康玲玲，劉 坤，王澤元

(1.黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州450003； 2.濟(jì)南樹(shù)人項(xiàng)目管理有限公司，山東 濟(jì)南250000；3.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州450011)

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管道工程水土流失防治措施體系構(gòu)建的思考

康玲玲1，劉 坤2，王澤元3

(1.黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州450003； 2.濟(jì)南樹(shù)人項(xiàng)目管理有限公司，山東 濟(jì)南250000；3.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州450011)

管道工程；水土保持措施體系；平原區(qū)；山丘區(qū)

管道輸送具有平穩(wěn)連續(xù)、物料損失小、占地少、質(zhì)量易保證、安全性高、輸送量大和費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，已成為世界各國(guó)輸送油氣的首選方式。管道工程大多為長(zhǎng)距離輸送(如西氣東輸、西油東進(jìn))，在工程建設(shè)過(guò)程中會(huì)跨越不同的地貌類(lèi)型和侵蝕類(lèi)型區(qū)，有的受交通道路、河流、現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的限制還需要采用穿(跨)越的方式，因此由管道工程建設(shè)造成的水土流失不容忽視。在闡述管道工程水土保持措施體系構(gòu)建必要性的基礎(chǔ)上，結(jié)合管道工程水土流失和水土保持措施的研究現(xiàn)狀，提出了該項(xiàng)研究的主要內(nèi)容，以及完成研究所采取的技術(shù)路線。

管道輸送是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的運(yùn)輸方式，已有140余年的發(fā)展歷史。管道輸送具有平穩(wěn)連續(xù)、物料損失小、占地少、質(zhì)量易保證、安全性高、輸送量大和費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，已成為油氣輸送的首選方式。1865年美國(guó)建成了世界上第一條輸油管道，目前全世界已建成輸油管道250萬(wàn)km，并且以每年4萬(wàn)km的速度遞增，承擔(dān)了95%以上的原油輸送任務(wù)。尤其發(fā)達(dá)國(guó)家和中東產(chǎn)油區(qū)的油品運(yùn)輸已實(shí)現(xiàn)管道化，發(fā)達(dá)國(guó)家的原油管輸量占總輸量的80%，天然氣管輸量達(dá)總輸量的95%，其中美國(guó)的輸油管道已超過(guò)29萬(wàn)km，輸氣管道已超過(guò)30萬(wàn)km[1]。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與油氣資源需求劇增，輸油氣管道憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已成為我國(guó)能源輸送的發(fā)展重點(diǎn)。自1959年我國(guó)第一條長(zhǎng)輸油氣管道——新疆克拉瑪依油田至獨(dú)山子煉油廠原油外輸管道建成投產(chǎn)以來(lái)，50多年間我國(guó)長(zhǎng)距離輸油、輸氣管道建設(shè)已取得長(zhǎng)足進(jìn)展?，F(xiàn)如今，我國(guó)70%的石油和99%的天然氣都是通過(guò)管道運(yùn)輸?shù)摹?/p>

“十一五”期間，我國(guó)新建油氣管網(wǎng)2.8萬(wàn)km，總投資1.8萬(wàn)億元，形成了初具規(guī)模的跨區(qū)域油氣管網(wǎng)，架構(gòu)了我國(guó)“北油南運(yùn)”“西油東進(jìn)”“西氣東輸”“北氣南下”“海氣登陸”的油氣空間輸送格局。 “十一五”期末，我國(guó)長(zhǎng)輸干線油氣管網(wǎng)總長(zhǎng)度達(dá)到8萬(wàn)km，海上油氣管道近5萬(wàn)km，構(gòu)成東北、西北、西南、海上四大油氣通道。“十二五”期間，我國(guó)加快西北、東北、西南和海上進(jìn)口油氣戰(zhàn)略通道建設(shè)，重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目包括中哈原油管道二期、中緬油氣管道境內(nèi)段、中亞天然氣管道二期，以及西氣東輸三線、四線工程，全國(guó)約新建天然氣管道4.5萬(wàn)km、原油管道9萬(wàn)km、成品油管道2萬(wàn)km[2-3]。

1 管道工程水土保持措施體系構(gòu)建研究的意義

管道工程在施工過(guò)程中的開(kāi)挖、臨時(shí)堆土、回填等環(huán)節(jié)均會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、土壤養(yǎng)分造成破壞，改變土地利用類(lèi)型，使土壤退化，引起水土流失。僅“十五”期間，我國(guó)的管道類(lèi)項(xiàng)目總計(jì)就達(dá)3 321個(gè)，且基本呈逐年上升趨勢(shì)，隨著國(guó)際能源的開(kāi)發(fā)及我國(guó)能源需求的增加，“十一五”“十二五”期間我國(guó)管道類(lèi)建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量持續(xù)增加[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每建設(shè)1 km輸油(氣)管道，就會(huì)新增355 t的水土流失量；同時(shí)還有大量土地被占用，如“十五”期間的管道工程總占地為10.6萬(wàn)hm2，其中山丘區(qū)占地達(dá)4.4萬(wàn)hm2。

管道工程較長(zhǎng)，且存在一定的施工寬度，在施工過(guò)程中的開(kāi)挖與碾壓，造成環(huán)境的人為分割，在某些地區(qū)會(huì)阻礙動(dòng)物的遷徙與交流，并造成一定程度的植被破壞。長(zhǎng)距離輸油(氣)管道的建設(shè)，還會(huì)人為割裂原本一體的景觀，形成人為屏障，使景觀破碎度提高[5]。因此，構(gòu)建管道工程水土流失防治措施體系十分必要。

2 管道工程水土流失特點(diǎn)

2.1 平原區(qū)管道工程水土流失特點(diǎn)

一般情況下，為降低施工難度與建設(shè)成本，同時(shí)滿足油氣輸送需求，管道工程大多布局在平原區(qū)。平原區(qū)管道工程的水土流失特點(diǎn)與危害大體可歸納為以下幾個(gè)方面：

(1)水土流失時(shí)間長(zhǎng)，造成的后果較為隱蔽。管道工程在施工過(guò)程中往往會(huì)將站場(chǎng)閥室區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)等布設(shè)在平原區(qū)，這就使得擾動(dòng)面積增大，擾動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。由于是平原區(qū)，所以在施工中即使造成較為嚴(yán)重的水土流失，一般也不會(huì)引起足夠重視。

(2)表土剝離量大。管道工程管溝開(kāi)挖深度主要由管徑、凍土深和安全層厚度等因素來(lái)決定。除東北和西北嚴(yán)寒地區(qū)外，大多為1.2～1.5 m，加上其他區(qū)域剝離的表土，管道工程建設(shè)將會(huì)產(chǎn)生大量的臨時(shí)堆土。由于施工期較長(zhǎng)，這些堆置表土很容易流失，因此造成表土資源的流失與浪費(fèi)。

(3)在水網(wǎng)密集的平原區(qū)，管道工程水土流失的危害更加嚴(yán)重、直接。管道工程穿(跨)越河道時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泥渣，并且河道兩岸的穿(跨)越施工可能引起河岸的坍塌，大開(kāi)挖穿越會(huì)加劇河道底部的侵蝕，使下游河道淤積嚴(yán)重，影響行洪[6-7]。

(4)在一些特殊平原區(qū)，還會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的風(fēng)蝕。如黃泛區(qū)平原、濱湖濱海平原，施工產(chǎn)生的臨時(shí)堆土?xí)a(chǎn)生較嚴(yán)重的風(fēng)蝕[8]。

(5)在東北高寒地區(qū)的平原，還會(huì)產(chǎn)生凍融侵蝕，并且使多年凍土受到擾動(dòng)，在管道運(yùn)行后還會(huì)產(chǎn)生融漲、凍脹等地質(zhì)危害[9]。

(6)管道工程在平原區(qū)會(huì)大量穿越公路、鐵路、河道等，穿越方式通常有定向鉆、頂管及大開(kāi)挖三種。穿越工程會(huì)產(chǎn)生大量的棄土(渣)，并且施工場(chǎng)地占地面積較大，產(chǎn)生的水土流失量也較大。

2.2 山丘區(qū)管道工程水土流失特點(diǎn)

山丘區(qū)是我國(guó)水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)域，我國(guó)山丘地貌分布廣泛，管道工程在山丘區(qū)施工造成的水土流失與平原區(qū)既有共性，又有其特性。山丘區(qū)管道工程的水土流失特點(diǎn)與危害，大體可以歸納為以下幾個(gè)方面：

(1)管道工程所經(jīng)區(qū)域的高陡邊坡的開(kāi)挖，在無(wú)防護(hù)措施的情況下會(huì)發(fā)生崩塌滑坡的危險(xiǎn)，特別是管道工程施工道路的修建和管溝開(kāi)挖，均會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的水土流失。

(2)山丘區(qū)的生態(tài)條件本身就比較脆弱，特別是北方土石山區(qū)與西南土石山區(qū)。大型管道工程所經(jīng)之處，都會(huì)造成大量的地表擾動(dòng)，破壞原地貌，并造成珍稀表土資源的大量流失，且以后恢復(fù)也比較困難[10-11]。

(3)山丘區(qū)的土壤侵蝕類(lèi)型復(fù)雜，水蝕、風(fēng)蝕及凍融侵蝕都有可能存在，在不同的施工時(shí)間、不同的施工位置，其侵蝕的主要外營(yíng)力是不同的[12]。

我國(guó)的山丘主要分布在東北黑土漫崗丘陵區(qū)、北方土石山區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)、西南土石山區(qū)。不同區(qū)域的水土流失主導(dǎo)因子不同，在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中要多方考慮土地利用現(xiàn)狀、坡度、積溫、植被等生態(tài)背景因素，結(jié)合施工本身特點(diǎn)，因地制宜地布設(shè)水土保持措施，防止水土流失。

3 管道工程水土保持措施研究現(xiàn)狀

水土保持措施的布設(shè)是生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持工作的重要部分，布設(shè)經(jīng)濟(jì)、合理、可行的防護(hù)措施就能有效地控制人為水土流失，最大限度地減少生產(chǎn)建設(shè)造成的水土流失，提高生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目在建設(shè)期和運(yùn)行期的安全度，取得良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。

目前，針對(duì)水土保持防治措施的研究主要集中在3個(gè)方面：一是措施總體布局的研究。這類(lèi)研究多基于不同區(qū)域管道存在的問(wèn)題進(jìn)行具體分析，如洪傳勛等對(duì)新疆管道工程水土保持措施布設(shè)體系的研究[13]，趙銘軍對(duì)西南土石山區(qū)的川氣東輸管道工程水土保持措施體系的研究[14]，張瑞斌等對(duì)江蘇南部平原水網(wǎng)區(qū)管道工程水保措施的研究[15]。二是針對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治措施體系中植物措施的研究。哈岸英等針對(duì)西氣東輸工程寧夏段水土保持生物恢復(fù)與植物措施的研究[16]，趙永軍等針對(duì)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目植物措施配置的研究[17]，以及一些學(xué)者針對(duì)不同侵蝕類(lèi)型區(qū)植物措施的研究等。三是臨時(shí)措施的研究。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的水土流失主要發(fā)生在施工準(zhǔn)備期和施工期，這兩個(gè)階段的水土保持防治措施主要是臨時(shí)措施，李國(guó)召等分析歸納了臨時(shí)防護(hù)措施的適用范圍與條件[18]，包應(yīng)宗總結(jié)歸納了水土保持臨時(shí)措施布設(shè)的6項(xiàng)原則[19]。

整體來(lái)說(shuō)，針對(duì)管道工程水土保持措施布設(shè)的研究不多，且一般是根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施，在平原區(qū)以臨時(shí)措施與植物措施為主，特殊區(qū)域如站場(chǎng)閥室區(qū)、河流穿越區(qū)會(huì)布設(shè)相應(yīng)工程措施。對(duì)不同地貌類(lèi)型布設(shè)不同的措施考慮也較少，而且對(duì)于如何采取有效的工程措施的研究顯得尤為缺乏。

4 管道工程水土保持措施體系構(gòu)建研究的內(nèi)容

4.1 管道工程基本特征分析

主要根據(jù)已建、在建管道工程主體設(shè)計(jì)的基本資料，從工程類(lèi)型、性質(zhì)、管徑、輸油氣相關(guān)技術(shù)指標(biāo)、敷設(shè)方式、規(guī)模、項(xiàng)目組成、分布概況、占地面積與性質(zhì)、施工工藝與方法等方面分析揭示管道工程的基本特征。

4.2 管道工程水土流失分析

鑒于我國(guó)幅員遼闊，氣候類(lèi)型多樣，不同地貌類(lèi)型區(qū)的水土流失主導(dǎo)因子存在很大差異，應(yīng)在大量搜集已有生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目資料的基礎(chǔ)上，綜合分析不同地貌類(lèi)型區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合管道工程的施工工藝與方法，探究不同地貌類(lèi)型區(qū)管道工程的水土流失特點(diǎn)及表現(xiàn)形式，分析其形成原因。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

(1)管道工程水土流失成因分析。根據(jù)管道沿線地形、地貌特點(diǎn)，結(jié)合施工工藝與方法的差異，分析管道工程建設(shè)過(guò)程中所產(chǎn)生水土流失的主要影響因子與成因。

(2)管道工程水土流失特點(diǎn)分析。按平原區(qū)、山丘區(qū)分別分析管道工程的水土流失表現(xiàn)方式與特點(diǎn)。

(3)管道工程水土流失危害分析。根據(jù)不同類(lèi)型區(qū)水土流失方式與特點(diǎn)，以及管道所經(jīng)不同類(lèi)型區(qū)的差異與周邊環(huán)境情況，結(jié)合實(shí)際發(fā)生的典型實(shí)例，分析其可能造成的水土流失危害。

4.3 管道工程水土流失防治措施研究

水土流失防治措施的布設(shè)是以水土流失特點(diǎn)為基礎(chǔ)的。在分析不同地貌類(lèi)型區(qū)及防治分區(qū)水土流失特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，合理布設(shè)各類(lèi)防護(hù)措施，使之既能有效地防治水土流失又能節(jié)約成本。主要研究?jī)?nèi)容為：

(1)防治分區(qū)研究。根據(jù)管道工程基本特征及其施工工藝、方法和沿線地貌特點(diǎn)，研究提出水土流失防治分區(qū)劃分原則、方法、步驟與基本框架。

(2)不同地貌類(lèi)型區(qū)防治措施體系研究。在研究提出管道工程水土流失防治措施體系布設(shè)原則的基礎(chǔ)上，按平原區(qū)、山丘區(qū)等不同地貌，研究建立相應(yīng)的防治措施體系，說(shuō)明分區(qū)措施布設(shè)情況與特點(diǎn)，明確不同類(lèi)型區(qū)分區(qū)措施的差異性。

(3)代表性措施的典型設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究。在研究提出不同類(lèi)型區(qū)水土流失防治措施布設(shè)原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合管道作業(yè)帶、站場(chǎng)閥室加壓站、施工生產(chǎn)生活區(qū)、隧道及棄渣場(chǎng)、施工道路、附屬設(shè)施，以及跨越工程、穿越工程等防治分區(qū)的基本情況，研究提出不同部位、不同時(shí)段優(yōu)選的防護(hù)措施，并給出相應(yīng)典型設(shè)計(jì)，明確代表性措施的典型設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)。

5 體系構(gòu)建研究技術(shù)路線

以生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持學(xué)和水土保持專(zhuān)業(yè)理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、林學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)查閱、剖析不同地貌類(lèi)型區(qū)管道工程的水土保持方案、監(jiān)測(cè)及設(shè)施驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，結(jié)合針對(duì)部分管道工程的實(shí)地調(diào)查和管道工程施工工藝方法分析，探索管道工程在不同地貌類(lèi)型區(qū)的主要水土流失影響因子、水土流失特點(diǎn)與危害，提出管道工程合理劃分防治分區(qū)的原則與方法，針對(duì)不同區(qū)域的不同側(cè)重點(diǎn)，提出不同類(lèi)型區(qū)的水土流失防治措施體系，并給出代表性措施的典型設(shè)計(jì)與圖件。

(1)工程數(shù)量的選擇應(yīng)至少覆蓋水蝕或風(fēng)蝕一種水土流失類(lèi)型區(qū)，所選管道工程規(guī)模應(yīng)至少穿越平原、山丘區(qū)中的一種地貌。選擇的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目要分布在全國(guó)主要水土流失類(lèi)型區(qū)中。

(2)以水土保持學(xué)理論建立區(qū)域水土流失主導(dǎo)因子的框架。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選擇過(guò)程中注意選擇與水土流失密切相關(guān)的自然特點(diǎn)、施工特點(diǎn)，以及工程所在區(qū)域的水土保持背景資料(表1)。

表1 管道工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

(3)水土流失防治措施體系的布設(shè)要緊密聯(lián)系項(xiàng)目所在區(qū)域的特點(diǎn)。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持的核心是減少人為活動(dòng)造成的水土流失，只有在充分了解項(xiàng)目區(qū)環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的特點(diǎn)，才能科學(xué)合理地布設(shè)防治措施，才能最大限度地起到保護(hù)生態(tài)和控制水土流失的作用。因此，應(yīng)充分體現(xiàn)以下幾個(gè)原則：①工程措施應(yīng)注重水土資源的保護(hù)與利用，并盡可能采用當(dāng)?shù)氐牟牧?；②臨時(shí)措施要做到適宜(類(lèi)型)、及時(shí)(時(shí)間)和高效(成本低效果好)；③植物措施應(yīng)注意與當(dāng)?shù)丨h(huán)境與工程特點(diǎn)相結(jié)合。

在防治措施體系的布設(shè)上，應(yīng)按平原區(qū)、山丘區(qū)分別考慮，根據(jù)實(shí)際情況并結(jié)合工程建設(shè)特點(diǎn)總體考慮水土保持工程措施、植物措施和臨時(shí)措施。在研究措施體系的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論一些典型措施的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并給出相應(yīng)的典型設(shè)計(jì)圖件、實(shí)施位置與時(shí)間。

具體的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線框圖

6 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)處于特殊時(shí)期，油氣的需求量逐年上升，輸油(氣)管道憑借其運(yùn)輸量大、效率高、費(fèi)用低、能耗小等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為我國(guó)能源輸送的重點(diǎn)方式。管道工程作為典型的線型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其防治措施的布設(shè)首先應(yīng)結(jié)合線型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治措施的布設(shè)原則，通過(guò)實(shí)地調(diào)查和施工工藝分析，探索管道工程在不同地貌類(lèi)型區(qū)的主要水土流失影響因子、水土流失特點(diǎn)與危害，提出合理劃分管道工程防治分區(qū)的原則與方法，構(gòu)建不同地貌類(lèi)型區(qū)的水土流失防治措施體系。

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(責(zé)任編輯 孫占鋒)

黃河水利科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)(HKY-JBYW-2014-06)

S157

A

1000-0941(2016)11-0038-04

康玲玲(1966—)，女，河南鞏義市人，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士，主要從事水土保持研究工作。

2015-12-17