河西走廊管道工程水土流失特點及防護措施體系

張 峰，李珍存

(1.甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730021； 2.甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州 730020)

河西走廊管道工程水土流失特點及防護措施體系

張 峰1，李珍存2

(1.甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730021； 2.甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)督管理局，甘肅 蘭州 730020)

河西走廊；管道工程；水土流失；防護措施

河西走廊生態(tài)脆弱，自然格局極不均衡，是我國西部能源東送及引進中亞油氣資源的必經(jīng)之路，在西氣東輸一線、西部管道、西氣東輸二線建設(shè)及運行過程中引發(fā)了該區(qū)一系列的水土流失問題，若防護不當(dāng)則嚴(yán)重影響管道的安全運行和區(qū)域生態(tài)安全。采取摸排清查、典型調(diào)查、定點監(jiān)測與試驗分析相結(jié)合的方法，全面掌握了河西走廊段管道工程的情況，管道施工工藝及引發(fā)水土流失的因素，工程建設(shè)引發(fā)的水土流失類型、水土流失量和水土流失危害等，并在對已建典型管道工程水土保持措施設(shè)計、建設(shè)和運行效果等進行普查的基礎(chǔ)上，總結(jié)了河西走廊段管道工程水土保持防治分區(qū)及措施布局，推薦了防護效果較好的防護技術(shù)和防護模式，為河西走廊地區(qū)管道工程建設(shè)及運行期水土流失防護措施設(shè)計提供理論與技術(shù)支持。

河西走廊位于甘肅西北部，為烏鞘嶺以西的廣大地區(qū)，總土地面積27.41萬km2，區(qū)內(nèi)生態(tài)脆弱，自然格局極不均衡。近年來，隨著資源開發(fā)和人類建設(shè)活動的加快，區(qū)內(nèi)土地沙化、草場退化、綠洲鹽漬化和水土流失危害日益嚴(yán)重。河西走廊是我國能源管道輸送的咽喉要道[1]，已建成的油氣管道有西氣東輸一線、西部管道(雙管敷設(shè))、西氣東輸二線，隨著我國能源需求的不斷增加，正在規(guī)劃建設(shè)中的管道工程有西氣東輸二線復(fù)線、西氣東輸三線、西氣東輸四線。管道工程河西走廊段穿越戈壁、丘陵等多種地貌類型區(qū)，涉及地域廣泛，而在管道工程建設(shè)中，由于施工作業(yè)帶地表清除(掃線)、管溝開挖、管道穿(跨)越、管道敷設(shè)、管溝回填、站場建設(shè)、伴行路修建等施工過程改變了微地形，破壞了植被和原有地表結(jié)皮、土壤結(jié)構(gòu)等，受降雨和風(fēng)力吹蝕作用影響，若防護不當(dāng)則極易產(chǎn)生水土流失。在管道運行過程中，由于灌溉、降雨、凍融、沉陷等自然原因，原管線布設(shè)的水土保持工程出現(xiàn)不同程度損毀，直接造成管道基礎(chǔ)沉陷、管道埋深不足、管道外露、截排水溝斷裂、擋墻護堤垮塌、伴行道路水毀、滑坡崩塌等，嚴(yán)重影響管道的安全運行。筆者采取摸排清查、典型調(diào)查、定點監(jiān)測和試驗分析相結(jié)合的方法，全面掌握了河西走廊段管道工程情況，管道施工作業(yè)工藝及引發(fā)水土流失的因素，工程建設(shè)引發(fā)的水土流失類型、水土流失量、水土流失程度和水土流失危害，并在對已建典型管道工程水土保持措施設(shè)計、建設(shè)和運行效果等進行普查的基礎(chǔ)上，總結(jié)了河西走廊段管道工程水土保持防治分區(qū)及措施布局，推薦了防護效果較好的防護技術(shù)和防護模式，以期為河西走廊管道工程建設(shè)及運行期水土流失防護技術(shù)研究提供理論與技術(shù)支持。

1 河西走廊地區(qū)已建管道工程概況

穿越河西走廊生態(tài)脆弱區(qū)的已建管道工程有西氣東輸一線、西部管道(雙管敷設(shè))和西氣東輸二線。①西氣東輸一線。該工程西起新疆塔里木輪臺縣的輪南鎮(zhèn)，東至上海西郊的白鶴鎮(zhèn)，全長約4 000 km，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、安徽、江蘇、上海9個省(市、區(qū))，設(shè)計輸氣量120億m3/a。河西走廊段西起甘肅紅柳站，途經(jīng)酒泉市的瓜州縣、玉門市、嘉峪關(guān)市、肅州區(qū)， 張掖市的高臺縣、臨澤縣、甘州區(qū)、山丹縣，金昌市的永昌縣，武威市的涼州區(qū)、古浪縣，總里程976.2 km。②西部管道(雙管敷設(shè))。包括原油和成品油干線各1條、原油支線3條、成品油支線3條，跨越新疆維吾爾自治區(qū)和甘肅省。原油管道干線起于新疆鄯善縣，成品油干線起于烏魯木齊市王家溝油庫，在鄯善與原油干線并線，終于蘭州市西固區(qū)，線路總長1 919.7 km。河西走廊段長900 km，成品油干線管道的設(shè)計輸油量為1 000萬t/a，常溫密閉輸送，共設(shè)工藝站場11座，其中9座泵站、1座分輸站、1座末站，另有49座線路截斷閥室。③西氣東輸二線。該工程西起新疆的霍爾果斯口岸，總體走向由西北向東南，東至浙江、上海，南至廣東、廣西，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、廣東、安徽、江蘇、浙江、上海、湖南、廣西、香港等15個省(區(qū)、市)。線路總長9 102 km，設(shè)計輸氣量300億m3/a。河西走廊段長約996 km，經(jīng)過12個縣(區(qū))。河西走廊地區(qū)已建管道工程詳見表1。

表1 河西走廊地區(qū)已建管道工程情況

2 河西走廊管道工程水土流失特點

管道工程水土流失主要產(chǎn)生在工程建設(shè)期(包括施工準(zhǔn)備期、施工期)和自然恢復(fù)期。在施工準(zhǔn)備期、施工期，由于管道敷設(shè)大量開挖、回填土石方，各類穿越工程、取棄土場及渣場、伴行道路及施工便道、站場閥室的修建，破壞地表植被，使地表大面積裸露，原地貌喪失了原有水土保持功能，若處理不當(dāng)則會造成嚴(yán)重水土流失。在自然恢復(fù)期，站場閥室、伴行公路已施工完成，擾動區(qū)被建筑物、植被覆蓋或硬化，水土流失量有所降低。隨著植被及原地貌的自然恢復(fù)，水土流失量逐漸減少。施工準(zhǔn)備與施工期產(chǎn)生的水土流失占總流失量的70%左右。在工程建設(shè)過程中，棄渣場區(qū)、管道作業(yè)帶工程區(qū)、站場閥室工程區(qū)是水土流失發(fā)生的重點地段，其可能產(chǎn)生的土壤流失量占建設(shè)期總量的30%～50%。

管道工程水土流失特點主要有：①水土流失呈線狀分布，局部水土流失量不大，但全線水土流失總量較大。水土流失主要來自管溝開挖、回填和施工作業(yè)帶破壞擾動地表。單位長度或局部水土流失量不大，但由于工程線路長，水土流失總量還是較大。在措施布局方面，不便于集中治理。②工程涉及地貌類型較多，各區(qū)自然條件差異大，水土流失特點也不相同，采取的水土流失防治措施不盡相同。③工程采用管道敷設(shè)、頂管穿越、定向鉆穿越、隧道穿越、圍堰開挖等不同施工工藝和方式，產(chǎn)生水土流失的強度和形式不同。④工程一般通過耕地較多，損壞地表熟土層，建設(shè)中熟土層的開挖、集中堆放與回填等難度較大。⑤工程在人口密集的城鎮(zhèn)區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達區(qū)通過時，水土流失治理標(biāo)準(zhǔn)更高，難度會加大。⑥采用隧道(盾構(gòu))方式穿越山體、河流時，產(chǎn)生大量棄渣。

3 河西走廊管道工程建設(shè)過程中的水土流失

(1)西氣東輸一線。①水土流失面積。西氣東輸一線河西走廊段管道長976.2 km，管道作業(yè)帶寬度28 m，伴行公路長62 km，路基寬9.5 m。工程建設(shè)實際擾動地表面積為2 151.59 hm2，其中管道作業(yè)帶1 999.83 hm2、公路穿越130.20 hm2、壓氣站18.80 hm2、操作區(qū)2.40 hm2、閘室0.36 hm2。②棄土棄渣量。總棄土棄渣量為162.11萬 m3，其中管線棄土棄渣106.31萬m3、道路棄土棄渣55.80萬m3。③水土流失量。河西走廊段工程建設(shè)造成水土流失總量為29.39萬t，新增水土流失量為8.83萬t。

(2)西部管道。①水土流失面積。西部管道工程河西走廊段長900 km，造成水土流失面積2 831.12 hm2，其中施工作業(yè)帶2 323 hm2、施工便道48.87 hm2、施工營地(含施工生活區(qū))46.93 hm2、取土場93.51 hm2、棄渣場318.81 hm2。②棄土棄渣量?？倵壨翖壴繛?68.59萬m3，其中管線棄土棄渣804.54萬m3、道路棄土棄渣158.94萬m3、大中型河流穿越棄土棄渣2.76萬m3、站場閥室棄土棄渣2.35萬m3。③水土流失總量。造成水土流失總量為43.06萬t，新增水土流失量為17.45萬t。

(3)西氣東輸二線。①水土流失面積。該工程河西走廊段造成水土流失面積3 041.12 hm2。②棄土棄渣量。共計開挖土石方1 110.20萬m3，回填828.34萬m3，調(diào)入15.40萬m3，調(diào)出15.40萬m3，廢棄281.86萬m3，其中棄渣5.76萬m3，臨時廢棄(表土剝離)276.10萬m3。③造成的水土流失量。河西走廊段造成水土流失總量為45.99萬t(含臨時堆土造成水土流失量9.36萬t)，新增水土流失量為18.83萬t。

4 河西走廊管道工程水土保持防治分區(qū)及措施布局

4.1 分區(qū)原則

①地貌類型相似、立地條件大致相同、土壤侵蝕類型和強度相似，并考慮行政區(qū)域的連貫性；②各分區(qū)內(nèi)造成水土流失的主導(dǎo)因子相近或相似；③分區(qū)的結(jié)果對防治措施的總體布局具有分類指導(dǎo)作用，有利于分類實施各項防治措施；④具有控制性、整體性、全局性，各分區(qū)具有關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性。

4.2 分區(qū)結(jié)果

根據(jù)河西走廊地形地貌、土壤侵蝕類型特點，河西走廊管道工程水土流失防治區(qū)一般可分為風(fēng)蝕防治區(qū)和風(fēng)蝕水蝕交錯防治區(qū)兩個一級分區(qū)，其中風(fēng)蝕防治區(qū)又可分為礫質(zhì)荒漠和沙質(zhì)荒漠兩個防治亞區(qū)，亞區(qū)又劃分為山前傾斜戈壁、平原戈壁、石質(zhì)山區(qū)、石質(zhì)淺丘、綠洲農(nóng)地、鹽堿地、沼澤及半固定沙漠和流動沙漠等若干個類型區(qū)；風(fēng)蝕水蝕交錯防治區(qū)分為沙地、平原區(qū)、覆沙黃土、丘陵區(qū)、鹽堿地等防治亞區(qū)，亞區(qū)又分為半固定沙地、流動沙地、農(nóng)用地、防風(fēng)林帶、覆沙黃土梁峁、黃土溝道、低洼鹽漬化土地等若干類型區(qū)。

4.3 分區(qū)防治措施布局

(1)風(fēng)蝕防治區(qū)防治措施總體布局。在風(fēng)蝕防治區(qū)，管道沿線除有少量綠洲分布于戈壁、沙漠外，大部分是干旱荒漠(礫質(zhì)和沙質(zhì))。風(fēng)蝕防治區(qū)的防治重點是防治因工程建設(shè)造成的風(fēng)沙對項目及周邊環(huán)境的危害[2]。風(fēng)蝕防治區(qū)措施布局見圖1。

圖1 風(fēng)蝕防治區(qū)防治措施體系

(2)風(fēng)水蝕交錯防治區(qū)措施總體布局。風(fēng)水蝕交錯區(qū)降雨較少，地形相對平坦，由于風(fēng)蝕劇烈、水蝕危害嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境日趨惡化。管道工程主要經(jīng)過沙地(固定沙地、半固定沙地和流動沙地)、沖積平原(農(nóng)地和防風(fēng)林帶)、覆沙黃土丘陵區(qū)等三種地貌類型區(qū)。采取的措施主要是防治因工程建設(shè)造成的固定和半固定沙地流動、流動沙地被擾動后的加速流動、平原耕地和防護林的破壞、覆沙黃土區(qū)的風(fēng)力水力侵蝕、低洼鹽堿地開挖擾動造成的土壤侵蝕和土地退化[2]。風(fēng)水蝕交錯防治區(qū)措施體系見圖2。

5 結(jié) 語

河西走廊地區(qū)管道項目所采取的水土保持工程措施主要包括排水溝、截水溝、防沖墻、過水路面、護岸、防護堤、攔渣墻、沙障、砂礫壓蓋和土地整治等；植物措施主要布設(shè)在河西走廊穿越綠洲農(nóng)田段，栽植樹種主

圖2 風(fēng)水蝕交錯防治區(qū)防治措施體系

要有新疆楊、小葉楊、箭桿楊、沙棗等，在管線作業(yè)帶上帶狀條播白花草木樨和紫花苜蓿；臨時措施主要是對臨時堆土及開挖面設(shè)計，主要有防塵網(wǎng)、臨時攔擋措施等。通過現(xiàn)場調(diào)查，河西走廊管道戈壁地段管道埋設(shè)破壞面防護基本到位，無大面積的松散砂土外露，但有個別地段的設(shè)施由于各種原因出現(xiàn)一定程度的損毀。石質(zhì)荒漠區(qū)域管溝棄渣及伴行路棄渣堆放有序，設(shè)置的措施到位，沒有影響管道沿線生態(tài)景觀。溝道的地下防沖墻設(shè)置合理，墻下基本無沖淘現(xiàn)象，局部地方造成溝道下切侵蝕輕微，地表徑流的沖刷可能導(dǎo)致墻體傾覆；地下防沖墻設(shè)置合理，充分起到了防沖作用，并且均與兩端護坡連接，運行效果良好。工程未出現(xiàn)大面積水毀、滑塌、塌陷等問題，目前運行效果良好。

礫石壓蓋措施、管道防沖措施、沙障、綠洲區(qū)適地適水綠化美化和良好的水土保持組織管理措施適應(yīng)性強、性價比高，適合在河西走廊管道工程建設(shè)過程中進一步推廣應(yīng)用。

[1] 牛振宇，李倩.河西走廊多條油氣管道并行敷設(shè)的探討[J].石油和化工設(shè)備，2011，14(11)：37-38.

[2] 師明洲，岳新發(fā)，吳亞寧，等.西氣東輸工程水土流失綜合防治體系設(shè)計[J].人民黃河，2003，25(5)：29-31.

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

甘肅省水利科研推廣計劃項目(甘水發(fā)[2009]318號)

S157.2

C

1000-0941(2015)02-0033-03

張峰(1975—)，男，甘肅涇川縣人，高級工程師，學(xué)士，主要從事水土保持科學(xué)研究工作。

2014-07-10