川南五种典型植物根系分布及其对输气管道3PE防腐层的影响研究

摘要

石油管道作为油气的载体，连接了上游资源和下游用户。截止到目前，全世界已经有几百万公里的管道在运行。然而石油管道埋设在土壤黑箱介质中，植物根系特别是穿透力强、挤压力大的多年生乔木根系的生长对石油管道3PE防腐层的穿透、挤压等物理机械破坏作用确实存在，不容忽视。本研究以川南地区广泛分布的5种典型植物马尾松（Pinusmassoniana）、香樟(Cinnamomum camphora)、杉木（Cunninghamialanceolata）、黄葛树(Ficus virens Ait.var.sublanceolata)、楠竹（Phyllostachyspubescens）为研究对象，采用典型选样法，调查了川南5种典型植物根系的分布情况，运用微根管法、土压力计法，同时在室内利用琼脂模拟试验，拟合了川南地区5种典型植物的根系垂直分布模型、根系水平分布模型、根系穿透力模型及根系挤压力模型，并综合评估了5种植物根系对石油管道3PE防腐层的影响。主要研究结果如下:
　　(1)根据川南地区5种典型植物根系生物量垂直分布特征，运用Gale等构建的根系垂直分布模型Y=1-βd进行模拟计算。构建了5种典型植物根系的垂直分布模型:
　　香樟:Y=1-0.9846d(R2=0.9843)
　　黄葛树:Y=1-0.8013d(R2=0.9310)
　　杉木:Y=1-0.9473d（R2=0.9669）
　　马尾松:Y=1-0.9562d(R2=0.8572)
　　楠竹:Y=1-0.9794d(R2=0.9503)
　　(2)根据川南地区5种典型植物的根系生物量的水平分布特征，构建了5种典型植物根系水平分布的根系生物量—水平距离模型:
　　y=ax2+bx+c
　　拟合精度均在0.8以上，说明二次函数模型拟合较好，可以作为预测5种植物根系的水平分布情况。
　　(3)拟合了川南地区5种典型植物的根系穿透力—根尖直径回归模型:
　　y=-ax2+bx
　　拟合精度均在0.9以上，说明二次函数模型拟合较好，可以用来预测5种典型植物根系的最大穿透力。
　　(4)拟合了川南地区5种典型植物的根系挤压力—时间模型、根系挤压力—根系生物量模型、根系挤压力—根系直径模型，其中根系挤压力—时间模型拟合度最高，均大于0.97，可以用来预测根系挤压力达到最大值时的月份。
　　本研究调查了川南5种典型植物的根系分布情况，并构建了5种典型植物的根系穿透力模型、根系挤压力模型，预测了5种典型植物根系最大穿透力及根系最大挤压力出现的月份。但是并未观测到5种典型植物根系有穿透石油管道3PE防腐层的现象。5种典型植物对石油管道3PE防腐层产生了挤压，但是没有出现5种植物根系挤压石油管道3PE防腐层产生形变的现象。植物根系在触碰到3PE材料后生长呈现旋转弯曲现象。通过野外调查和室内模拟研究结果得出，川南地区五种植物根系生物量与垂直/水平距离的相关关系（y=1-βd、y=ax2+bx+c）以及植物冠幅与根系水平分布的相关关系(y=ax+b)，根系生长具有一定的季节规律;植物根系对输气管道的主要影响是以根系生长过程中的挤压和穿透作用为主机械破坏作用，穿透力至少是9.67MPa（模型拟合为13.28MPa，楠竹为22.72MPa），挤压力最大为9.44kpa，周围土体对管道所造成的最大压力值为896.69kpa。由此，提出川南地区深根植物杉木、香樟、马尾松等分布在输气管道中心线两侧各5m范围内时具有潜在威胁;另外，黄葛树、楠竹等植物的根系水平分布超过5m，应同样视为对输气管道具有潜在威胁。

目录

声明

论文说明

摘要

引言

1文献综述

1．1五种木本植物根系研究进展

1．1．1植物根系研究进展

1．1．2植物根系的分布特征

1．1．3五种木本植物简介

1．2 3PE防腐层的研究进展

1．2．1 3PE防腐层简介

1．2．2 3PE防腐层的缺陷

1．3植物根系对3PE防腐层的影响

1．3．1植物根系对环境的影响

1．3．2植物根系对石油沥青防腐层的影响

2研究的目的及意义

3研究内容及研究方法

3．1研究内容

3．2拟解决的关键技术问题

3．3研究区概况

3．4样点设置

3．5研究方法

3．5．1试验设计

3．5．2仪器设备的安装

3．5．3根系影像的处理

3．5．4根系生物量的转换

3．5．5数据处理与统计分析

3．6技术路线图

4结果与分析

4．1川南5种典型植物根系垂直分布格局

4．1．1川南5种典型植物根系直径分布

4．1．2川南5种典型植物根系垂直分布

4．1．3川南5种典型植物根系垂直分布模型构建

4．2．1川南5种典型植物根系水平直径分布

4．2．2川南5种典型植物根系水平分布模型的构建

4．2．3小结

4．3川南5种典型植物根系穿透力测定

4．3．1野外观测试验结果

4．3．2川南5种典型植物根系穿透力

4．3．3川南5种典型植物根系最大穿透力预测

4．3．4小结

4．4川南5种典型植物根系挤压力测定

4．4．1川南5种典型植物根系挤压力

4．4．2川南5种典型植物根系挤压力模型构建

4．4．3川南5种典型植物根系及土壤对管道涂层挤压力预测

4．4．4川南5种典型植物根系对管道及涂层挤压的动态观测

4．4．5小结

5讨论

5．1川南5种典型植物的根系分布特征

5．2川南5种典型植物根系穿透力预测及其对3PE防腐层的影响

5．3川南5种典型植物根系挤压力预测及其对3PE防腐层的影响

6结论

7展望

参考文献

附录

致谢