則建設(shè)，因此，總體上對本區(qū)馬尾松的影響較??； 4)對經(jīng)歷過襄渝鐵路中梁山隧道影響的老馬尾松而言，在受到大量、快速、持續(xù)失水的顯著影響后，它們在面臨渝遂高速公路大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道的地下水漏失影響時，只有少數(shù)幾株在周期8到周期9時有輕微的衰退，說明馬尾松在經(jīng)歷過水分虧缺的影響30余年后，已改變了水分吸收策略，調(diào)整自適應(yīng)生存環(huán)境。

樣地監(jiān)測表明，隧道區(qū)各樣線上不同樣地之間馬尾松生長沒有明顯差異，這說明： 1)同一環(huán)境下，不同海拔、不同水文地質(zhì)類型對馬尾松生長沒有顯著影響； 2)隧道建設(shè)致使地下水漏失會影響到整個水文地質(zhì)單元，馬尾松生長衰退的范圍至少在隧道兩側(cè)1 km以上。

4.3　隧道建設(shè)地下水漏失對杉木的影響分析

由于杉木分布面積相對較小，采樣樣地?cái)?shù)較馬尾松少，且其樹齡普遍偏小，在襄渝鐵路中梁山隧道施工前沒有成功定植的樣本，因而調(diào)查結(jié)果無法體現(xiàn)襄渝鐵路中梁山隧道地下水漏失對杉木產(chǎn)生的影響；但通過監(jiān)測同齡杉木和馬尾松，發(fā)現(xiàn)杉木對地下水變化更敏感，而經(jīng)歷襄渝鐵路中梁山隧道涌水的老馬尾松平均衰退幅度達(dá)到71.4%，因此推測，襄渝鐵路中梁山隧道的建設(shè)對杉木生長衰退的影響遠(yuǎn)大于大學(xué)城隧道、歌樂山隧道涌水后的衰退幅度。

隧道區(qū)杉木樣地監(jiān)測顯示，渝遂高速公路大學(xué)城隧道動工之前，隧道區(qū)樣地在周期7(1998—2003年)具有有效樹輪寬度均值的25株杉木樣本中，有15株出現(xiàn)了從周期7至周期9的生長衰退，而周期8(2004—2009年)正是渝遂高速公路大學(xué)城隧道施工涌水期及運(yùn)營初期，周期9(2010—2013年)是成渝客專鐵路歌樂山隧道施工涌水期。這15株杉木發(fā)生的生長衰退，與工程建設(shè)期和運(yùn)營期涌水情況吻合，響應(yīng)的杉木樣本占到總樣本的60%。

在對照區(qū)，同期生長的11株杉木中，僅有4株與隧道區(qū)樣地一樣從周期7—9出現(xiàn)生長衰退，占到36%，由此可知，渝遂高速公路大學(xué)城隧道建設(shè)地下水漏失對杉木生長造成了影響。在這些生長一直衰退的4株杉木樣本中，周期7—8的衰退幅度平均為16.8%，周期8—9的衰退幅度平均達(dá)42.1%；在隧道區(qū)樣地經(jīng)歷了2個周期的杉木，100%出現(xiàn)了從周期8(2004—2009年)至周期9(2010—2013年)的生長衰退。

綜上分析，對照區(qū)同齡杉木雖然也呈生長衰退趨勢，但衰退幅度24.3%，遠(yuǎn)低于隧道區(qū)41.9%的杉木衰退幅度。可見，在渝遂高速公路大學(xué)城隧道的基礎(chǔ)上，成渝客專鐵路歌樂山隧道施工進(jìn)一步加劇了對杉木生長的影響。

4.4　基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的地下水限量排放對策探討

“以堵為主、限量排放”的另一個關(guān)鍵點(diǎn)是地下水排放量如何定。現(xiàn)有排放量的確定多依靠工程類比法，例如重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中提出的隧道控制排放量為1～5 m3/(m·d)。目前對限量排放中可允許的排放流量的確定，缺乏科學(xué)的量化依據(jù)?；谙逵彖F路中梁山隧道地下水漏失而生長緩慢的馬尾松，在經(jīng)歷了十幾年的生物量極低值后，于1997年之后，生物量開始上升，建議將此階段的最低地下水位[12-13]作為隧址區(qū)地下水生態(tài)平衡埋深下限值，進(jìn)而確定中梁山地區(qū)隧道的“以堵為主、限量排放”中限量排放的生態(tài)地下水位值，在其他氣象條件和水文地質(zhì)條件相似的馬尾松林區(qū)，也可參考使用這一生態(tài)地下水位值。

5　結(jié)論與建議

通過對穿越中梁山山脈通向重慶市區(qū)西部的3條重疊相交巖溶隧道(襄渝鐵路中梁山隧道、渝遂高速公路大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道)的地下水漏失對生態(tài)環(huán)境及植被生長的長期監(jiān)測與綜合分析，利用樹輪寬度均值探討了地下水漏失對隧道區(qū)優(yōu)勢植物(馬尾松、杉木)的生長影響，提出了基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的隧道地下水“以堵為主、限量排放”的建設(shè)思路。

1)通過樹輪寬度均值分析，闡明了地下水漏失對自然生態(tài)系統(tǒng)中優(yōu)勢植物個體的生長會產(chǎn)生影響，“以排為主”的襄渝鐵路中梁山隧道造成馬尾松生物量明顯降低(衰退幅度達(dá)71.4%)，生長低谷期長達(dá)15年，證明了即便在降水量豐富的非干旱區(qū)，植物個體也會因大量地下水漏失而嚴(yán)重影響生長；而“以堵為主、限量排放”的渝遂高速公路大學(xué)城隧道和成渝客專鐵路歌樂山隧道對馬尾松的影響則相對要小。

2)3條隧道的建設(shè)對杉木的生長都產(chǎn)生了不利影響，襄渝鐵路中梁山隧道的影響最大，在隧道軸線上方兩側(cè)1 km范圍的馬尾松和杉木生長均受到了一定影響，不同的地層巖性和地下水類型對馬尾松和杉木的生長狀況影響差異不大。

3)基于馬尾松出現(xiàn)生長恢復(fù)的時期(1992—1997年)，建議將此階段的最低地下水位作為隧道區(qū)地下水生態(tài)平衡埋深下限值，進(jìn)而確定中梁山地區(qū)隧道的“以堵為主、限量排放”中限量排放的生態(tài)地下水位值，為巖溶山區(qū)隧道限量排放的地下水位控制提供參考。

下一步研究工作，可通過對隧道區(qū)與對照區(qū)的土壤特征(厚度、成分和保水性等)及水文地質(zhì)特征進(jìn)行細(xì)致對比，分析不同土壤特性和水文地質(zhì)特征可能會對樹木年輪產(chǎn)生的影響，以判斷地下水漏失對樹木年輪寬度降低的影響程度。