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摘 要：隧洞在建设过程中对地下水环境有重要影响，采用合理的评价方法对隧道建设引起的地下水环境负效应进行评价具有重要意义。文章利用模糊综合评价法对云南某引水隧道不同岩性段的地下水环境负效应进行研究，并通过径流模数法和降雨入渗法计算得到的涌水量对评价结果进行验证。由结果可知，D3、Pt1hs地层的地下水环境负效应影响小，Zbd地层的地下水环境负效应影响较大，此评价结果与各段地层涌水量值基本吻合。
关键词：隧洞；地下水环境；负效应；模糊综合评价
随着经济发展和工程技术的提高，隧洞已成为山岭地区铁路、公路、引水工程等的重要组成部分。隧道建设过程中会引起地下水位下降、地面塌陷、生态环境退化、居民饮水困难等一系列地下水环境问题，因此采用合理的方法对隧道建设引起的地下水环境负效应进行评价为工程合理选址、隧道施工安全、周边居民正常用水及生态环境保护提供重要依据。
云南地区地形地势、地质构造复杂，岩溶发育，隧道建设对地下水环境的影响较大。本文以云南某引水工程隧道为例，利用模糊综合法对该隧洞建设引起地下水环境负效应进行评价。
一、隧道工程概况
隧道全长5186m，高程1660m，最大埋深225m。研究区地势略显北高南低，一般高程为1600-2000m，属横断山东支，山脊耸立，陡坡纵横，地形峰峦叠起，坡度较大。隧道穿越的地层有上泥盆系（D3）的灰岩、白云岩夹少量泥岩或页岩，震旦系陡山沱组（Zbd）的白云岩与碎屑岩互层、石灰岩夹板岩和前震旦系黑山头组（Pt1hs）的变质砂岩夹板岩。隧道通过两条逆断层F1和F2，产状分别为304°∠65°和52°∠50°。隧洞区地质剖面见图1。
二、水文地质条件及涌水量计算
（一）地下水类型
研究区地下水主要为基岩裂隙水和岩溶水：
1.基岩裂隙水
基岩裂隙水主要赋存于Pt1hs地层中，厚度约1600m，径流模数为0.5-2L/s·km2，泉流量为0.1-1L/ S，富水等级为中等。
2.岩溶水
研究区纯碳酸盐岩地层主要为D3，径流模数为2-5L/s·km2，泉流量为10-100L/S，该含水岩组为大型溶洞、暗河等岩溶地貌的发育提供了良好的地质条件。
Zbd为碳酸盐岩夹非碳酸盐岩地层，出露面积小，径流模数<4L/s·km2，泉流量<10L/S。岩溶发育不强，其富水性较纯碳酸盐岩地区差。
（二）地下水补径排
研究区地下水主要接受大气降雨、东部及南部山区岩溶水补给，受地形地貌、地层岩性、地质构造及降雨量等因素控制，地下水的补给量不同，研究区年平均降雨量可达870mm。据调查，研究区大部分地下水以深部径流的形式直接进入盆地下伏可溶岩地层中，仅少部分地下水通过浅表部径流在盆地边缘可溶岩与非可溶岩接触部位以泉的形式出露。研究区周围地表水系较发育，曲江作为主要排泄基准面，控制着该区地下水的排泄。曲江两岸可溶岩地层被不同走向的断层切割成断块，地下水顺着断层沟谷进行分散式排泄汇入曲江，如出露于陡山沱组（Zbd）的三家村泉（图2），属于断层谷汇流排泄型，流量56l/s。
（三）隧道涌水量计算
根据隧洞穿越不同地层把隧洞分为3段，分别利用地下水径流模数法和降雨入渗法计算不同岩性段隧洞涌水量，计算参数取值与计算结果见表1。
由表1计算结果可知，径流模数法和降雨入渗法得到的正常涌水量和最大涌水量相差不大，Zbd地层涌水量>D3地层涌水量>Pt1hs地层涌水量。
三、地下水环境负效应模糊综合评价
（一）模糊综合评价
模糊综合评价是一种基于模糊数学的综合评价方法，该方法通过隶属度理论把定性评价转化为定量评价，具有结果清晰、系统性强等特点，适合解决各种非确定性问题。模糊综合评价的一般步骤如下：（1）模糊综合评价体系的确立；（2）利用层次分析法确定指标权重向量；（3）建立评价矩阵；（4）权重向量与评价矩阵合成得到结果向量；（5）根据结果向量得出评价等级或结果。
（二）评价指标体系
本文在参考前人研究的基础上，通过对隧洞的地质环境因子的分析，筛选出3个一级评价因子和8个二级评价因子组成本次评价体系（图3），一级评价因子有：地下水补给条件（U1）、导水及富水条件（U2）、隧洞工程条件（U3）；二级评价因子有：汇水面积（U11）、地形地貌（U12）、降雨量（U13）、地层岩性（U21）、断层性质（U22）；隧洞与地下水位关系（U31）、隧洞规模（U32）、隧道与敏感点联系（U33）。
（三）评价指标分级及权重取值
通过资料收集和对研究区的野外调查，对各二级评价指标进行分级，本文将各评价指标分为四级并利用层次分析法对各指标的权重进行确定，各评价指标的分级和权重见表2。
（四）模糊综合评价
在层次分析确定评价体系中各因子的权重基础上，利用模糊综合法分别对隧洞不同岩性段地下水环境负效应进行评价。 1.D3地层模糊综合评价
D3地层岩性以白云岩为主，为研究区主要的碳酸盐岩地层，其圈定的汇水面积根据岩性、地形地貌、分水岭等因素确定为0.85km2；该区地形圈闭，无断裂构造且隧洞位于地下水位以上；隧道长约0.14km，与周围的环境敏感点联系中等。通过计算得出隧洞D3地层模糊判断矩阵如下：
B1=（0.359，0.291，0.350）
=（0.490，0.061，0.122，0.328）
根据最大隶属度原则，在矩阵中选取最大值，即bmax=0.490，得到隧洞D3地层段相对应的影响等级为Ⅰ级，即隧洞该地层段地下水环境负效应影响小。
2.Zbd地层模糊综合评价
Zbd地层岩性以白云岩与碎屑岩互层、石灰岩夹板岩为主，地表汇水面积为3.65km2，该区地形的圈闭情况为半封闭，且有压性逆断层F1出露；隧洞位于季节变动带，与地下水水位关系随季节而变；隧洞长约3.27km，与周围环境敏感点的联系程度中等，如上文介绍的三家村泉等。通过计算得出隧洞Zbd地层模糊判断矩阵如下：
B2=（0.359，0.291，0.350）
=（0.148，0.403，0.449，0）
根据最大隶属度原则，在矩阵中选取最大值，即bmax=0.449，得到隧洞Zbd地层段相对应的影响等级为Ⅲ级，即隧洞该地层段地下水环境负效应影响较大。
3.Pt1hs地层模糊综合评价
Pt1hs地层岩性以变质砂岩夹板岩为主，地表汇水面积为2.1km2，该区地形以大于30°的斜坡为主，且有压性逆断层F2出露；隧洞位于季节变动带，与地下水水位关系随季节而变；隧洞长约1.78km，周围无环境敏感点分布。通过计算得出隧洞Pt1hs地层模糊判断矩阵如下：
B3=（0.359，0.291，0.350）
=（0.454，0.417，0.122，0.00）
根据最大隶属度原则，在矩阵中选取最大值，即bmax=0.454，得到隧洞Pt1hs地层段相对应的影响等级为Ⅰ级，即隧洞该地层段地下水环境负效应影响小。
四、结论
通过对隧洞地质条件进行分析，利用模糊综合法对隧洞不同岩性段的地下水环境负效应进行评价，并通过径流模数法和降雨入渗法计算得到涌水量对评价结果进行验证，得到如下结论：
利用地下水径流模数法进行计算得出D3、Zbd、Pt1hs地层正常涌水量分别为301.1m3/d、1166.8m3/d、90.7m3/d，最大涌水量分别为451.7m3/d、1750.2m3/d、136.1m3/d；利用降雨入渗进行计算得出D3、Zbd、Pt1hs地层正常涌水量分别为405.2m3/d、870.1m3/d、91.4m3/d，最大涌水量分别为607.8m3/d、1305.2m3/d、137m3/d。从结果可知，两种方法计算得到的正常涌水量和最大涌水量相差不大，Zbd地层涌水量>D3地层涌水量>Pt1hs地层涌水量。
利用模糊数学法对地下水环境负效应进行综合评价，结果为：D3地层的地下水环境负效应影响为小；Zbd地层的地下水环境负效应影响为较大；Pt1hs地层的地下水环境负效应影响为小，该结果与各地层涌水量计算基本吻合。
通过本次研究结果可知，该隧洞在建设过程中引起地下水环境负效应总体来说较小，但在隧洞跨越较长的Zbd地层中影响较大且涌水量大。因此在隧洞建设过程中应加强监测与管理，做好隧洞工程防水措施，将隧洞建设引起的地下水环境负效应降到最低。
参考文献
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[3] 李国，杜欣，曾亚武.隧道与地下水环境相互影响分析[J].中国水运，2008，8（9）.
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[5] 许增荣.用地下径流模数法预测山岭隧道涌水量的局限性分析与改进.地下水，2010，32（1）.
[6] 朱大力，李秋枫.预测隧道涌水量的方法[J].工程勘察，2000（4）.
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[9] 金菊良，魏一鸣，丁晶.基于改进层次分析法的模糊综合评价模型[J].水利学报，2004（3）.
[10] 刘建，刘丹.基于模糊层次分析法的隧道工程地下水环境负效应评价[J].三峡环境与生态，2009，2（1）.
[11] 刘建，刘丹.岩溶隧道建设引起的地下水环境负效应研究——以铜锣山隧道为例[J].水土保持研究，2009， 16（3）.
作者简介：宫自强（1966.03- ），男，陕西兴平人，本科，高工，研究方向：水文地质、工程地质与环境地质，岩土工程的勘察、设计、施工，地质灾害的勘查、设计、施工和评估。
关键词：隧洞；地下水环境；负效应；模糊综合评价
随着经济发展和工程技术的提高，隧洞已成为山岭地区铁路、公路、引水工程等的重要组成部分。隧道建设过程中会引起地下水位下降、地面塌陷、生态环境退化、居民饮水困难等一系列地下水环境问题，因此采用合理的方法对隧道建设引起的地下水环境负效应进行评价为工程合理选址、隧道施工安全、周边居民正常用水及生态环境保护提供重要依据。
云南地区地形地势、地质构造复杂，岩溶发育，隧道建设对地下水环境的影响较大。本文以云南某引水工程隧道为例，利用模糊综合法对该隧洞建设引起地下水环境负效应进行评价。
一、隧道工程概况
隧道全长5186m，高程1660m，最大埋深225m。研究区地势略显北高南低，一般高程为1600-2000m，属横断山东支，山脊耸立，陡坡纵横，地形峰峦叠起，坡度较大。隧道穿越的地层有上泥盆系（D3）的灰岩、白云岩夹少量泥岩或页岩，震旦系陡山沱组（Zbd）的白云岩与碎屑岩互层、石灰岩夹板岩和前震旦系黑山头组（Pt1hs）的变质砂岩夹板岩。隧道通过两条逆断层F1和F2，产状分别为304°∠65°和52°∠50°。隧洞区地质剖面见图1。
二、水文地质条件及涌水量计算
（一）地下水类型
研究区地下水主要为基岩裂隙水和岩溶水：
1.基岩裂隙水
基岩裂隙水主要赋存于Pt1hs地层中，厚度约1600m，径流模数为0.5-2L/s·km2，泉流量为0.1-1L/ S，富水等级为中等。
2.岩溶水
研究区纯碳酸盐岩地层主要为D3，径流模数为2-5L/s·km2，泉流量为10-100L/S，该含水岩组为大型溶洞、暗河等岩溶地貌的发育提供了良好的地质条件。
Zbd为碳酸盐岩夹非碳酸盐岩地层，出露面积小，径流模数<4L/s·km2，泉流量<10L/S。岩溶发育不强，其富水性较纯碳酸盐岩地区差。
（二）地下水补径排
研究区地下水主要接受大气降雨、东部及南部山区岩溶水补给，受地形地貌、地层岩性、地质构造及降雨量等因素控制，地下水的补给量不同，研究区年平均降雨量可达870mm。据调查，研究区大部分地下水以深部径流的形式直接进入盆地下伏可溶岩地层中，仅少部分地下水通过浅表部径流在盆地边缘可溶岩与非可溶岩接触部位以泉的形式出露。研究区周围地表水系较发育，曲江作为主要排泄基准面，控制着该区地下水的排泄。曲江两岸可溶岩地层被不同走向的断层切割成断块，地下水顺着断层沟谷进行分散式排泄汇入曲江，如出露于陡山沱组（Zbd）的三家村泉（图2），属于断层谷汇流排泄型，流量56l/s。
（三）隧道涌水量计算
根据隧洞穿越不同地层把隧洞分为3段，分别利用地下水径流模数法和降雨入渗法计算不同岩性段隧洞涌水量，计算参数取值与计算结果见表1。
由表1计算结果可知，径流模数法和降雨入渗法得到的正常涌水量和最大涌水量相差不大，Zbd地层涌水量>D3地层涌水量>Pt1hs地层涌水量。
三、地下水环境负效应模糊综合评价
（一）模糊综合评价
模糊综合评价是一种基于模糊数学的综合评价方法，该方法通过隶属度理论把定性评价转化为定量评价，具有结果清晰、系统性强等特点，适合解决各种非确定性问题。模糊综合评价的一般步骤如下：（1）模糊综合评价体系的确立；（2）利用层次分析法确定指标权重向量；（3）建立评价矩阵；（4）权重向量与评价矩阵合成得到结果向量；（5）根据结果向量得出评价等级或结果。
（二）评价指标体系
本文在参考前人研究的基础上，通过对隧洞的地质环境因子的分析，筛选出3个一级评价因子和8个二级评价因子组成本次评价体系（图3），一级评价因子有：地下水补给条件（U1）、导水及富水条件（U2）、隧洞工程条件（U3）；二级评价因子有：汇水面积（U11）、地形地貌（U12）、降雨量（U13）、地层岩性（U21）、断层性质（U22）；隧洞与地下水位关系（U31）、隧洞规模（U32）、隧道与敏感点联系（U33）。
（三）评价指标分级及权重取值
通过资料收集和对研究区的野外调查，对各二级评价指标进行分级，本文将各评价指标分为四级并利用层次分析法对各指标的权重进行确定，各评价指标的分级和权重见表2。
（四）模糊综合评价
在层次分析确定评价体系中各因子的权重基础上，利用模糊综合法分别对隧洞不同岩性段地下水环境负效应进行评价。 1.D3地层模糊综合评价
D3地层岩性以白云岩为主，为研究区主要的碳酸盐岩地层，其圈定的汇水面积根据岩性、地形地貌、分水岭等因素确定为0.85km2；该区地形圈闭，无断裂构造且隧洞位于地下水位以上；隧道长约0.14km，与周围的环境敏感点联系中等。通过计算得出隧洞D3地层模糊判断矩阵如下：
B1=（0.359，0.291，0.350）
=（0.490，0.061，0.122，0.328）
根据最大隶属度原则，在矩阵中选取最大值，即bmax=0.490，得到隧洞D3地层段相对应的影响等级为Ⅰ级，即隧洞该地层段地下水环境负效应影响小。
2.Zbd地层模糊综合评价
Zbd地层岩性以白云岩与碎屑岩互层、石灰岩夹板岩为主，地表汇水面积为3.65km2，该区地形的圈闭情况为半封闭，且有压性逆断层F1出露；隧洞位于季节变动带，与地下水水位关系随季节而变；隧洞长约3.27km，与周围环境敏感点的联系程度中等，如上文介绍的三家村泉等。通过计算得出隧洞Zbd地层模糊判断矩阵如下：
B2=（0.359，0.291，0.350）
=（0.148，0.403，0.449，0）
根据最大隶属度原则，在矩阵中选取最大值，即bmax=0.449，得到隧洞Zbd地层段相对应的影响等级为Ⅲ级，即隧洞该地层段地下水环境负效应影响较大。
3.Pt1hs地层模糊综合评价
Pt1hs地层岩性以变质砂岩夹板岩为主，地表汇水面积为2.1km2，该区地形以大于30°的斜坡为主，且有压性逆断层F2出露；隧洞位于季节变动带，与地下水水位关系随季节而变；隧洞长约1.78km，周围无环境敏感点分布。通过计算得出隧洞Pt1hs地层模糊判断矩阵如下：
B3=（0.359，0.291，0.350）
=（0.454，0.417，0.122，0.00）
根据最大隶属度原则，在矩阵中选取最大值，即bmax=0.454，得到隧洞Pt1hs地层段相对应的影响等级为Ⅰ级，即隧洞该地层段地下水环境负效应影响小。
四、结论
通过对隧洞地质条件进行分析，利用模糊综合法对隧洞不同岩性段的地下水环境负效应进行评价，并通过径流模数法和降雨入渗法计算得到涌水量对评价结果进行验证，得到如下结论：
利用地下水径流模数法进行计算得出D3、Zbd、Pt1hs地层正常涌水量分别为301.1m3/d、1166.8m3/d、90.7m3/d，最大涌水量分别为451.7m3/d、1750.2m3/d、136.1m3/d；利用降雨入渗进行计算得出D3、Zbd、Pt1hs地层正常涌水量分别为405.2m3/d、870.1m3/d、91.4m3/d，最大涌水量分别为607.8m3/d、1305.2m3/d、137m3/d。从结果可知，两种方法计算得到的正常涌水量和最大涌水量相差不大，Zbd地层涌水量>D3地层涌水量>Pt1hs地层涌水量。
利用模糊数学法对地下水环境负效应进行综合评价，结果为：D3地层的地下水环境负效应影响为小；Zbd地层的地下水环境负效应影响为较大；Pt1hs地层的地下水环境负效应影响为小，该结果与各地层涌水量计算基本吻合。
通过本次研究结果可知，该隧洞在建设过程中引起地下水环境负效应总体来说较小，但在隧洞跨越较长的Zbd地层中影响较大且涌水量大。因此在隧洞建设过程中应加强监测与管理，做好隧洞工程防水措施，将隧洞建设引起的地下水环境负效应降到最低。
参考文献
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作者简介：宫自强（1966.03- ），男，陕西兴平人，本科，高工，研究方向：水文地质、工程地质与环境地质，岩土工程的勘察、设计、施工，地质灾害的勘查、设计、施工和评估。