粵北天然氣管道工程水土流失防治探討

［關(guān)鍵詞］ 水土流失；預(yù)測；防治措施；天然氣管道工程

［摘 要］ 以粵北天然氣管道工程為例，通過分析工程水土流失部位，采用數(shù)學(xué)模型法預(yù)測土壤流失量，結(jié)果表明：直埋施工區(qū)和施工道路區(qū)是水土流失重點區(qū)域；結(jié)合防治分區(qū)特點，綜合布設(shè)攔擋、排水、覆蓋等措施，可有效控制土壤流失；在工程建設(shè)期間應(yīng)加大水土保持措施落實力度，重視水土保持管理工作，為防治水土流失和保護生態(tài)提供充足保障。

［中圖分類號］ S157.7" [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] C" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.12.006

［引用格式］ 莫斌，朱世海，史卓琳，等.粵北天然氣管道工程水土流失防治探討[J].中國水土保持，2024（12）：16-18，41.

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、“煤改氣”政策的實施及能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化推進(jìn)，人們對天然氣能源的需求不斷增加，輸氣管道工程建設(shè)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局2022年1月發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，2020—2025年全國油氣管網(wǎng)規(guī)模將從17.5萬km增加至21萬km，并將全面推進(jìn)燃?xì)夤艿览匣赂脑?，重點改造城市不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、存在安全隱患的燃?xì)夤艿馈？梢?，未來很長的一段時間內(nèi)，我國仍將建設(shè)和改造大量輸氣管道工程。

輸氣管道具有線路長、擾動面廣、路徑選擇限制性強、跨越工程復(fù)雜等特點^[1]，工程建設(shè)期間的水土流失也存在多樣性、復(fù)雜性和防治難度大等特點。考慮到水土流失會對土地資源、生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、河道防洪等帶來不利影響^[2]，本研究以粵北天然氣管道興連項目為例，探討管道工程水土流失重點區(qū)域及水土流失防治措施要點，以期為同類項目水土保持工作開展提供參考。

1 工程概況

粵北天然氣管道興連項目起于興寧分輸站，終點分別為和平末站和連平末站，沿途經(jīng)梅州市興寧市、五華縣，河源市龍川縣、和平縣、連平縣。管線總長^156.6 km，其中：興寧—林寨段長90.5 km，管徑^323.9 mm；林寨—和平段長28.6 km，管徑219.1 mm；林寨—連平段長37.5 km，管徑219.1 mm。輸氣管道全線穿越大中型河流3處共1 975.3 m，鐵路6處共480 m，高速、國道、省道及縣道11處共580 m，鄉(xiāng)道43處共^{1 075} m，魚塘38處共1 827 m，小型河流、溝渠34處共538 m，沿線設(shè)4座站場和5座閥室，需新建站場、閥室進(jìn)站道路1 093 m。工程總占地面積205.05 hm²，總挖方201.05萬m 總填方199.06萬m 借方0.04萬m 余方2.03萬m³。工程于2023年9月開工，計劃總工期14個月。

工程所在地和平縣、連平縣屬東江上中游國家級水土流失重點預(yù)防區(qū)，興寧市、五華縣、龍川縣屬粵閩贛紅壤國家級水土流失重點治理區(qū)，此外興寧市（新陂鎮(zhèn)、葉塘鎮(zhèn)）屬寧江水土流失重點治理區(qū)，五華縣（華城鎮(zhèn)）屬琴江五華河水土流失重點治理區(qū)。

2 水土流失分析

2.1 水土流失部位

1）站場及閥室區(qū)。工程設(shè)4座站場和5座閥室，占地面積共計3.45 hm²。管道沿線以丘陵地貌為主（占比達(dá)75%），為減少耕地占用，站場及閥室需盡量布設(shè)在坡地上，因此其建設(shè)將產(chǎn)生一定的挖填邊坡。經(jīng)統(tǒng)計，工程建設(shè)產(chǎn)生的平臺面積約1.88 hm²，邊坡面積約^1.57 hm²（其中挖方邊坡0.88 hm²、填方邊坡^0.69 hm²），挖方邊坡坡比按不陡于^1∶1.0控制，填方邊坡坡比按不陡于1∶1.5控制。為減少棄方產(chǎn)生，場區(qū)以移挖作填、就近利用為準(zhǔn)則。施工產(chǎn)生的裸露邊坡，特別是填方邊坡，土質(zhì)松散、黏聚力小、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，如不能采取及時有效的防護措施，遇降雨則可能引發(fā)邊坡塌陷等水土流失事件，威脅場區(qū)安全。

2）直埋施工區(qū)。直埋施工區(qū)的場地平整、基槽挖填、臨時堆土等過程均會加劇水土流失^[3]。管道沿線經(jīng)過地段一般采用直接開挖埋設(shè)，直埋施工段長^152.87 km，面積共計141.07 hm²。開挖的管溝底寬1.0～2.4 m，管溝坡度根據(jù)土壤類別、坡頂荷載情況確定，坡比在垂直至1∶1.25之間，管頂覆土厚度不小于1.2 m。直埋管道開挖和回填量均為163.65萬m 占工程開挖總量的81.4%。開挖土方堆放在管線一側(cè)，最大堆高不超過3 m，管道埋設(shè)后將開挖土方及時回填。直埋施工段穿越地形以丘陵為主，其次為溝谷階地。經(jīng)統(tǒng)計，直埋施工段產(chǎn)生的平臺面積約63.48 hm²，邊坡面積約77.60 hm²，挖方邊坡坡比按不陡于^1∶1.0控制，填方邊坡坡比按不陡于1∶1.5控制。由于產(chǎn)生的邊坡相對集中，因此若邊坡下游無攔擋，則容易在降雨作用下引發(fā)嚴(yán)重的水土流失。此外，直埋施工段穿越溝渠、河流時，需截斷自然水系，圍堰部位直接與水流接觸，長時間浸泡與沖刷也容易產(chǎn)生水土流失。

3）管洞施工區(qū)。輸氣管道施工通過開挖管洞形式穿越較大的水系、等級道路等。工程管洞穿越共62處，施工段長3.73 km，在洞口兩端征用一定區(qū)域作為施工作業(yè)區(qū)，面積共計4.78 hm²。將管卸入工作坑后，通過傳力頂鐵和導(dǎo)向軌道，用支撐于基坑后座的液壓千斤頂將管壓入土層中，被挖掘物質(zhì)通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)用泵排出到達(dá)地表。管洞施工產(chǎn)生的土方量不大，但含水率較高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易受降雨沖蝕而產(chǎn)生水土流失。此外，管洞穿越較大水系時，施工擾動靠近河道管理范圍等敏感區(qū)域，流失的泥沙容易進(jìn)入河道并對其造成不良影響。

4）施工道路區(qū)。為方便施工機械進(jìn)場，需要在沿線道路與施工作業(yè)帶之間修建施工道路。全線施工道路長56.10 km，其中新建28.10 km、擴建28.00 km，占地面積50.52 hm²。施工道路開挖量為26.61萬m³（含表土），占工程開挖總量的13.2%，開挖土方及時回填，不單獨設(shè)堆放場地。施工道路沿管線呈網(wǎng)狀分布，主要布設(shè)于丘陵地區(qū)，普遍存在挖填邊坡。經(jīng)統(tǒng)計，施工道路產(chǎn)生的路面面積約25.20 hm²，邊坡面積約^25.32 hm²。施工道路位于坡地段的，其填方接觸面為邊坡，受上層壓力作用，路基不穩(wěn)定，在降雨作用下容易產(chǎn)生滑塌和水土流失。有研究表明，施工道路是工程建設(shè)水土流失的主要區(qū)域，應(yīng)加強防護措施布設(shè)^[4-5]。

5）施工營地區(qū)。在工程沿線新建站場周邊共設(shè)置51處施工營地，主要為辦公場所、材料倉庫、材料堆放場等施工生產(chǎn)用地，總占地5.25 hm²。施工營地沿管線呈點狀分布，局部存在挖填邊坡。經(jīng)統(tǒng)計，施工營地占地中平地面積約4.85 hm²、坡地面積約0.40 hm²（挖方邊坡0.16 hm²、填方邊坡0.24 hm²）。盡管施工營地區(qū)擾動地表強度及危害程度不如其他區(qū)域，但由于數(shù)量多且分散，施工生產(chǎn)活動頻繁，防護難度大，因此也容易造成水土流失。

2.2 水土流失時段

水土流失時段可分為施工期（含施工準(zhǔn)備期）和自然恢復(fù)期，具體根據(jù)施工進(jìn)度確定。施工期（含施工準(zhǔn)備期）自各單元的施工擾動開始，至施工結(jié)束為止。其中，站場及閥室區(qū)水土流失時段按主體進(jìn)度取1 a；直埋施工區(qū)和管洞施工區(qū)分段施工，取0.5 a；施工道路區(qū)及施工營地區(qū)根據(jù)各工點施工進(jìn)度估算，取1 a。自然恢復(fù)期為施工結(jié)束后未采取水土保持措施條件下，植被自然恢復(fù)，土壤侵蝕逐漸減弱并接近背景土壤侵蝕模數(shù)所需的時間。工程所在地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，水熱條件較好，不同地點年均氣溫19.7～21.4 ℃，年均降水量1 537.7～1 805.5 mm，氣候條件有利于植被恢復(fù)，土壤侵蝕強度接近容許值，故自然恢復(fù)期取1 a。

2.3 水土流失量

2.3.1 土壤侵蝕面積及模數(shù)

工程建設(shè)中可能造成水土流失的區(qū)域包括站場及閥室區(qū)、直埋施工區(qū)、管洞施工區(qū)、施工道路區(qū)、施工營地區(qū)。根據(jù)實地調(diào)查，項目建設(shè)區(qū)及周邊地區(qū)土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，侵蝕形態(tài)主要為面蝕和溝蝕，屬于微度侵蝕區(qū)域。根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項目土壤流失量測算導(dǎo)則》（SL 773—2018）測算擾動后的土壤侵蝕量，得到工程施工期和自然恢復(fù)期侵蝕面積及侵蝕模數(shù)，見表1。

2.3.2 土壤流失預(yù)測

土壤流失預(yù)測是測算在工程建設(shè)擾動地表且不采取水土保持措施的最不利情況下，可能造成的土壤流失量。土壤流失量包括土壤流失總量和新增土壤流失量。土壤流失量預(yù)測結(jié)果見表2。

從表2可以看出，工程可能造成的土壤流失量約^{15 707.88} t，其中新增土壤流失量14 642.49 t；新增土壤流失量中，施工期土壤流失量約14 485.07 t（占比達(dá)98.92%），自然恢復(fù)期土壤流失量約157.42 t（占比^1.08%），故水土流失防治重點在施工期。新增土壤流失量中，直埋施工區(qū)施工期新增土壤流失量約^{7 262.28} t（占比49.60%），施工道路區(qū)施工期新增土壤流失量約6 695.41 t（占比45.73%），這兩個分區(qū)施工期新增土壤流失量合計占比超過95%，是水土流失的重點區(qū)域。分析其原因，兩分區(qū)施工過程中開挖擾動地表強烈，挖填土石方量大，臨時堆土疏松分散，容易遭受降雨沖蝕，土壤侵蝕模數(shù)較大，加之土壤流失范圍較廣，故產(chǎn)生的土壤流失量較大。

3 水土流失防治

3.1 攔擋措施

攔擋措施包含漿砌石或混凝土擋土墻和袋裝土臨時攔擋。在站場及閥室區(qū)挖填邊坡坡腳設(shè)置漿砌石或混凝土擋土墻，可以攔擋不穩(wěn)定邊坡，確保場區(qū)安全。徐學(xué)選等^[6-7]對次降雨條件下溝坡道路的土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果表明土壤侵蝕模數(shù)在45～64 kg/m²之間，而對水平型和凸型路堤采取抗蝕防護工程（如在路邊挖蓄水槽和設(shè)擋土埂等）的減沙效益在80%以上。在直埋施工區(qū)的填方邊坡、管線穿河兩岸邊坡等修建的漿砌石擋土墻可保護邊坡免受雨水沖刷，確保邊坡穩(wěn)定。對坡度小于25°的施工作業(yè)帶土質(zhì)邊坡和全風(fēng)化巖質(zhì)邊坡采用生態(tài)袋護坡，袋內(nèi)裝填含灌草種的種植土，能起到攔擋與防護作用。此外，由于其他回填邊坡及表土堆放區(qū)域也容易受雨水沖刷，土壤流失明顯，因此建設(shè)方案考慮在高填邊坡坡腳和表土堆放區(qū)周圍設(shè)置編織袋裝土臨時攔擋，攔擋回填邊坡和臨時堆土邊坡，可以有效減少土壤流失和確保邊坡穩(wěn)固。

3.2 排水措施

排水措施包含永久截排水溝和臨時排水溝。站場及閥室區(qū)在挖方邊坡上側(cè)和邊坡坡腳處設(shè)置截排水溝以排出上游來水，在圍墻內(nèi)外側(cè)設(shè)置排水溝以排導(dǎo)場地匯水。位于山丘區(qū)的管道工程，有坡面來水時，應(yīng)在開挖邊坡上游外側(cè)設(shè)截水溝，在坡腳設(shè)排水溝以排走匯水。定向鉆施工時，在入土點設(shè)泥漿池，將孔口溢出的泥漿引入泥漿池進(jìn)行沉淀，以避免場區(qū)漫流。此外，為防止臨時場地積水和土壤流失，可在場地周邊布設(shè)臨時排水溝，在排水溝出口設(shè)沉沙池。施工道路主要沿山丘布線，開挖產(chǎn)生的坡面容易被來水沖刷，可在匯水側(cè)布設(shè)臨時排水溝，在排水溝與周邊自然溝道銜接處布設(shè)沉沙池，以確保泥沙截留沉積和匯水順利排導(dǎo)。

3.3 覆蓋措施

覆蓋措施包含部分挖方邊坡的漿砌片石防護、植物防護，綠化區(qū)域的喬灌草覆蓋，臨時裸露邊坡和臨時堆土表面的塑料薄膜覆蓋等。站場及閥室區(qū)存在挖方邊坡，部分較陡的采用漿砌片石防護，其余采用菱形方格網(wǎng)植草防護；對站場及閥室區(qū)圍墻外空地、進(jìn)站道路兩側(cè)空地，采用鋪植草皮綠化；施工作業(yè)帶的挖填邊坡，除漿砌石、生態(tài)袋等防護區(qū)域外，可采用植草防護；管道中心線兩側(cè)5 m范圍外（不含邊坡）考慮栽植喬灌木綠化，其余區(qū)域采用撒播草籽綠化；開挖普通土方、剝離表土臨時堆放、場地平整產(chǎn)生的裸露邊坡，在雨季時可采用綠網(wǎng)苫蓋，以避免雨水沖刷，減少土壤侵蝕；對臨時堆土等區(qū)域，采用彩條布鋪墊保護表土。

4 結(jié)束語

隨著我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與完善，天然氣管道項目得到了快速發(fā)展，但同時項目建設(shè)產(chǎn)生的水土流失問題也應(yīng)引起足夠重視。天然氣管道工程建設(shè)產(chǎn)生的水土流失主要源自站場及閥室建設(shè)、管道埋設(shè)、管道穿越、施工道路及施工營地修建等環(huán)節(jié)。對輸氣管道項目水土流失進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)直埋施工區(qū)和施工道路區(qū)的新增土壤流失量占比超過95%，是水土流失的重點區(qū)域，因此在工程建設(shè)過程中需對這兩個區(qū)域進(jìn)行重點防治，從源頭減少水土流失，同時對工程區(qū)采取攔擋、排水、覆蓋等措施。此外，工程建設(shè)過程中還應(yīng)結(jié)合項目區(qū)水土流失特點，在綜合布設(shè)防治措施的前提下，加強水土保持措施落實力度，重視水土保持監(jiān)測與監(jiān)理工作。

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