隧道区域生态环境的自动化评估方法与系统与流程

1.本发明涉及一种隧道区域生态环境的自动化评估方法与系统。


背景技术：

2.隧道施工及运营期间，地下水的排放将破坏原有的水文地质条件，在生态敏感区，隧道建设将改变原有地下水迳流、排泄条件，降低地下水位，袭夺地表水流，导致田地干涸，甚至水库水位下降、漏失，对隧道区域的生态环境造成不良影响，进而对分布范围内的众多田地、民居及动植物造成严重影响。然而目前没有对隧道区域生态环境进行监测和评估的技术，不能为减小对分布范围内的众多田地、民居及动植物造成的影响提供数据支撑。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种隧道区域生态环境的自动化评估方法与系统，以解决目前不能对隧道区域生态环境进行监测和评估问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种隧道区域生态环境的自动化评估方法，包括以下步骤：
5.s1：获取隧道区域的年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr，其中r为水井/水库数量；
6.s2：根据所述年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr，计算年生态平衡系数，所述年生态平衡系数的计算公式为：
7.y＝(kn/k
(n-1)
)
×
μ [m1 m2
……
mr]
×
ε β
[0008]
其中，kn为隧道区域年降水及排水比率，kn＝v
in
/(z
out
b
ou
t c
out
)，μ和ε分别为降排比和液位高度影响因子，β为生态调查调整系数，m1，m2，
……
mr为水井/水库液位高度极值逐年变化率；
[0009]
s3：将年生态平衡系数与预设阈值进行比较，根据比较结果判断年生态平衡系数y是否在正常范围内，从而实现隧道区域生态环境的自动化评估方法。
[0010]
进一步地，所述隧道区域的年降水总量v
in
计算方法包括：
[0011]
根据公式v
in
＝s
×rin
计算年降水总量v
in
；r
in
为隧道区域的年平均降雨量。
[0012]
进一步地，所述隧道区域的年平均降雨量r
in
计算方法包括：
[0013]
根据公式r
in
＝(ra rb rc)/3计算年平均降雨量r
in
；其中，ra为隧道区域内的隧道入口阳坡年平均降雨量、rb为隧道区域内的隧道出口阳坡年平均降雨量，rc为隧道区域内的山体顶部年平均降雨量。
[0014]
进一步地，所述隧道区域的年平均蒸发量z
out
计算方法包括：
[0015]
根据公式z
out
＝(za zb zc)/3计算年平均蒸发量z
out
；其中，za为隧道区域内的隧道入口阳坡年平均蒸发量、zb为隧道区域内的隧道出口阳坡年平均蒸发量，zc为隧道区域内的
山体顶部年平均蒸发量。
[0016]
进一步地，所述隧道区域的地表水年排放量b
out
计算方法包括：
[0017]
根据公式bout＝(b1 b2
……
bn)计算地表水年排放量b
out
，其中，b1、b2……bn
分别为隧道区域内各个地表水的明渠的排放位置采集到的明渠排水量。
[0018]
进一步地，所述水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr的测量方法包括：
[0019]
根据如下公式计算水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr：
[0020]
m1＝(h
1(n
)/h
1(n-1)
)2 (l
1(n)
/l
1(n-1)
)2，为1号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0021]
m2＝(h
2(n)
/h
2(n-1)
)2 (l
2(n)
/l
2(n-1)
)2，为2号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0022]
……
[0023]
mr＝(h
r(n)
/h
r(n-1)
)2 (l
r(n)
/l
r(n-1)
)2，为r号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0024]
n为当年测量值，n-1为前一年测量值；
[0025]h1(n)
为1号监测水井/水库当年测量的液位最高值，h
1(n-1)
为1号监测水井/水库前一年测量的液位最高值；
[0026]
l
2(n)
为2号监测水井/水库当年测量的液位最低值，l
2(n-1)
为2号监测水井/水库前一年测量的液位最低值；
[0027]hr(n)
为r号监测水井/水库当年测量的液位最高值，h
r(n-1)
为r号监测水井/水库前一年测量的液位最高值。
[0028]
此外，本发明还提供了一种隧道区域生态环境的自动化监测系统，包括
[0029]
数据采集单元，用于获取隧道区域的年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr；
[0030]
数据处理单元，用于根据所述年降水总量v
in
、年平均蒸发量zout、地表水年排放量bout、地下水年排放量c
ou
t以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr，计算年生态平衡系数，然后将年生态平衡系数与预设阈值进行比较，根据比较结果判断年生态平衡系数y是否在正常范围内；所述年生态平衡系数的计算公式为：
[0031]
y＝(kn/k
(n-1)
)
×
μ [m1 m2
……
mr]
×
ε β
[0032]
其中，kn为隧道区域年降水及排水比率，kn＝v
in
/(z
out
b
ou
t c
out
)，μ和ε分别为降排比和液位高度影响因子，β为生态调查调整系数，m1，m2，
……
mr为水井/水库液位高度极值逐年变化率。
[0033]
进一步地，所述数据采集单元包括年降水总量采集单元、年平均蒸发量采集单元、地表水年排放量采集单元、地下水年排放量采集单元以及水井/水库液位高度采集单元。
[0034]
进一步地，所述年降水总量采集单元包括安装在隧道区域内的隧道入口阳坡的第一降雨量传感器、安装隧道区域内的隧道出口阳坡的第二降雨量传感器、安装在隧道区域内的山体顶部的第三降雨量传感器以及用于测量隧道区域面积的面积监测仪(可根据需要选用土地面积测亩仪或gps面积测量仪等设备)。
[0035]
进一步地，所述年平均蒸发量采集单元包括安装在隧道区域内的隧道入口阳坡的
第一蒸发量传感器、安装隧道区域内的隧道出口阳坡的第二蒸发量传感器以及安装在隧道区域内的山体顶部的第三蒸发量传感器。
[0036]
进一步地，地表水年排放量采集单元包括安装在隧道区域的地表水的明渠排放位置安装流量传感器，安装数量根据隧道区域实际地形地貌确定。
[0037]
进一步地，所述水井/水库液位高度采集单元包括安装在隧道区域的水井/水库中的液位高度传感器。
[0038]
进一步地，所述地下水排放量采集单元包括与隧道中心排水沟连通的蓄水池、与所述蓄水池连通的排水管路以及安装在所述排水管路上的流量传感器。
[0039]
进一步地，所述流量传感器为电磁式流量传感器，所述排水管路包括排水直管和排水弯管，所述排水直管连接在所述蓄水池的排水口与电磁式流量传感器的进水口之间，所述排水弯管的一端与电磁式流量传感器的排水口连接，电磁式流量传感器的另一端向上弯曲作为排水管路出口。
[0040]
本发明的有益效果为：通过对隧道区域的供水和排水进行监测，然后根据监测数据对隧道区域生态环境进行评估，可有助于准确掌握生态变化规律，在呈现生态不良影响时及时给予生态恢复措施，降低生态破坏对周边农业、林业、畜牧业等的影响。
附图说明
[0041]
此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0042]
图1为本发明一个实施例的自动化评估方法流程图；
[0043]
图2为本发明一个实施例的自动化评估系统原理图；
[0044]
图3为本发明一个实施例的地下水年排放量采集单元的结构示意图。
具体实施方式
[0045]
如图1所示的隧道区域生态环境的自动化评估方法，自动化评估方法该包括以下步骤：
[0046]
s1：获取隧道区域的年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr，其中r为水井/水库数量；
[0047]
s2：根据所述年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr，计算年生态平衡系数，所述年生态平衡系数的计算公式为：
[0048]
y＝(kn/k
(n-1)
)
×
μ [m1 m2
……
mr]
×
ε β
[0049]
其中，kn为隧道区域年降水及排水比率，kn＝v
in
/(z
out
b
ou
t c
out
)，μ和ε分别为降排比和液位高度影响因子，β为生态调查调整系数，m1，m2，
……
mr为水井/水库液位高度极值逐年变化率；
[0050]
s3：将年生态平衡系数与预设阈值进行比较，根据比较结果判断年生态平衡系数y是否在正常范围内，从而实现隧道区域生态环境的自动化评估方法。
[0051]
本发明通过对隧道区域的供水和排水进行监测，然后根据监测数据对隧道区域生态环境进行评估，可有助于准确掌握生态变化规律，在呈现生态不良影响时及时给予生态恢复措施，降低生态破坏对周边农业、林业、畜牧业等的影响。
[0052]
下面分别对获取隧道区域的年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr的获取方法座详细说明：
[0053]
所述隧道区域的年降水总量v
in
计算方法包括：
[0054]
根据公式v
in
＝s
×rin
计算年降水总量v
in
；r
in
为隧道区域的年平均降雨量。所述隧道区域的年平均降雨量r
in
根据公式r
in
＝(ra rb rc)/3计算年得到；其中，ra为隧道区域内的隧道入口阳坡年平均降雨量、rb为隧道区域内的隧道出口阳坡年平均降雨量，rc为隧道区域内的山体顶部年平均降雨量。通过分别采集隧道区域内的隧道入口阳坡年平均降雨量、隧道出口阳坡年平均降雨量和山体顶部年平均降雨量进行综合监测，然后就根据监测结果计算隧道区域的年平均降雨量，可提高降雨量数据的准确性。
[0055]
所述隧道区域的年平均蒸发量z
out
计算方法包括：
[0056]
根据公式z
out
＝(za zb zc)/3计算年平均蒸发量z
out
；其中，za为隧道区域内的隧道入口阳坡年平均蒸发量、zb为隧道区域内的隧道出口阳坡年平均蒸发量，zc为隧道区域内的山体顶部年平均蒸发量。通过分别采集隧道区域的隧道入口阳坡年平均蒸发量、隧道出口阳坡年平均蒸发量和山体顶部年平均蒸发量进行综合监测，然后就根据监测结果计算隧道区域的年平均蒸发量，可提高蒸发量数据的准确性。
[0057]
所述隧道区域的地表水年排放量bout计算方法包括：
[0058]
根据公式b
out
＝(b1 b2
……
bn)计算地表水年排放量b
out
，其中，b1、b2……bn
分别为隧道区域内各个地表水的明渠的排放位置采集到的明渠排水量。
[0059]
所述水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr的测量方法包括：
[0060]
根据如下公式计算水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr：
[0061]
m1＝(h
1(n
)/h
1(n-1)
)2 (l
1(n)
/l
1(n-1)
)2，为1号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0062]
m2＝(h
2(n)
/h
2(n-1)
)2 (l
2(n)
/l
2(n-1)
)2，为2号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0063]
……
[0064]
mr＝(h
r(n)
/h
r(n-1)
)2 (l
r(n)
/l
r(n-1)
)2，为r号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0065]
n为当年测量值，n-1为前一年测量值；
[0066]h1(n)
为1号监测水井/水库当年测量的液位最高值，h
1(n-1)
为1号监测水井/水库前一年测量的液位最高值；
[0067]
l
2(n)
为2号监测水井/水库当年测量的液位最低值，l
2(n-1)
为2号监测水井/水库前一年测量的液位最低值；
[0068]hr(n)
为r号监测水井/水库当年测量的液位最高值，h
r(n-1)
为r号监测水井/水库前一年测量的液位最高值。
[0069]
此外，如图2所示，本发明还提供了一种隧道区域生态环境的自动化监测系统，该
自动化监测系统包括数据采集单元和数据处理单元；
[0070]
上述数据采集单元包括用于获取隧道区域的年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr；
[0071]
上述数据处理单元用于根据所述年降水总量v
in
、年平均蒸发量z
out
、地表水年排放量b
out
、地下水年排放量c
out
以及水井/水库液位高度极值逐年变化率m1，m2，
……
mr，计算年生态平衡系数，所述年生态平衡系数的计算公式为：
[0072]
y＝(kn/k
(n-1)
)
×
μ [m1 m2
……
mr]
×
ε β
[0073]
其中，kn为隧道区域年降水及排水比率，kn＝v
in
/(z
out
b
out
c
out
)，μ和ε分别为降排比和液位高度影响因子，β为生态调查调整系数，m1，m2，
……
mr为水井/水库液位高度极值逐年变化率；其中，
[0074]
m1＝(h
1(n
)/h
1(n-1)
)2 (l
1(n)
/l
1(n-1)
)2，为1号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0075]
m2＝(h
2(n)
/h
2(n-1)
)2 (l
2(n)
/l
2(n-1)
)2，为2号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0076]
……
[0077]
mr＝(h
r(n)
/h
r(n-1)
)2 (l
r(n)
/l
r(n-1)
)2，为r号监测水井/水库高度极值的逐年变化率；
[0078]
n为当年测量值，n-1为前一年测量值；
[0079]h1(n)
为1号监测水井/水库当年测量的液位最高值，h
1(n-1)
为1号监测水井/水库前一年测量的液位最高值；
[0080]
l
2(n)
为2号监测水井/水库当年测量的液位最低值，l
2(n-1)
为2号监测水井/水库前一年测量的液位最低值；
[0081]hr(n)
为r号监测水井/水库当年测量的液位最高值，h
r(n-1)
为r号监测水井/水库前一年测量的液位最高值。
[0082]
所述数据采集单元包括年降水总量采集单元、年平均蒸发量采集单元、地表水年排放量采集单元、地下水年排放量采集单元以及水井/水库液位高度采集单元。下面分别对各个数据采集单元进行详细描述：
[0083]
所述年降水总量采集单元包括安装在隧道区域内的隧道入口阳坡的第一降雨量传感器、安装隧道区域内的隧道出口阳坡的第二降雨量传感器、安装在隧道区域内的山体顶部的第三降雨量传感器以及用于测量隧道区域面积的面积监测仪(可根据需要选用土地面积测亩仪或gps面积测量仪等设备)。
[0084]
所述年平均蒸发量采集单元包括安装在隧道区域内的隧道入口阳坡的第一蒸发量传感器、安装隧道区域内的隧道出口阳坡的第二蒸发量传感器以及安装在隧道区域内的山体顶部的第三蒸发量传感器。通过分别采集隧道区域的隧道入口阳坡年平均蒸发量、隧道出口阳坡年平均蒸发量和山体顶部年平均蒸发量进行综合监测，然后就根据监测结果计算隧道区域的年平均蒸发量，可提高蒸发量数据的准确性。
[0085]
地表水年排放量采集单元包括安装在隧道区域的地表水的明渠排放位置安装流量传感器其中，流量传感器的安装数量根据隧道区域实际地形地貌确定。
[0086]
所述水井/水库液位高度采集单元包括安装在隧道区域的水井/水库中的液位高度传感器。
[0087]
图3所示，所述地下水排放量采集单元包括与隧道中心排水沟1连通的蓄水池2、与所述蓄水池2连通的排水管路以及安装在所述排水管路上的流量传感器5。由于隧道中心排水沟1位于地表以下，水流排出后直接流入沟渠，而现有的流量传感器5、传感器等监测设备或手段不满足其地下水的测量和应用条件，故本技术通过对排水沟进行改造，在隧道洞口处建设水平高度低于隧道中心排水沟1的蓄水池2，将地下排水集中到蓄水池2中后再进行计量，解决了隧道地下水难以测量的问题。
[0088]
所述流量传感器5为电磁式流量传感器5，所述排水管路包括排水直管3和排水弯管4，所述排水直管3连接在所述蓄水池2的排水口与电磁式流量传感器5的进水口之间，所述排水弯管4的一端与电磁式流量传感器5的排水口连接，电磁式流量传感器5的另一端向上弯曲作为排水管路出口。通过使排水管路出口的高度高于排水管的水平高度(即排水管路出口高于排水管入口高度)，可保证流过电磁式流量传感器5的水流达到满管状态。排水管道出口位置须低于中心排水沟水位，且保证排水管道处于满流，如图所示h2》h1；排水直管3水平布置，排水直管3和排水弯管4的总长度不小于1米，以确保管内水流处于匀速状态。所述蓄水池2内设有用于采集蓄水池2液位的液位计，其中液位计可采用超声波液位计8，所述超声波液位计8通过支架7安装在所述蓄水池2的上方。数据采集卡采集到流量传感器5和超声波液位计8监测到的数据后通过信息传输单元传输至监控中心。
[0089]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。