陜京天然氣管道水土流失預(yù)測及防治對策

周曉飛

陜京天然氣管道水土流失預(yù)測及防治對策

周曉飛

（陜西省安塞縣水土保持工作隊，陜西安塞717400）

通過分析陜京天然氣干線及穿越安塞段情況，從擾動地表、棄渣（砂、石、土）場設(shè)置等方面對可能造成的水土流失進行了預(yù)測，并根據(jù)黃土高原與平原兩種不同地理環(huán)境，從工程、植物、臨時措施三方面，提出陜京天然氣管線水土流失防治措施，可供情況相近地區(qū)進行參考。

天然氣；管道建設(shè)；水土流失；預(yù)測；防治；對策

1 概況

陜京天然氣干線起自陜西省安塞縣，途經(jīng)陜西、內(nèi)蒙、河北、北京共4、市、自治區(qū)，總體走向為：延安市安塞縣首站-鄂爾多斯市鄂爾多斯壓氣站-呼和浩特市托克托壓氣站-烏蘭察布市烏蘭察布分輸壓氣站、興和分輸站-張家口市張家口分輸壓氣站-北京市延慶分輸站、高麗營末站，線路實長為1083km，涉及27個縣市區(qū)。干線管道從南向北、從西向東橫跨了我國陜北和華北廣大地區(qū)。

2 干線安塞段水文地質(zhì)狀況及水土保持現(xiàn)狀

2.1 水文地質(zhì)狀況

管線在安塞途經(jīng)區(qū)域?qū)侔霛駶?、半干旱自然條件下較優(yōu)越的地區(qū)，項目區(qū)土壤以風(fēng)沙土、黃綿土、栗鈣土、褐土和潮土為主。多年平均降雨量372.3 mm～571.9 mm，多年平均蒸發(fā)量1190 mm～2256 mm，無霜期130～192天，年平均風(fēng)速2.5～4.8 m/s。區(qū)內(nèi)植被類型單一，主要建群植物有：小葉錦雞兒、中間錦雞兒、艾蒿、本氏針茅、白草、沙蔥、沙蓬、檸條錦雞兒及蒿類等。

本工程管線跨度大，沿線經(jīng)過的低山和丘陵區(qū)，地勢起伏，局部地形破碎。根據(jù)本工程地質(zhì)災(zāi)害評價報告和初勘報告，本工程沿線可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害有風(fēng)蝕沙埋、滑坡、崩塌、泥石流、高烈度地震區(qū)內(nèi)的砂土液化等。工程在安塞段，為土石山區(qū)，出露地層以風(fēng)積沙、黃土、砂卵礫石等第四系沉積物及石灰?guī)r、花崗巖、變質(zhì)巖和砂泥巖等為主，區(qū)內(nèi)水土流失類型復(fù)雜多樣，有水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕等類型，水土流失強度屬中度流失，侵蝕模數(shù)為9800 t/km2·a。

2.2 項目區(qū)水土保持現(xiàn)狀

安塞縣是黃河中上游水土流失最嚴重的地區(qū)之一。建國后，安塞縣堅持不懈地開展天然林保護、退耕還林還草工程等，使得全縣林木覆蓋率達到30%以上，固定和半固定沙地已占到沙地總面積的86%，實現(xiàn)了區(qū)域性的荒漠化逆轉(zhuǎn)，初步治理水土流失面積0.15萬km2，占水土流失面積的58.18%，年入黃泥沙量減少為2.90億t。本項目所經(jīng)區(qū)域大多是水土流失較為嚴重的地區(qū)，當(dāng)?shù)卣腿嗣袢罕娫诜乐嗡亮魇н^程中積累和創(chuàng)造了豐富經(jīng)驗，取得了適合當(dāng)?shù)貤l件的防風(fēng)固沙、山地丘陵綜合治理、小流域綜合治理等防止水土流失治理成果。

3 水土流失預(yù)測分析

3.1 擾動地表、損壞水土保持設(shè)施預(yù)測

根據(jù)主體工程初步設(shè)計報告和現(xiàn)場勘察，項目建設(shè)過程中損壞原地貌、植被主要由于管線作業(yè)帶和施工場地內(nèi)大量土石方工程的開挖回填、施工便道開挖填筑、工藝站場平整、棄渣場壓埋等建設(shè)擾動活動。經(jīng)計算，陜京天然氣干線輸氣管道工程建設(shè)占壓、擾動、損壞地表面積為3431.47 hm2，其中占壓、擾動旱地1559.04 hm2、沙地605.12 hm2、林地815.55 hm2、灌木林79.18 hm2、草地281.31 hm2。其中陜西省安塞縣142.21 hm2。

3.2 棄渣量預(yù)測

本工程土石方開挖總量1972.79萬m3，回填方總量1828.7萬m3，棄方量144.09萬m3。在144.09萬m3棄方量中，管溝回填余方（表層熟土）127.87萬m3，站場余方1.16萬m3，山體隧道穿越棄渣7.25 m3，河道定向鉆穿越產(chǎn)生的7.81萬m3。管溝回填余方（表層熟土）127.87萬m3，就近調(diào)出4.62萬m3，用于安塞、托克托、烏蘭察布、張家口、延慶站壓氣站的場地回填，剩余部分及站場余方結(jié)合土地整治均勻回覆在管溝上厚20～25 cm，就可全部利用。山體隧道穿越棄渣7.25萬m3，設(shè)置專門的棄渣場堆存。河道定向鉆穿越產(chǎn)生的7.81萬m3，就地深埋處理。

3.3 水土流失量預(yù)測

水土流失預(yù)測時段分為建設(shè)期（施工準備期和施工期）和自然恢復(fù)期二個時段。建設(shè)期從項目施工準備期到施工結(jié)束；自然恢復(fù)期根據(jù)項目區(qū)所處的地貌類型和氣候特點，確定鄂爾多斯高原、土默川平原地區(qū)按3年計，陰山燕山山地和華北平原區(qū)按2年計。項目區(qū)水土流失成因復(fù)雜、類型多樣，本方案采取實地調(diào)查法、引用資料法、類比實測法相結(jié)合的方法，進行水土流失強度和水土流失量預(yù)測。經(jīng)預(yù)測，其面積是1688.36 hm2，施工擾動前、后土壤侵蝕模數(shù)，以及預(yù)測時段的基礎(chǔ)上，預(yù)測項目建設(shè)可能造成的水土流失量為91.77萬m3，新增水土流失量51.45萬t，其中施工期新增32.93萬t，自然恢復(fù)期新增18.52萬t。

4 水土保持措施布設(shè)

管線在安塞主要經(jīng)過黃土高原和平原區(qū)，按防治分區(qū)和措施類型防治措施布設(shè)如下：

4.1 黃土高原防治區(qū)

4.1.1 工程措施

管道沿黃土梁峁敷設(shè)時，結(jié)合管溝夯實回填，將作業(yè)帶整治成隔坡梯田或水平臺地；在作業(yè)帶上方布置坡面截排水溝；布置填土草袋護坡措施。管道穿越黃土沖溝時，在溝頭布設(shè)溝頭防護工程，下游布設(shè)土石谷坊，控制溝岸擴張、溝頭前進、溝底下切。管道采用頂管或頂箱涵穿越鐵路后，對挖損的道路排水溝進行恢復(fù)。在站場周邊布置排水溝攔截來水，在站場內(nèi)布設(shè)雨水集蓄利用工程，集蓄的雨水可用于灑水降塵和澆灌草地。對施工道路路面3.5 m范圍內(nèi)采取礫石壓蓋措施，路基在沙質(zhì)邊坡及坡腳以外10 m范圍內(nèi)布置沙障固沙工程。對各類臨時占地可恢復(fù)的地類，待施工結(jié)束后進行土地整治，恢復(fù)原

圖1 沿等高線敷設(shè)時管線作業(yè)帶整治成水平臺地示意圖

管道在黃土丘陵坡面順坡或斜向敷設(shè)時，結(jié)合管溝回填，將作業(yè)帶沿管道敷設(shè)方向修成隔坡臺地，后用表土覆蓋，成為林草用地。隔坡臺地地面坡度15°～25°時，田面寬5 m～10 m，斜坡寬15 m～20 m。黃土丘陵坡面整地工程量見表1，坡面整地工程典型設(shè)計見圖1。管道頂面埋置在田面下不小于1.0 m的深。

除梯田整治外，工程措施還有布設(shè)草方格、漿砌石等，具體建設(shè)內(nèi)容工程量按類型統(tǒng)計如下：布設(shè)草方格沙障固沙面積803.30 hm2、1867.33萬延米；作業(yè)帶坡面整地（梯田和隔坡梯田）47.28 hm2；填土草袋護坡3250 m，填土草袋27300 m3；漿砌石護岸768m，漿砌石工程量4959 m3；土谷坊3085 m/205座；輸氣站場雨水集蓄利用工程1處；礫石壓蓋路面51.56 hm2；整土地利用類型。

(1)坡面整地工程：管道在黃土梁峁坡沿等高線（橫坡）敷設(shè)且地面坡度在15°以下時，結(jié)合管溝回填，將管道作業(yè)帶分段平整成水平臺地，再覆蓋前期剝離的表層熟土，恢復(fù)成林草用地。沿等高線敷設(shè)時管線作業(yè)帶整治成水平臺地見圖1。

圖1中：θ為原地面坡度，（°）；α為田坎坡度，（°）；H為田坎高度，m；H=Bxsinθ；Bx為原坡面斜寬，m；Bx=Hcosθ；b為田坎占地寬，m。b=Hcota；Bm為田面毛寬，m；Bm=Hcota；B為田面凈寬，m；B=Bm-b=H(cotθ-cota)

當(dāng)挖填方相等時，梯田挖方和填方量按下式計算：治各類土地465.44 hm2，回覆表土721934 m3。

表1 管道沿黃土丘陵坡面敷設(shè)時作業(yè)帶整地工程量表

4.1.2 植物措施

對作業(yè)帶管溝上方10 m寬范圍內(nèi)撒播草籽恢復(fù)植被、管溝兩側(cè)區(qū)域除管線經(jīng)過的庫不齊沙漠區(qū)域（流動沙丘區(qū)）種草外，其他區(qū)域采取造林種草措施恢復(fù)植被；對站場空閑地及站場道路進行綠化；施工便道臨時占地種草恢復(fù)植被；供電工程的塔基區(qū)、牽張場等擾動區(qū)域人工種草恢復(fù)植被。本區(qū)植物措施工程量按類型統(tǒng)計如下：本區(qū)布設(shè)植物措施面積949.85hm2，共用各類喬灌苗木1227.78萬株、草籽47004 kg。其中綠化面積0.94 hm2，栽植喬木苗953株；恢復(fù)植被面積948.91 hm2。

4.1.3 臨時措施

對各工程區(qū)剝離的表土，以及管溝開挖、頂管穿越頂出土、建筑物基礎(chǔ)開挖等產(chǎn)生的臨時土方采取集中堆放，并用彩鋼板、編織袋裝土擋墻、防塵網(wǎng)等加以攔擋和保護。管道穿越有常流水的河道采取土石圍堰和導(dǎo)流渠進行施工導(dǎo)流，管道敷設(shè)完成后應(yīng)及時拆除圍堰并將拆除土料運回原處回填管溝。在站場閥室及其臨時堆土周邊布置臨時土質(zhì)排水溝，在排水溝末端布置臨時沉沙池。本區(qū)剝離和保護表層熟土21.46萬m2；彩鋼板攔擋16366 m；編織袋裝土臨時擋墻39656 m2；防塵網(wǎng)苫蓋面積531.49 hm2；河道大開挖穿越修筑、拆除土石圍堰5784 m，填筑土石料3.47萬m3，開引導(dǎo)流渠2315 m；修筑臨時土質(zhì)排水溝1230 m；布設(shè)大小臨時沉沙池9個。

4.2 平原防治區(qū)

4.2.1 工程措施

管道作業(yè)帶穿越工程施工場地、站場閥室、施工便道、供電工程等施工完成后進行土地整治，覆蓋表層熟土，恢復(fù)原土地利用類型；施工道路路面3.5 m范圍內(nèi)礫石壓蓋，對挖損的溝渠、道路排水溝等按原標準進行修復(fù)；站場閥室周邊布設(shè)排水溝。本區(qū)布設(shè)工程措施的工程量如下：整治各類土地390.93 hm2，回覆表土26.43萬m3；漿砌石護岸459 m，漿砌石工程量1521 m3；礫石壓蓋路面0.57 hm2，修復(fù)土質(zhì)溝渠135 m。

4.2.2 植物措施

管道作業(yè)帶上方10m范圍內(nèi)人工種草、管溝兩側(cè)造林種草恢復(fù)植被；對站場空閑地植樹種草、站場道路栽植行道樹進行綠化；施工道路兩側(cè)擾動區(qū)域人工種草恢復(fù)植被。本區(qū)布設(shè)植物措施工程量按類型統(tǒng)計如下：布設(shè)植物措施面積43.33 hm2，共用喬灌苗木16.64萬株、草籽2840 kg。其中綠化面積0.60 hm2，栽植喬木苗288株；植被恢復(fù)面積42.73 hm2。

4.2.3 臨時措施

對各防治分區(qū)臨時占地范圍內(nèi)耕地、林草地等區(qū)域進行表土剝離和保護，并集中堆放，加以蓋護。本區(qū)布設(shè)臨時措施工程量按類型統(tǒng)計如下：剝離表層熟土28.07萬m3；編織袋裝土臨時擋墻19638 m3、彩鋼板攔擋長度3223 m、面積7690 m2、防塵網(wǎng)苫蓋173.36 hm2。

5 結(jié)論

陜京天然氣干線建設(shè)過程中，存在大規(guī)模的管溝開挖回填、場地清理、道路修建和渣土棄置等活動，為了預(yù)防和治理工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的新增水土流失，保護和合理利用水土資源，改善生態(tài)環(huán)境，通過分析水土流失量，提出科學(xué)的工程措施、植物措施和臨時措施，可以有效地降低區(qū)域生態(tài)惡化的風(fēng)險，建議盡早實施。

S157.1

B

1673-9000（2017）02-0136-03

2016-12-11

周曉飛，（1979-），男，陜西延安人，工程師，主要從事水土保持工作。