不同类型区煤化工项目厂区水土保持措施配置模式

2018-10-15侯泽青李文卓刘雅丽陈永钢

中国水土保持 2018年10期

侯泽青，李文卓，刘雅丽，陈永钢

(黄河上中游管理局，陕西西安 710021)

我国煤炭资源占总能源的65%以上，煤化工以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品或半成品，而后进一步加工成化工、能源产品。煤化工可以缓解能源供应压力，保障能源供应的安全。据统计，截至2017年1月，我国投产的煤制油、煤制气项目产能分别为818万t与51.05亿m3。在生态文明建设的背景下，近年来，受煤炭行业去产能政策的影响，传统煤化工受到国家限制，而涉及煤炭深加工的新型煤化工技术则得到明显推进。

煤化工项目投资规模大，由厂区和厂外附属设施组成。在项目建设期，场地平整及基坑开挖、附属设施中的管线开挖与回填、道路系统修筑、蒸发池的建设等施工活动，将扰动原地貌，损毁地表植被，造成地表裸露，易产生水土流失；在生产运行期，会消耗大量水资源和煤炭资源，排放大量废水、废渣，对周边生态环境产生极大影响，加剧水土流失的危害程度。煤化工项目水土保持措施的实施可有效缓解水土流失危害的发生，因此开展煤化工项目水土保持措施配置模式研究具有重要意义。

1 煤化工项目特点

煤化工可分为传统煤化工和新型煤化工。传统煤化工主要用来发电和制作工业燃料，以及炼焦，合成氨、尿素、甲醇、电石、乙炔衍生物等。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主，涉及煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制乙二醇、煤制天然气、煤制油等[1]。

煤化工项目由主厂区及厂外附属设施构成，主厂区按使用功能可分为工艺生产装置、公用工程及辅助生产设施、储运设施、管理及生活服务设施、厂内道路、预留地等功能区；厂外附属设施组成因生产工艺、外部依托条件的不同而不同，大型煤化工基地附属设施通常由工业园区或基地统一进行规划建设，附属设施一般包括供排水管线、厂外道路、贮灰场、铁路专用线、输煤栈桥、蓄水池、蒸发池、供电及通信线路、输气(液)管线等。

据典型调查统计，厂区及施工生产生活区占地面积占工程总面积的52.39%，挖填土石方量占总土石方量的67.46%[2]。近年来，大型煤化工基地的厂区占地面积多在100 hm2以上，占地面积大，在建设区外的土石移运数量较少，以区内调配利用为主，在建设过程中的土石方挖填量基本达到平衡，实际弃渣量较少。生产运行期，大多数煤化工项目有气化炉渣和锅炉灰渣产生，灰渣优先综合利用于制砖和水泥，灰渣排放量与项目建设规模直接相关。

2 水土流失特点

煤化工项目大多分布于煤炭资源富集地区，主要有山西、陕西、内蒙古、新疆、宁夏和贵州六个煤资源丰富省区，按照全国水土保持区划，位于北方土石山区、西北黄土高原区、北方风沙区、西南岩溶区，区域生态环境脆弱，水土流失强度可达到中度、强烈，人为扰动后较难恢复原地貌，并有如下特点：

(1)对水资源系统影响巨大。煤化工项目属于高耗水项目，据统计，生产1 t煤制油的耗水量约为9 t，煤制烯烃约为20 t，煤制二甲醚约为12 t，煤制天然气约为6 t，煤制乙二醇约为9 t。同时，由于对厂区所占用的大量耕地、林地、草地等进行了硬化，所以增加了地表产流量，减少了水分下渗，并改变了区域原始的水循环系统。

(2)点线型工程相结合，扰动范围广，水土流失情况复杂。煤化工项目通常归类为点型工程，对土体的扰动表现为局部范围，当附属设施依托条件不齐备时，需要配套建设运输道路、供排水管线、输气(液)管道、供电及通信线路等线型工程，对土体的扰动范围较广，且呈线状分布。厂区占地面积大，会占用大量的耕地、林地、草地，施工时对水土资源的破坏强度也大；厂外附属线型工程将形成长距离的挖损和堆垫地貌，但是占地面积较小，相对于厂区破坏强度也较小。

(3)水土流失影响周期长。煤化工项目属生产类项目，在项目施工准备和建设过程中，大量的开挖和回填破坏地表结构，毁损地表植被，造成区内水土流失量剧增，在建设末期和运行初期，对地表的挖填扰动基本结束，只有少部分裸露地表容易造成水土流失；运行期煤化工项目要排放大量废水、废渣，不仅影响周边生态环境，而且一旦遇到降雨或大风天气，则极易发生灰渣表面的搬移，产生水土流失。

3 不同立地类型厂区水土保持措施配置模式

3.1 立地类型

按照煤化工项目所在区域的地貌类型、地面坡度、土壤侵蚀类型等主导因素，将项目所在地划分为风沙区、山地区、平地区三个类型区。其中风沙区以风力侵蚀为主，地貌类型主要为高原、低山、丘陵，地形相对较为平缓，植被覆盖率区域间差异较大；山地区和平地区以水力侵蚀为主，山地区地形起伏较大，地形坡度一般5°～25°，厂区通常采用阶梯式布置，平地区场地整体较为平坦，地形坡度一般小于5°，厂区大多采用连续平坡式布置。据此，分别就三个类型区的煤化工厂区水土保持措施配置模式进行分析讨论。由于厂区大量的硬化，对水资源系统影响巨大，因此三个类型区水土保持措施配置都要求建立完善的排水系统。

3.2 风沙区厂区水土保持措施配置模式

风沙区涉及的土壤侵蚀类型区主要是北方风沙区，水土流失以风力侵蚀为主，局部存在水力侵蚀，按照下垫面类型，可细分为戈壁、荒漠、沙地和草原，其中戈壁、荒漠、沙地地表植被稀疏，草原植被覆盖率高，主要为灌草，表土层有机质含量较高，厚度为20～30 cm。

根据风沙区的自然条件和“以风蚀为主”的特点进行措施配置。水土保持措施配置侧重于防风固沙工程，具体措施有沙障固沙、防风固沙林、临时堆土的防风挡护等；斜坡防护以工程护坡为主；植物措施按照原始地貌的实际情况，采取相应的措施。风沙区的厂区水土保持措施配置模式见表1。

表1 风沙区厂区水土保持措施配置模式

(1)土地整治工程。场地平整前进行表土剥离，剥离厚度一般为20～30 cm，若地表覆盖砾幕层，收集表层砾石、碎石，将表土或砾石、碎石集中堆放在后期绿化或硬化区域内，施工结束后清除建筑垃圾，土地整治后及时覆土，便于植被恢复，或采用砾石压盖，压盖厚度3～7 cm。

(2)防风固沙措施。厂区外开挖的土质边坡，应放缓坡度至1∶1.5～2，经护面墙挡护后，上部设置沙障，多采用草方格沙障，草方格内种植梭梭、沙拐枣等灌木；厂区外迎风侧营建防风林带，采用当地适生的乔木或乔灌混种，按一定的株行距交错布置。

(3)防洪排导工程。凡是厂区存在洪水威胁的，须在厂区外来水侧设置排洪渠或截洪沟，将洪水引入下游沟渠或河道。厂内道路两侧间隔设置铸铁雨篦进水口，雨水通过道路敷设的排水管网收集后，经过沉沙池再进入雨水收集池，收集的雨水经处理后回用，多余部分与厂外排水管网相接排出。

(4)斜坡防护工程。厂内台阶或道路两侧边坡应布置防护措施，主要为工程护坡，具体措施有砾石护坡、砌石护坡、预制混凝土空心砖护坡等，并根据实际情况增加坡面坡脚排水措施。

(5)植被建设。厂区分功能区配置植物措施，办公生活区配置标准相对较高，应以园林景观为主，根据项目所在地立地条件，选取适合当地生长的树、草及花卉品种，并配套建设灌溉设施；其他功能区有选择地实施绿化或砾石压盖。

(6)临时防护措施。主要在施工期实施，施工过程中注意洒水结皮，因风沙区大风天气多，采用挡风墙、彩钢板防止风沙侵害。

3.3 山地区厂区水土保持措施配置模式

山地区涉及的土壤侵蚀类型区主要是西北黄土高原区(沟壑区、土石山区)、北方土石山区、西南土石山区，此外还有东北低山丘陵区等，水土流失以水力侵蚀为主。山地区地形坡度大，场地平整造成的开挖回填量也大，因此会产生大面积的裸露地表，且山地区降水量较大，在雨季，极易发生水土流失。

根据山地区地形条件，厂区通常采用阶梯形布置，并产生大量挖填地貌，工程措施配置应加强斜坡防护工程，同时抓住“水蚀为主”的特点，布置坡面坡脚排水工程，水土保持措施应充分发挥植物措施防治水土流失的作用，斜坡防护、降水蓄渗工程应与植物措施相结合，厂区植被建设相较于风沙区标准高。山地区的厂区水土保持措施配置见表2。

表2 山地区厂区水土保持措施配置模式

(1)土地整治工程。厂区场地平整前根据表土层分布情况采取有计划的剥离措施，剥离的表土集中堆放，设置临时堆土场，堆放场地设置在后期硬化和绿化区域内，施工结束后清除建筑垃圾，整治建筑物周边零星空闲地，及时覆土，便于植被恢复。

(2)防洪排导工程。山地区建厂时，通常有防洪要求，根据山地区地形和厂区选址的特征采用适当的形式布置防洪沟、截洪沟等。厂区内设铸铁雨篦进水口，沿道路敷设雨水排水管，将雨水通过排水管网收集后经沉沙池再进入雨水收集池，收集的雨水经处理后回用，多余部分接入厂外排水管网。

(3)降水蓄渗工程。厂区应布设降水蓄渗工程，采用透水铺装、渗水井等措施。

(4)斜坡防护工程。山地区建厂时，厂区会依地形及地质条件，分多个台阶布置，在开挖和平整过程中，厂外和厂区各台阶周边会形成边坡，需要设置边坡防护措施稳定边坡。斜坡防护采用预制砼六角空心块护坡或棱形骨架护坡，骨架内植草；坡顶设置截水沟，坡面设置泄水孔，或间隔设置纵向排水沟，坡脚设置横向排水沟，最终接入项目区排水系统。

(5)植被建设。厂区分功能区实施绿化措施，储运区施工结束后场地大多硬化，预留地及周边裸露地以铺种草皮为主，在草坪边缘丛植灌木或绿篱；生产装置区多采用砾石压盖，为防止对地下管线、架空管线产生影响，植物措施以草皮铺种为主，同时选用根系较浅的低矮灌木形成立体防护，空地绿化采用草皮满铺栽植；辅助生产及公用工程区在空地满铺草皮，草坪周围种植灌木绿篱，中间配置观赏性乔木和花卉；办公生活区是人员集中生产生活的区域，为营造良好的办公生活环境，采用乔、灌、草、花卉相结合的园林绿化措施。

(6)临时防护措施。厂区新增水土流失主要集中在建设期，因此应加强施工期的临时防护措施，如：密目网苫盖、编织袋拦挡、土质排水沟、沉沙池等。