河西走廊管道工程水土流失特点及防护措施体系

张 峰，李珍存

(1.甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730021； 2.甘肃省生态环境监测监督管理局，甘肃 兰州 730020)

河西走廊管道工程水土流失特点及防护措施体系

张 峰1，李珍存2

(1.甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730021； 2.甘肃省生态环境监测监督管理局，甘肃 兰州 730020)

河西走廊；管道工程；水土流失；防护措施

河西走廊生态脆弱，自然格局极不均衡，是我国西部能源东送及引进中亚油气资源的必经之路，在西气东输一线、西部管道、西气东输二线建设及运行过程中引发了该区一系列的水土流失问题，若防护不当则严重影响管道的安全运行和区域生态安全。采取摸排清查、典型调查、定点监测与试验分析相结合的方法，全面掌握了河西走廊段管道工程的情况，管道施工工艺及引发水土流失的因素，工程建设引发的水土流失类型、水土流失量和水土流失危害等，并在对已建典型管道工程水土保持措施设计、建设和运行效果等进行普查的基础上，总结了河西走廊段管道工程水土保持防治分区及措施布局，推荐了防护效果较好的防护技术和防护模式，为河西走廊地区管道工程建设及运行期水土流失防护措施设计提供理论与技术支持。

河西走廊位于甘肃西北部，为乌鞘岭以西的广大地区，总土地面积27.41万km2，区内生态脆弱，自然格局极不均衡。近年来，随着资源开发和人类建设活动的加快，区内土地沙化、草场退化、绿洲盐渍化和水土流失危害日益严重。河西走廊是我国能源管道输送的咽喉要道[1]，已建成的油气管道有西气东输一线、西部管道(双管敷设)、西气东输二线，随着我国能源需求的不断增加，正在规划建设中的管道工程有西气东输二线复线、西气东输三线、西气东输四线。管道工程河西走廊段穿越戈壁、丘陵等多种地貌类型区，涉及地域广泛，而在管道工程建设中，由于施工作业带地表清除(扫线)、管沟开挖、管道穿(跨)越、管道敷设、管沟回填、站场建设、伴行路修建等施工过程改变了微地形，破坏了植被和原有地表结皮、土壤结构等，受降雨和风力吹蚀作用影响，若防护不当则极易产生水土流失。在管道运行过程中，由于灌溉、降雨、冻融、沉陷等自然原因，原管线布设的水土保持工程出现不同程度损毁，直接造成管道基础沉陷、管道埋深不足、管道外露、截排水沟断裂、挡墙护堤垮塌、伴行道路水毁、滑坡崩塌等，严重影响管道的安全运行。笔者采取摸排清查、典型调查、定点监测和试验分析相结合的方法，全面掌握了河西走廊段管道工程情况，管道施工作业工艺及引发水土流失的因素，工程建设引发的水土流失类型、水土流失量、水土流失程度和水土流失危害，并在对已建典型管道工程水土保持措施设计、建设和运行效果等进行普查的基础上，总结了河西走廊段管道工程水土保持防治分区及措施布局，推荐了防护效果较好的防护技术和防护模式，以期为河西走廊管道工程建设及运行期水土流失防护技术研究提供理论与技术支持。

1 河西走廊地区已建管道工程概况

穿越河西走廊生态脆弱区的已建管道工程有西气东输一线、西部管道(双管敷设)和西气东输二线。①西气东输一线。该工程西起新疆塔里木轮台县的轮南镇，东至上海西郊的白鹤镇，全长约4 000 km，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、上海9个省(市、区)，设计输气量120亿m3/a。河西走廊段西起甘肃红柳站，途经酒泉市的瓜州县、玉门市、嘉峪关市、肃州区， 张掖市的高台县、临泽县、甘州区、山丹县，金昌市的永昌县，武威市的凉州区、古浪县，总里程976.2 km。②西部管道(双管敷设)。包括原油和成品油干线各1条、原油支线3条、成品油支线3条，跨越新疆维吾尔自治区和甘肃省。原油管道干线起于新疆鄯善县，成品油干线起于乌鲁木齐市王家沟油库，在鄯善与原油干线并线，终于兰州市西固区，线路总长1 919.7 km。河西走廊段长900 km，成品油干线管道的设计输油量为1 000万t/a，常温密闭输送，共设工艺站场11座，其中9座泵站、1座分输站、1座末站，另有49座线路截断阀室。③西气东输二线。该工程西起新疆的霍尔果斯口岸，总体走向由西北向东南，东至浙江、上海，南至广东、广西，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、湖北、江西、广东、安徽、江苏、浙江、上海、湖南、广西、香港等15个省(区、市)。线路总长9 102 km，设计输气量300亿m3/a。河西走廊段长约996 km，经过12个县(区)。河西走廊地区已建管道工程详见表1。

表1 河西走廊地区已建管道工程情况

2 河西走廊管道工程水土流失特点

管道工程水土流失主要产生在工程建设期(包括施工准备期、施工期)和自然恢复期。在施工准备期、施工期，由于管道敷设大量开挖、回填土石方，各类穿越工程、取弃土场及渣场、伴行道路及施工便道、站场阀室的修建，破坏地表植被，使地表大面积裸露，原地貌丧失了原有水土保持功能，若处理不当则会造成严重水土流失。在自然恢复期，站场阀室、伴行公路已施工完成，扰动区被建筑物、植被覆盖或硬化，水土流失量有所降低。随着植被及原地貌的自然恢复，水土流失量逐渐减少。施工准备与施工期产生的水土流失占总流失量的70%左右。在工程建设过程中，弃渣场区、管道作业带工程区、站场阀室工程区是水土流失发生的重点地段，其可能产生的土壤流失量占建设期总量的30%～50%。

管道工程水土流失特点主要有：①水土流失呈线状分布，局部水土流失量不大，但全线水土流失总量较大。水土流失主要来自管沟开挖、回填和施工作业带破坏扰动地表。单位长度或局部水土流失量不大，但由于工程线路长，水土流失总量还是较大。在措施布局方面，不便于集中治理。②工程涉及地貌类型较多，各区自然条件差异大，水土流失特点也不相同，采取的水土流失防治措施不尽相同。③工程采用管道敷设、顶管穿越、定向钻穿越、隧道穿越、围堰开挖等不同施工工艺和方式，产生水土流失的强度和形式不同。④工程一般通过耕地较多，损坏地表熟土层，建设中熟土层的开挖、集中堆放与回填等难度较大。⑤工程在人口密集的城镇区和经济发达区通过时，水土流失治理标准更高，难度会加大。⑥采用隧道(盾构)方式穿越山体、河流时，产生大量弃渣。

3 河西走廊管道工程建设过程中的水土流失

(1)西气东输一线。①水土流失面积。西气东输一线河西走廊段管道长976.2 km，管道作业带宽度28 m，伴行公路长62 km，路基宽9.5 m。工程建设实际扰动地表面积为2 151.59 hm2，其中管道作业带1 999.83 hm2、公路穿越130.20 hm2、压气站18.80 hm2、操作区2.40 hm2、闸室0.36 hm2。②弃土弃渣量。总弃土弃渣量为162.11万 m3，其中管线弃土弃渣106.31万m3、道路弃土弃渣55.80万m3。③水土流失量。河西走廊段工程建设造成水土流失总量为29.39万t，新增水土流失量为8.83万t。

(2)西部管道。①水土流失面积。西部管道工程河西走廊段长900 km，造成水土流失面积2 831.12 hm2，其中施工作业带2 323 hm2、施工便道48.87 hm2、施工营地(含施工生活区)46.93 hm2、取土场93.51 hm2、弃渣场318.81 hm2。②弃土弃渣量。总弃土弃渣量为968.59万m3，其中管线弃土弃渣804.54万m3、道路弃土弃渣158.94万m3、大中型河流穿越弃土弃渣2.76万m3、站场阀室弃土弃渣2.35万m3。③水土流失总量。造成水土流失总量为43.06万t，新增水土流失量为17.45万t。

(3)西气东输二线。①水土流失面积。该工程河西走廊段造成水土流失面积3 041.12 hm2。②弃土弃渣量。共计开挖土石方1 110.20万m3，回填828.34万m3，调入15.40万m3，调出15.40万m3，废弃281.86万m3，其中弃渣5.76万m3，临时废弃(表土剥离)276.10万m3。③造成的水土流失量。河西走廊段造成水土流失总量为45.99万t(含临时堆土造成水土流失量9.36万t)，新增水土流失量为18.83万t。

4 河西走廊管道工程水土保持防治分区及措施布局

4.1 分区原则

①地貌类型相似、立地条件大致相同、土壤侵蚀类型和强度相似，并考虑行政区域的连贯性；②各分区内造成水土流失的主导因子相近或相似；③分区的结果对防治措施的总体布局具有分类指导作用，有利于分类实施各项防治措施；④具有控制性、整体性、全局性，各分区具有关联性和系统性。

4.2 分区结果

根据河西走廊地形地貌、土壤侵蚀类型特点，河西走廊管道工程水土流失防治区一般可分为风蚀防治区和风蚀水蚀交错防治区两个一级分区，其中风蚀防治区又可分为砾质荒漠和沙质荒漠两个防治亚区，亚区又划分为山前倾斜戈壁、平原戈壁、石质山区、石质浅丘、绿洲农地、盐碱地、沼泽及半固定沙漠和流动沙漠等若干个类型区；风蚀水蚀交错防治区分为沙地、平原区、覆沙黄土、丘陵区、盐碱地等防治亚区，亚区又分为半固定沙地、流动沙地、农用地、防风林带、覆沙黄土梁峁、黄土沟道、低洼盐渍化土地等若干类型区。

4.3 分区防治措施布局

(1)风蚀防治区防治措施总体布局。在风蚀防治区，管道沿线除有少量绿洲分布于戈壁、沙漠外，大部分是干旱荒漠(砾质和沙质)。风蚀防治区的防治重点是防治因工程建设造成的风沙对项目及周边环境的危害[2]。风蚀防治区措施布局见图1。

图1 风蚀防治区防治措施体系

(2)风水蚀交错防治区措施总体布局。风水蚀交错区降雨较少，地形相对平坦，由于风蚀剧烈、水蚀危害严重，生态环境日趋恶化。管道工程主要经过沙地(固定沙地、半固定沙地和流动沙地)、冲积平原(农地和防风林带)、覆沙黄土丘陵区等三种地貌类型区。采取的措施主要是防治因工程建设造成的固定和半固定沙地流动、流动沙地被扰动后的加速流动、平原耕地和防护林的破坏、覆沙黄土区的风力水力侵蚀、低洼盐碱地开挖扰动造成的土壤侵蚀和土地退化[2]。风水蚀交错防治区措施体系见图2。

5 结 语

河西走廊地区管道项目所采取的水土保持工程措施主要包括排水沟、截水沟、防冲墙、过水路面、护岸、防护堤、拦渣墙、沙障、砂砾压盖和土地整治等；植物措施主要布设在河西走廊穿越绿洲农田段，栽植树种主

图2 风水蚀交错防治区防治措施体系

要有新疆杨、小叶杨、箭杆杨、沙枣等，在管线作业带上带状条播白花草木樨和紫花苜蓿；临时措施主要是对临时堆土及开挖面设计，主要有防尘网、临时拦挡措施等。通过现场调查，河西走廊管道戈壁地段管道埋设破坏面防护基本到位，无大面积的松散砂土外露，但有个别地段的设施由于各种原因出现一定程度的损毁。石质荒漠区域管沟弃渣及伴行路弃渣堆放有序，设置的措施到位，没有影响管道沿线生态景观。沟道的地下防冲墙设置合理，墙下基本无冲淘现象，局部地方造成沟道下切侵蚀轻微，地表径流的冲刷可能导致墙体倾覆；地下防冲墙设置合理，充分起到了防冲作用，并且均与两端护坡连接，运行效果良好。工程未出现大面积水毁、滑塌、塌陷等问题，目前运行效果良好。

砾石压盖措施、管道防冲措施、沙障、绿洲区适地适水绿化美化和良好的水土保持组织管理措施适应性强、性价比高，适合在河西走廊管道工程建设过程中进一步推广应用。

[1] 牛振宇，李倩.河西走廊多条油气管道并行敷设的探讨[J].石油和化工设备，2011，14(11)：37-38.

[2] 师明洲，岳新发，吴亚宁，等.西气东输工程水土流失综合防治体系设计[J].人民黄河，2003，25(5)：29-31.

(责任编辑 孙占锋)

甘肃省水利科研推广计划项目(甘水发[2009]318号)

S157.2

C

1000-0941(2015)02-0033-03

张峰(1975—)，男，甘肃泾川县人，高级工程师，学士，主要从事水土保持科学研究工作。

2014-07-10