草方格固沙技术在国外管道工程中的应用

龙艳华 李洪印 杨成刚 邓君富

1. 成都大学师范学院，四川 成都 610106；2. 中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司，四川 成都 610041；3. 四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川 成都 610041

0 前言

土库曼斯坦油气资源十分丰富，对中国未来能源战略布局的影响深远［1］。但是管道建设对生态破坏严重，常常造成严重的水土流失，水土流失反过来又威胁到管道安全。为了做到能源建设可持续发展，因地制宜地采用最合适的水工保护措施。

1 我国沙漠地区的水工保护措施

目前我国天然气管道工程项目很多,如西气东输、陕京线、中卫至贵阳联络线等。而我国的天然气资源主要集中在西北等地，许多长输管道不可避免穿越沙漠地区。由于沙漠地区生态、植被特殊，如果不采取有效措施，一旦破坏将很难恢复。沙漠地区管道工程的水工保护工程设计应符合环境保护的要求，遵循以防为主、防治结合的原则，采取合理有效的工程措施。

风沙地区根据不同区域沙漠类型及风蚀地貌类型进行防护设计，根据多年的风沙地区水工保护经验，总结出了风沙地区常用的水工保护措施为：砾（碎）石覆盖、沙障、植物措施、草方格或化学固沙等风沙治理措施［2］。

2 项目管道水工保护措施比选

2.1 水文情况及地形地貌特征

2.1.1 水文情况

土库曼斯坦某气田区块内部集输管道和外输管道所在区域内共有穆尔加布河、卡拉库姆河两条主要河流，还有多条大型灌溉渠和小型灌溉渠，干管排水网较为发达，在沙漠滩地孔隙潜水及河谷冲积层潜水的地下水位较浅，一般不深于2 m，水源充分，有利于植物生长。 工程所在区域内植物种类繁多，河滩上树木林立，河谷灌溉区种植有经济作物，其余地区多为芦苇丛生的土壤盐渍地和盐碱地。

2.1.2 地形地貌特征

工程所在区域内的波状沙丘表面植被覆盖度5%～45%不等，外输管道经过的绝大部分地段均属该地貌；风沙滩地多有植物覆盖，地下水埋藏较浅，抗风蚀能力较强；河滩地形平坦，大部分为农田，地下水埋藏浅。

2.2 水工保护措施比选

2.2.1 土库曼斯坦规范的水工保护方案

根据土库曼斯坦国家规范СНиП2.05.06-85*《大型管线》［3］第5.6 条规定：“对管线上面的新月沙丘和离管线中心线两侧不小于10 m 距离的地带，应用黏结剂（甘油磷酸钙、裂化渣油等）予以黏固。”

黏结剂在土库曼斯坦属于需要进口的化学品，成本较高；通过海关的检验时间较长；在铺设过程中需要大型机械辅助进行，建设成本较高；此类黏结剂在土壤表面经过风沙侵蚀，会随着风沙移动，影响生态环境。此方案不予采用。

2.2.2 黏土铺设方案

土库曼斯坦地处卡拉库姆沙漠腹地，80%的领土被卡拉库姆沙漠覆盖。因此黏土作为农业耕作的优良介质，在土库曼斯坦是很珍贵的，如果要用大量黏土铺设管道表面，必将破坏大量耕地；同时，铺设黏土成本较高，需用大型机械，易对管道周围的原状土造成破坏。从环保及生态保护的角度考虑，该方案不推荐采用。

2.2.3 草方格防风固沙技术

草方格防风固沙是一种直立式沙障［4］，是利用废弃的麦草（芦苇）一束束呈方格状铺在沙上，再用铁锹轧进沙中，留麦草（芦苇）的1/3 或一半自然坚立在四边， 然后将方格中心的沙子拨向四周麦草（芦苇）根部，使麦草（芦苇）牢牢地植入沙地。网状的草方格环环相扣，形成沙漠防护带。

草方格防风固沙技术的原理和作用［5］是增加地表粗糙度，改变其上风速轮廓线，从而减弱贴地面层风速，增加风阻，降低实际风力作用的有效性，控制风蚀。草方格主要用于流沙固定，阻滞沙丘前移，由于风阻增大，地面风速大大降低，从而减少了扬沙量，削弱风动沙活动强度，有效地制止沙丘移动。在新设置的草方格上，当风沙流经时，均有漩涡产生并有积沙现象。

本工程所在区域内的卡拉库姆河及穆尔加布河河滩及两岸芦苇丛生，河谷灌溉区种植有大量小麦，小麦的麦梗和芦苇为采用草方格防风固沙技术提供了充足的原材料，且这些原材料都是可再生的环保材料。

草方格施工安全、简易，可就地取材，在设计文件和技术人员的指导下，没有任何草方格建设技术经验的人员均可参加施工。

综合考虑，草方格防风固沙技术为本工程管道防风固沙的最佳方案。

2.3 草方格防风固沙的设计与施工

2.3.1 原材料处理

本工程中易得的原材料有芦苇和麦草，在原材料运到施工现场之前，应将芦苇、麦草充分压碾以变柔。

2.3.2 草方格尺寸设计

草方格设计主要是对草方格尺寸的确定，是对草方格沙障尺寸的简单模型［6］进行分析。在地形起伏不大的沙面上采用1 000 mm×1 000 mm 草方格最为合理；在风能较小的平坦沙地可以灵活地放大草方格规格；在迎风坡，因地形的倾斜，沿等高线的草带要加密，原则上L ≤h/sinα（L 为草袋间距， mm；h 为草的露出高度， mm；α为地形坡度，度）。根据本工程的实际情况，把草方格尺寸定为1 000 mm×1 000 mm［7］。

2.3.3 草方格施工及注意事项

现场规划好扎草方格的位置后，将芦苇或麦草截成段（500 mm），沿位置线均匀摆好，将芦苇根部沙子踩紧，并用铁锹将方格中心沙子向外扒，使方格内形成浅弧形洼地，掌握芦苇外露高度为150～250 mm 的原则。

在施工过程中，草方格栽植应均匀连续、疏密相间；栽植区域内的地面应修整平顺，再栽植草方格以确保栽植的外观及防护效果；栽植的草方格应基本垂直地面（或坡面），宽度方向应垂直管道走向或主风向；栽植的草方格根部应踏实，草方格内的沙土不得有虚散现象；栽植的草方格顺管道走向每隔30～40 m 设置一处1 m 宽的防火隔离带；施工现场严禁携带火种；不得随意破坏当地脆弱的生态，取弃土不得随意堆放，在防治沙害的同时，应注重环境保护，保护管道两侧地表原有植物和地表硬壳。

草方格施工见图1。

2.4 草方格效果展示

在草方格形成的风积环境条件下，细粒沙物质能够将落在沙表面的植物种子埋积起来，便于植物种子萌发生长，草方格中细粒物质增多，使沙面紧实，能够将夜间空气中凝结水分蓄积在沙层表面，不至于很快下渗到沙层下部，一定程度上为浅根植性先锋植物种的生长提供了短暂水分供应，从而为沙生植物提供了有效的生长环境，见图2～5。

3 结论

图1 草方格施工图

图2 正在施工的草方格

图3 草方格中已经长草

图4 公路两侧草方格非常美观

图5 草方格与沙生植物有机结合

草方格防风固沙技术作为一种成熟的防风固沙技术，对控制沙丘、保护管道、治理环境的效果显著，在土库曼斯坦的管道工程中可以完全替代砾（碎）石覆盖、化学固沙、黏土覆盖等固沙技术，可大幅度降低工程成本。施工后的草方格防风固沙带可与沙生植物有机结合，使被破坏的作业带达到绿化效果，形成自然生态带。其施工的简便性为土库曼斯坦增加了大量的劳动就业机会。 虽然土库曼斯坦建设单位只是对草方格防风固沙技术做了初次尝试，但在未来的天然气管道工程中，我们将进一步向其推广这种绿色环保的防风固沙思想，与其分享多年的管道工程防风固沙实践经验，为土库曼斯坦后续能源建设的可持续发展做出努力。

［1］陈怀龙，钟水清，余志清，等. 土库曼斯坦油气资源对中国未来能源战略布局的影响研究［J］. 钻采工艺，2005, 28(6): 31-35.Chen Huailong, Zhong Shuiqing, Yu Zhiqing, et al. Affection Research on the Future Energy Strategy Distribution of China Affected by Turkmenistan Oil and Gas Resource［J］. Drilling & Production Technology, 2005, 28(6): 31-35.

［2］SY 6793-2010，油气输送管道线路工程水工保护设计规范［S］. SY 6793-2010, Design Code for Hydraulic Protection in Oil and Gas Transmission Pipeline Route Engineering［S］.

［3］СНиП2.05.06-85*，大型管线［S］. СНиП2.05.06-85*，Big Pipeline ［S］.

［4］GBT16453.5-2008，水土保持综合治理技术规范+风沙治理技术［S］.GBT16453.5-2008, The Comprehensive Control of Soil and Water Conservation Technical Specification + Sand Control Technology［S］.

［5］袁汉秀.防风固沙草方格在酒航公路中的应用［J］.甘肃科技，2011, 27(9): 71-73.Yuan Hanxiu. Application of Windbreak and Sand Fixation Straw Checkerboard Barriers in Jiuhang Road［J］. Gansu Science and Technology, 2011, 27(9): 71-73.

［6］王振亭，郑晓静. 草方格沙障尺寸分析的简单模型［J］.中国沙漠, 2002, 22(3): 229-232.Wang Zhenting, Zheng Xiaojing. A Simple Model for Calculation Measurements of Straw Checkerboard Barriers ［J］. Journal of Desert Research, 2002, 22(3): 229-232.

［7］卢广伟. 草方格沙障在七墩滩风沙治理中的应用［J］.甘肃水利水电技术，2007, 43(3): 88-89.Lu Guangwei. Application of Straw-checkerboard Barriers in Controlling of Qiduntan' s Wind-Drift Sand［J］ . Gansu Shuili Shuidian Jishu, 2007, 43(3): 88-89.