楚雄至攀枝花天然气管道工程水土流失防治研究

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　　摘 要：天然气管道工程建设对推动国民经济持续发展具有重要战略意义，但建设过程中会造成工程区内植被破坏，产生大量水土流失，制约区域经济可持续发展。本文以楚雄至攀枝花天然气管道工程（下文中简称为“楚攀管道工程”）为例，分析了天然气管道工程的水土流失特点及潜在水土流失危害，研究提出了河谷阶地区和中低山区天然气管道工程的水土流失防治措施体系和施工工艺;同时，对天然气管道工程的水土流失防治提出了一点思考。在相同地貌类型区域，研究成果对于建设此类工程时的水土流失防治工作具有重要的参考价值和指导意义。
　　关键词：管道工程;施工工艺;水土流失;防治措施体系
　　中图分类号：S157.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）10-0095-03
　　天然气是重要的清洁能源，通过管道运输天然气的方式具有一次性投资少、运输量大、运输成本低和安全性高等特点[1]。然而，天然气管道工程建设将严重破坏工程沿线原有的地形、地貌和植被，尤其会加重管道沿线区域的水土流失，导致生态系统严重退化的潜在风险[2-4]。因此，分析管道工程建设造成水土流失特点并探讨其水土流失防治措施体系就显得十分必要[5]。本文以西南土石山区的楚雄至攀枝花天然气管道工程为案例，对施工工艺和水土流失特点及危害进行了分析和研究，该工程按项目区地貌区划被分成河谷阶地区和中低山区2个一级水土流失类型防治区，根据以上区划提出针对性较强的水土流失防治措施体系。最终，将水土保持工程经验，推广到对于相近地貌条件下的此类项目中。
　　1 项目概况
　　1.1 工程规模与特性
　　楚攀管道工程首站为中缅天然气管道楚雄分输站，末站设在攀枝花仁和区;本工程干线管道路基本为由南而北方向，沿途经过云南省楚雄州、四川省攀枝花市。项目工程管道总长185.6km，其中云南省楚雄州管长148km，四川省攀枝花市管长37.6km。工程共设工艺站场1座，维修站1座，设线路阀室4座，4座为监控阀室，8座为监视阀室。全线管道管径为Φ610mm，设计压力6.3Mpa。整个工程涉及的跨越合计260处。新建伴行道路66.19km，改扩建道路66.96km，整修地方道路36.05km，施工便道30.93km。
　　1.2 工程占地及土石方
　　工程占地467.29hm2，其中永久占地94.04hm2，临时占地373.25hm2;工程土石方开挖346.18万m3，借方0.33万m3，回填247.43万m3，废弃99.08万m3（其中永久弃渣26.99万m3，剥离表土72.09万m3）。
　　1.3 项目区概况
　　项目全线海拔高度在1000～2102m之间，跨越中低山区、河谷阶地区等两大地貌类型区，沿途地形主要为低山、丘陵、沟谷、谷底，其间穿越龙川江、勐岗河、大河、永定河等河流。项目区所属的气候类型为云南省低纬高原季风气候区及四川省南部亚热带季风气候区，土壤以红壤、紫色土、燥红土、棕壤、水稻土为主，植被类型为高原亚热带北部常绿阔叶林，其灌木及草类植物主要是非地带性的植被，包括干热河谷稀树灌木草丛及干热灌草丛，林草覆盖率为37.9%。
　　1.4 防治责任范围及防治分区
　　项目区水土流失防治责任范围面积为818.46hm2，其中项目建设区467.29hm2，直接影响区351.17hm2。
　　按地貌类型，项目区被划分为河谷阶地区和中低山区2个一级水土流失类型防治区。根据工程组成和施工工艺，河谷阶地区被细分为管道作业带区、隧道穿越区、河流穿越区、公路及铁路穿越区、道路工程区、站场阀室区、弃渣场区、取土场区等8个二级防治区;中低山区被细分为管道作业带区、河流穿越区、公路及铁路穿越区、道路工程区、站场阀室区和弃渣场区等6个二级防治区。
　　2 项目区水土流失特点
　　2.1 总体特点
　　（1）工程为线型工程，扰动区域为管线作业带区，其造成的水土流失呈线状分布[6，7];
　　（2）流失时段相对集中于施工期，尤其是雨季[8]，但高强度的流失区域例如管沟开挖、回填及土石方临时堆存区域的分布相对不集中[9];
　　（3）管道工程作业带较窄，但线路较长、涉及的穿越次数多，因此单位流失量不大、但流失总量大[9];
　　（4）开挖高陡边坡容易引发崩塌滑坡，因此必须对需开挖的高陡边坡提前设置挡土墙等防护措施;
　　（5）在施工前需对表土进行精准剥离，并在临时堆存期间设置保护措施，以保护当地珍贵的表土资源;
　　（6）当地的土壤侵蚀类型往往是以水蚀为主的混合侵蚀，因此需强化水保措施。
　　2.2 河谷阶地
　　本项目的河谷阶地区属于微度侵蚀区，该防治区与河流相邻，地势起伏程度有限，鲜有高陡边坡，侵蚀类型主要是由河流冲刷造成的轻微水蚀。由于本项目存在隧道、河流、公路及铁路的低海拔穿越，主体工程设计中设置隧道洞脸、围堰、顶管及箱涵等，因此水土保持专业需配套包括拦挡及覆盖的临时防护措施。
　　2.3 中低山地
　　本项目的中低山区属于轻、中度侵蚀区，海拔为500～3500m，仅涉及小型河流和坝塘，地面径流规模有限，侵蚀类型以由降水造成的水蚀为主，并伴有风蚀，局部可能存在季节性的冻融侵蚀。此外，本项目还存在河流、公路及铁路的高陡边坡穿越，因此，较河谷阶地而言，该防治区的水土流失程度会明显更高。
　　3 分区防治措施
　　3.1 河谷阶地区
　　（1）管道作业带。新增水保措施包括施工前的剥离表土及临时排水沟（梯形断面，底宽0.3m，深0.4m，边坡1：0.5，下同）;施工结束后的回覆表土，耕地复垦，对占用林草地的恢复植被，恢复及新建排水设施（下同）。
　　（2）隧道穿越区。主体工程已考虑隧道洞脸的防护，隧道穿越产生的弃土（石）渣设堆放于专门的弃渣场，防治措施在渣场区专门设计。新增水土保持措施是施工前的表土剥离，施工期间的临时拦挡及临时覆盖（采用彩条布，下同），施工結束后的表土回覆、土地平整及植被恢复。 　　（3）河流穿越区。新增水保措施包括施工前布置围堰时的河道边坡防护;施工期间，对临时土堆采取的临时拦挡和临时覆盖;施工结束后的土地整治和植被恢复。
　　（4）公路及铁路穿越区。新增水保措施包括施工前的表土剥离及临时覆盖，施工结束后的表土回覆和耕地复垦。
　　（5）道路工程区。新增水保措施包括施工前的表土剥离和临时苫盖;施工期间对填方边坡布置的临时拦挡及对便道内侧布设的临时排水沟;施工结束后的表土回覆，耕地复垦及按原地貌对占用林草地的恢复植被。
　　（6）站场阀室区。新增水保措施包括施工前的表土剥离，临时拦挡、排水及苫盖;施工结束后的表土回覆，对阀室周边的永久排水沟及沉沙池，对阀室周边开挖回填坡面的植草护坡。
　　（7）弃渣场区。新增水保措施包括施工前的表土剥离，对渣场四周的拦挡措施（主要为浆砌石重力挡墙）及截水沟;临时弃渣结束后，进行土地平整及植被恢复。
　　（8）取土场区。新增水保措施包括取土前的表土剥离、集中堆放及临时拦挡和苫盖等防护;取土过程中，在取土场周边的临时排水沟;施工完毕后的表土回覆、土地平整，耕地复垦，对占用林草地的恢复植被。
　　3.2 中低山区
　　（1）管道作业带区。①土地整治。新增水保措施包括施工前的剥离表土、临时覆盖，施工结束后的表土回覆。②山地顺坡综合治理措施。当顺坡坡度<25°时，施工结束后：若原地貌为梯坪地，则将山地恢复成梯坪地，并恢复田坎与渠道，布置截排水沟;若原地貌为坡耕地，则实施坡改梯等工程;若原地貌为林地，则恢复植被。当坡度>25°时，施工结束后恢复植被。在顺坡上游流向管沟的两侧布置临时排水沟，施工结束后改建成浆砌石排水沟，使之与周边自然沟道相接。③山地横坡综合治理措施。管道沿丘陵、山地敷设时，在平行于等高线的管道作业带上方布置浆砌石截水沟（规格同河谷阶地区）。
　　（2）河流穿越区。新增水保措施包括施工前的漿砌石工程护岸，表土剥离、临时拦挡及覆盖;施工结束后的表土回覆，耕地复垦，对占用林草地的恢复植被。
　　（3）公路及铁路穿越区。新增水保措施包括施工前的表土剥离、集中堆放，临时拦挡及覆盖，施工结束后的表土回覆，耕地复垦，对占用林草地的恢复植被。
　　（4）道路工程区。①伴行道路。新增水保措施包括施工前的表土剥离和边坡的浆砌石截水沟，施工结束后的表土回覆及植被恢复。②施工便道。新增水保措施包括施工前的表土剥离、临时拦挡及苫盖，施工期间对填方边坡布置的临时拦挡及对便道内侧布设的临时排水沟，施工结束后的表土回覆，耕地复垦，对占用林草地的恢复植被。
　　（5）站场阀室区。新增水保措施包括施工前的表土剥离、临时拦挡及苫盖;施工过程中，阀室周边的永久排水沟及沉沙池（连接到天然箐沟）、开挖回填坡面的综合护坡和植草护坡，进站道路坡脚的排水沟（连接到已有的道路排水系统）;施工结束后的表土回覆、土地整治和景观绿化。
　　（6）弃渣场区。新增水保措施包括施工期的表土剥离、临时拦挡及苫盖等防护，渣场四周的挡渣墙及截排水措施;弃渣结束后的土地平整及植被恢复。
　　4 对天然气管道工程水土流失防治的思考
　　4.1 重点关注的施工过程
　　在天然气管道工程中，对地表扰动最大的施工过程是管沟的开挖和弃渣的堆放，产生的水土流失类型主要为面蚀和沟蚀，还有崩塌、滑坡、泻溜和泥石流等[10]。因此，针对以上两个过程，需要重点布置防护措施。
　　4.2 防治工作理论重点
　　根据径流调控理论[11]，减少坡面径流是该类工程水土保持防治工作的关键。例如：工程措施中的挡墙、护坡和土地整治等通过改变微小地形，使降雨入渗增加，延缓地表径流产生，以此减少水土流失量;植物措施中的水平沟整地、鱼鳞坑整地、块状整地和树盘整地等通过避免雨滴直接击打地面，以此减少水土流失量;临时措施则主要依靠临时种草、临时排水沟等措施来避免施工期间暴雨对管道开挖回填裸露面的冲刷或阻止地面径流的快速形成[11]。近年来，由聚丙烯为原料制成的生态带结构被引入水土保持治理工作中[12]。
　　5 结语
　　我国管道运输工程建设较发达国家还有很大差距[13]，未来市场广阔，潜力巨大。然而，根据估算，每建设1公里的管道将新增水土流失量355吨[7]，因此管道工程建设中科学、合理的水土流失防治措施迫在眉睫。本文以楚雄至攀枝花天然气管道工程为例，对管道工程建设施工工艺进行了详细的介绍，分析了施工过程中可能造成水土流失的特点，并结合项目区地形地貌，提出了针对性的防治措施体系。笔者认为，要防治管道工程建设造成的水土流失，首先应合理安排施工工期，充分运用探索新手段新技术，减少工程施工扰动面;然后因地制宜、因害设防，布设水土流失防治措施，做到“措施到点，措施到时”;最后必须做好工程施工管理，确保水土保持措施实施，将“三同时”制度落到实处。
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