康玲玲，劉 坤，王澤元

(1.黃河水利科學研究院，河南 鄭州450003； 2.濟南樹人項目管理有限公司，山東 濟南250000；3.華北水利水電大學，河南 鄭州450011)

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管道工程水土流失防治措施體系構建的思考

康玲玲1，劉 坤2，王澤元3

(1.黃河水利科學研究院，河南 鄭州450003； 2.濟南樹人項目管理有限公司，山東 濟南250000；3.華北水利水電大學，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、質量易保證、安全性高、輸送量大和費用低等優(yōu)勢，已成為世界各國輸送油氣的首選方式。管道工程大多為長距離輸送(如西氣東輸、西油東進)，在工程建設過程中會跨越不同的地貌類型和侵蝕類型區(qū)，有的受交通道路、河流、現有基礎設施的限制還需要采用穿(跨)越的方式，因此由管道工程建設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建必要性的基礎上，結合管道工程水土流失和水土保持措施的研究現狀，提出了該項研究的主要內容，以及完成研究所采取的技術路線。

管道輸送是一種經濟、環(huán)保的運輸方式，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、質量易保證、安全性高、輸送量大和費用低等優(yōu)勢，已成為油氣輸送的首選方式。1865年美國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km，并且以每年4萬km的速度遞增，承擔了95%以上的原油輸送任務。尤其發(fā)達國家和中東產油區(qū)的油品運輸已實現管道化，發(fā)達國家的原油管輸量占總輸量的80%，天然氣管輸量達總輸量的95%，其中美國的輸油管道已超過29萬km，輸氣管道已超過30萬km[1]。

隨著我國經濟快速發(fā)展與油氣資源需求劇增，輸油氣管道憑借其獨特的優(yōu)勢，已成為我國能源輸送的發(fā)展重點。自1959年我國第一條長輸油氣管道——新疆克拉瑪依油田至獨山子煉油廠原油外輸管道建成投產以來，50多年間我國長距離輸油、輸氣管道建設已取得長足進展。現如今，我國70%的石油和99%的天然氣都是通過管道運輸的。

“十一五”期間，我國新建油氣管網2.8萬km，總投資1.8萬億元，形成了初具規(guī)模的跨區(qū)域油氣管網，架構了我國“北油南運”“西油東進”“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，我國長輸干線油氣管網總長度達到8萬km，海上油氣管道近5萬km，構成東北、西北、西南、海上四大油氣通道?！笆濉逼陂g，我國加快西北、東北、西南和海上進口油氣戰(zhàn)略通道建設，重點建設項目包括中哈原油管道二期、中緬油氣管道境內段、中亞天然氣管道二期，以及西氣東輸三線、四線工程，全國約新建天然氣管道4.5萬km、原油管道9萬km、成品油管道2萬km[2-3]。

1 管道工程水土保持措施體系構建研究的意義

管道工程在施工過程中的開挖、臨時堆土、回填等環(huán)節(jié)均會對土壤結構、土壤養(yǎng)分造成破壞，改變土地利用類型，使土壤退化，引起水土流失。僅“十五”期間，我國的管道類項目總計就達3 321個，且基本呈逐年上升趨勢，隨著國際能源的開發(fā)及我國能源需求的增加，“十一五”“十二五”期間我國管道類建設項目的數量持續(xù)增加[4]。據統計，平均每建設1 km輸油(氣)管道，就會新增355 t的水土流失量；同時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hm2，其中山丘區(qū)占地達4.4萬hm2。

管道工程較長，且存在一定的施工寬度，在施工過程中的開挖與碾壓，造成環(huán)境的人為分割，在某些地區(qū)會阻礙動物的遷徙與交流，并造成一定程度的植被破壞。長距離輸油(氣)管道的建設，還會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

2.1 平原區(qū)管道工程水土流失特點

一般情況下，為降低施工難度與建設成本，同時滿足油氣輸送需求，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與危害大體可歸納為以下幾個方面：

(1)水土流失時間長，造成的后果較為隱蔽。管道工程在施工過程中往往會將站場閥室區(qū)、施工生產生活區(qū)等布設在平原區(qū)，這就使得擾動面積增大，擾動時間延長。由于是平原區(qū)，所以在施工中即使造成較為嚴重的水土流失，一般也不會引起足夠重視。

(2)表土剝離量大。管道工程管溝開挖深度主要由管徑、凍土深和安全層厚度等因素來決定。除東北和西北嚴寒地區(qū)外，大多為1.2～1.5 m，加上其他區(qū)域剝離的表土，管道工程建設將會產生大量的臨時堆土。由于施工期較長，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。

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

(4)在一些特殊平原區(qū)，還會產生較為嚴重的風蝕。如黃泛區(qū)平原、濱湖濱海平原，施工產生的臨時堆土會產生較嚴重的風蝕[8]。

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

(6)管道工程在平原區(qū)會大量穿越公路、鐵路、河道等，穿越方式通常有定向鉆、頂管及大開挖三種。穿越工程會產生大量的棄土(渣)，并且施工場地占地面積較大，產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

山丘區(qū)是我國水土流失防治的重點區(qū)域，我國山丘地貌分布廣泛，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與危害，大體可以歸納為以下幾個方面：

(1)管道工程所經區(qū)域的高陡邊坡的開挖，在無防護措施的情況下會發(fā)生崩塌滑坡的危險，特別是管道工程施工道路的修建和管溝開挖，均會產生較嚴重的水土流失。

(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)。大型管道工程所經之處，都會造成大量的地表擾動，破壞原地貌，并造成珍稀表土資源的大量流失，且以后恢復也比較困難[10-11]。

(3)山丘區(qū)的土壤侵蝕類型復雜，水蝕、風蝕及凍融侵蝕都有可能存在，在不同的施工時間、不同的施工位置，其侵蝕的主要外營力是不同的[12]。

我國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)域的水土流失主導因子不同，在生產建設過程中要多方考慮土地利用現狀、坡度、積溫、植被等生態(tài)背景因素，結合施工本身特點，因地制宜地布設水土保持措施，防止水土流失。

3 管道工程水土保持措施研究現狀

水土保持措施的布設是生產建設項目水土保持工作的重要部分，布設經濟、合理、可行的防護措施就能有效地控制人為水土流失，最大限度地減少生產建設造成的水土流失，提高生產建設項目在建設期和運行期的安全度，取得良好的經濟、生態(tài)和社會效益。

目前，針對水土保持防治措施的研究主要集中在3個方面：一是措施總體布局的研究。這類研究多基于不同區(qū)域管道存在的問題進行具體分析，如洪傳勛等對新疆管道工程水土保持措施布設體系的研究[13]，趙銘軍對西南土石山區(qū)的川氣東輸管道工程水土保持措施體系的研究[14]，張瑞斌等對江蘇南部平原水網區(qū)管道工程水保措施的研究[15]。二是針對生產建設項目水土流失防治措施體系中植物措施的研究。哈岸英等針對西氣東輸工程寧夏段水土保持生物恢復與植物措施的研究[16]，趙永軍等針對開發(fā)建設項目植物措施配置的研究[17]，以及一些學者針對不同侵蝕類型區(qū)植物措施的研究等。三是臨時措施的研究。生產建設項目造成的水土流失主要發(fā)生在施工準備期和施工期，這兩個階段的水土保持防治措施主要是臨時措施，李國召等分析歸納了臨時防護措施的適用范圍與條件[18]，包應宗總結歸納了水土保持臨時措施布設的6項原則[19]。

整體來說，針對管道工程水土保持措施布設的研究不多，且一般是根據實際情況，采取相應的措施，在平原區(qū)以臨時措施與植物措施為主，特殊區(qū)域如站場閥室區(qū)、河流穿越區(qū)會布設相應工程措施。對不同地貌類型布設不同的措施考慮也較少，而且對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建研究的內容

4.1 管道工程基本特征分析

主要根據已建、在建管道工程主體設計的基本資料，從工程類型、性質、管徑、輸油氣相關技術指標、敷設方式、規(guī)模、項目組成、分布概況、占地面積與性質、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

鑒于我國幅員遼闊，氣候類型多樣，不同地貌類型區(qū)的水土流失主導因子存在很大差異，應在大量搜集已有生產建設項目資料的基礎上，綜合分析不同地貌類型區(qū)的環(huán)境特點，結合管道工程的施工工藝與方法，探究不同地貌類型區(qū)管道工程的水土流失特點及表現形式，分析其形成原因。主要研究內容包括以下幾個方面：

(1)管道工程水土流失成因分析。根據管道沿線地形、地貌特點，結合施工工藝與方法的差異，分析管道工程建設過程中所產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方式與特點。

(3)管道工程水土流失危害分析。根據不同類型區(qū)水土流失方式與特點，以及管道所經不同類型區(qū)的差異與周邊環(huán)境情況，結合實際發(fā)生的典型實例，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是以水土流失特點為基礎的。在分析不同地貌類型區(qū)及防治分區(qū)水土流失特點的基礎上，合理布設各類防護措施，使之既能有效地防治水土流失又能節(jié)約成本。主要研究內容為：

(1)防治分區(qū)研究。根據管道工程基本特征及其施工工藝、方法和沿線地貌特點，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原則的基礎上，按平原區(qū)、山丘區(qū)等不同地貌，研究建立相應的防治措施體系，說明分區(qū)措施布設情況與特點，明確不同類型區(qū)分區(qū)措施的差異性。

(3)代表性措施的典型設計要點研究。在研究提出不同類型區(qū)水土流失防治措施布設原則的基礎上，結合管道作業(yè)帶、站場閥室加壓站、施工生產生活區(qū)、隧道及棄渣場、施工道路、附屬設施，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、不同時段優(yōu)選的防護措施，并給出相應典型設計，明確代表性措施的典型設計要點與注意事項。

5 體系構建研究技術路線

以生產建設項目水土保持學和水土保持專業(yè)理論為基礎，運用生態(tài)學、土壤學、林學等基礎知識，通過查閱、剖析不同地貌類型區(qū)管道工程的水土保持方案、監(jiān)測及設施驗收報告，結合針對部分管道工程的實地調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型區(qū)的主要水土流失影響因子、水土流失特點與危害，提出管道工程合理劃分防治分區(qū)的原則與方法，針對不同區(qū)域的不同側重點，提出不同類型區(qū)的水土流失防治措施體系，并給出代表性措施的典型設計與圖件。

(1)工程數量的選擇應至少覆蓋水蝕或風蝕一種水土流失類型區(qū)，所選管道工程規(guī)模應至少穿越平原、山丘區(qū)中的一種地貌。選擇的生產建設項目要分布在全國主要水土流失類型區(qū)中。

(2)以水土保持學理論建立區(qū)域水土流失主導因子的框架。在基礎數據的選擇過程中注意選擇與水土流失密切相關的自然特點、施工特點，以及工程所在區(qū)域的水土保持背景資料(表1)。

表1 管道工程基礎數據

(3)水土流失防治措施體系的布設要緊密聯系項目所在區(qū)域的特點。生產建設項目水土保持的核心是減少人為活動造成的水土流失，只有在充分了解項目區(qū)環(huán)境特點的基礎上，結合項目建設的特點，才能科學合理地布設防治措施，才能最大限度地起到保護生態(tài)和控制水土流失的作用。因此，應充分體現以下幾個原則：①工程措施應注重水土資源的保護與利用，并盡可能采用當地的材料；②臨時措施要做到適宜(類型)、及時(時間)和高效(成本低效果好)；③植物措施應注意與當地環(huán)境與工程特點相結合。

在防治措施體系的布設上，應按平原區(qū)、山丘區(qū)分別考慮，根據實際情況并結合工程建設特點總體考慮水土保持工程措施、植物措施和臨時措施。在研究措施體系的基礎上，詳細討論一些典型措施的設計要點，并給出相應的典型設計圖件、實施位置與時間。

具體的技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線框圖

6 結 語

我國社會和經濟的發(fā)展現處于特殊時期，油氣的需求量逐年上升，輸油(氣)管道憑借其運輸量大、效率高、費用低、能耗小等獨特優(yōu)勢，成為我國能源輸送的重點方式。管道工程作為典型的線型生產建設項目，其防治措施的布設首先應結合線型生產建設項目水土流失防治措施的布設原則，通過實地調查和施工工藝分析，探索管道工程在不同地貌類型區(qū)的主要水土流失影響因子、水土流失特點與危害，提出合理劃分管道工程防治分區(qū)的原則與方法，構建不同地貌類型區(qū)的水土流失防治措施體系。

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(責任編輯 孫占鋒)

黃河水利科學研究院基本科研業(yè)務費專項(HKY-JBYW-2014-06)

S157

A

1000-0941(2016)11-0038-04

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

2015-12-17