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摘要：以端氏至長(zhǎng)子煤層天然氣管道輸送工程為例，結(jié)合管線途經(jīng)的地形地貌、施工特點(diǎn)與造成的水土流失情況，從管線安全運(yùn)行和保護(hù)生態(tài)環(huán)境角度出發(fā)，研究布局了針對(duì)性的表土剝離、截排水工程、土地整治、植被恢復(fù)及臨時(shí)防護(hù)等水土保持措施。
關(guān)鍵詞：水土流失;水土保持;防治措施;煤層天然氣;端氏-長(zhǎng)子輸氣管線
煤層天然氣是一種高效、清潔、壓縮方便、便于輸送的新型能源和化工原料，近十多年來(lái)，在我省開發(fā)利用發(fā)展迅速，現(xiàn)已進(jìn)入千家萬(wàn)戶，覆蓋了大部分城市及縣城。山西不僅是煤炭資源大省，也是煤層氣資源強(qiáng)省，據(jù)地質(zhì)勘探資料，全省煤層氣資源量達(dá)10萬(wàn)億m3，約占全國(guó)的1/3。位于晉東南的沁水煤田區(qū)，又是全省煤層氣貯藏量最為豐富的區(qū)域，勘探資源總量約為6.85萬(wàn)億m3，現(xiàn)已成為我國(guó)探明規(guī)模最大的煤層氣氣田區(qū)，其開發(fā)利用，是“氣化山西”，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型跨越的重頭戲。在煤層氣開發(fā)利用過(guò)程中，不可避免地要擾動(dòng)地表，破壞植被與水土保持設(shè)施，從而加劇水土流失。為了實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境建設(shè)同步協(xié)調(diào)發(fā)展，研究煤層氣輸送過(guò)程中的水土保持問題很有必要。本文以沁水端氏至上黨長(zhǎng)子的煤層氣輸送管道工程為利，對(duì)此進(jìn)行探討。
1項(xiàng)目概況
端氏至長(zhǎng)子輸氣管道工程，屬山西省國(guó)新能源集團(tuán)氣化山西天然氣管網(wǎng)中的一條重要的天然氣管道，氣源主要為沁水煤田柿莊南區(qū)塊和柿莊北區(qū)塊的煤層氣。工程包括一條輸氣干線和一條接氣支線。輸氣干線起點(diǎn)位于沁水縣端氏鎮(zhèn)土門上村的端氏首站，經(jīng)柿莊輸氣站到長(zhǎng)子縣南陳鄉(xiāng)東陳村的南陳輸氣站，之后到達(dá)位于長(zhǎng)子縣城關(guān)鎮(zhèn)前小郭村的長(zhǎng)子末站，全長(zhǎng)77km；接氣支線為趙莊壓縮站—南陳輸氣站，長(zhǎng)約3.7km。本項(xiàng)目建設(shè)工程，近期可將山西天然氣有限公司的洪洞—安澤—長(zhǎng)子輸氣管道和山西煤層氣（天然氣）集輸有限公司的晉城—侯馬輸氣管道串聯(lián)互通，進(jìn)入山西省國(guó)新能源集團(tuán)已建的省級(jí)管網(wǎng)，將煤層氣輸送至全省各地使用；遠(yuǎn)期可將沁水、長(zhǎng)子片區(qū)的煤層氣輸往黎城方向，進(jìn)而輸往河北省，滿足下游省份需要。本工程輸氣量11.03×108m3/a，設(shè)計(jì)壓力4.0MPa。其中，輸氣干線分為2段，端氏首站—南陳輸氣站段，線路管徑為D610mm，設(shè)計(jì)規(guī)模8.05×108m3/a；南陳輸氣站—長(zhǎng)子末站段，線路管徑為D457mm，設(shè)計(jì)規(guī)模3.18×108m3/a。接氣支線趙莊壓縮站—南陳輸氣站段，線路管徑為D219mm，設(shè)計(jì)規(guī)模0.35×108m3/a。本項(xiàng)目由管線工程、輸氣站場(chǎng)、堆管場(chǎng)地、進(jìn)站道路、施工便道、供電線路等組成。全線設(shè)4座輸氣站場(chǎng)，2座閥室，10處堆管場(chǎng)地?？傉嫉孛娣e102.13hm2，其中永久占地4.95hm2，臨時(shí)占地97.18hm2；占地類型為耕地63.01hm2，林地10.88hm2，其他草地27.59hm2，交通運(yùn)輸用地0.65hm2。土石方總量69.76萬(wàn)m3，其中挖方34.88萬(wàn)m3（含表土剝離4.70萬(wàn)m3），填方34.88萬(wàn)m3（含表土回覆4.70萬(wàn)m3），挖填平衡，無(wú)棄方。項(xiàng)目總投資34626萬(wàn)元，其中土建投資33013萬(wàn)元。工程于2016年10月開工，2017年9月結(jié)束，總工期1年。輸氣管線沿途經(jīng)過(guò)晉城市的沁水縣、高平市及長(zhǎng)治市的長(zhǎng)子縣，社會(huì)依托條件較好，在建設(shè)過(guò)程中不單獨(dú)布設(shè)施工生活營(yíng)地，其中輸氣站場(chǎng)施工布置在站場(chǎng)內(nèi)，管道工程及其他附屬工程施工租借附近民房及生活設(shè)施。
2項(xiàng)目區(qū)概況
項(xiàng)目管道沿線地貌，沁水段、高平段以黃土丘陵階地為主，長(zhǎng)子段以土石山區(qū)、河谷盆地為主。項(xiàng)目區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫9.3-10.6°C，年≥10℃的活動(dòng)積溫2755.8-3416.5℃；年均降水量567-617mm，主要集中在7-9月；最大凍土深度56-68cm，無(wú)霜期164-195d；年均風(fēng)速2.1-2.4m/s，年大風(fēng)日數(shù)14.7-19.5d。主要土壤類型為褐土，抗蝕性較弱。林草植被覆蓋率48.4%。
3水土流失情況
輸氣管道沿線，土壤侵蝕以水蝕為主，其中沁水段、高平段水土流失強(qiáng)度為中度，年土壤侵蝕模數(shù)3000-4000t/km2；長(zhǎng)子段水土流失強(qiáng)度為輕度，年土壤侵蝕模數(shù)2000t/km2。據(jù)測(cè)算，工程建設(shè)新增土壤流失量5112t，其中建設(shè)期3554t，自然恢復(fù)期1558t。新增土壤流失量以管線工程區(qū)和施工便道為主，輸氣站場(chǎng)和進(jìn)站道路次之，其他區(qū)域較少。
4水土保持措施研究
該工程項(xiàng)目，以線狀為主，點(diǎn)塊狀為輔，沿線涉及的土地利用類型有耕地、林地、草地和交通運(yùn)輸用地。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，需采取如下措施防治由于工程建設(shè)造成的人為水土流失。
4.1表土剝離
表土主要分布在農(nóng)地上，不僅是一種自然資源，而且是一種經(jīng)濟(jì)資源，是農(nóng)民長(zhǎng)期耕作形成的產(chǎn)物，必須首先加以保護(hù)。據(jù)對(duì)工程建設(shè)占地的調(diào)查，占用耕地63.01hm2，占到工程項(xiàng)目總占地面積的61.70%，其中管線57.11hm2，輸氣站場(chǎng)3.75hm2，進(jìn)站道路0.52hm2，輸電線路1.18hm2，堆管場(chǎng)地0.45hm2。由于農(nóng)村改革后大都實(shí)行機(jī)耕，一般表土厚度可達(dá)0.3cm。除堆管場(chǎng)地臨時(shí)占用不需要表土剝離外，按此測(cè)算，共需剝離表土18.768萬(wàn)m3。由于部分工程無(wú)剝離表土提前施工，實(shí)際剝離表土量為4.7萬(wàn)m3，主要為管線剝離。
4.2截排水工程
截排水工程主要涉及管線工程區(qū)、輸氣站場(chǎng)區(qū)和進(jìn)站道路區(qū)。當(dāng)管線經(jīng)過(guò)20°以上的順坡時(shí)，沿管線一側(cè)需布設(shè)縱向排水溝，順坡每隔10m設(shè)一條橫向截水溝，橫縱截排水溝相互連通，并在排水出口處設(shè)跌井消能，然后就近排入附近溝道。截（排）水溝為矩形漿砌石結(jié)構(gòu)，尺寸0.4m×0.4m，壁厚0.3m；跌井亦為漿砌石結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)、寬各1m，深0.5m，壁厚0.3m。輸氣站場(chǎng)設(shè)排水暗涵（局部蓋板），出口與場(chǎng)外排水系統(tǒng)相接，排水暗涵規(guī)格同截（排）水溝。由于工程戰(zhàn)線涉及到三種地貌，根據(jù)地域?qū)嶋H：土石山區(qū)管線共設(shè)截水溝700m，管線排水溝1750m，站場(chǎng)排水暗涵420m，跌井25處；黃土丘陵階地區(qū)共設(shè)管線截水溝465m，管線排水溝1164m，進(jìn)站道路排水溝1050m，跌井11處；河谷盆地區(qū)管線截水溝215m，管線排水溝614m，站場(chǎng)排水暗涵260m，進(jìn)站道路排水溝1650m，跌井12處。
4.3土地整治
土地整治對(duì)于不同地貌的土地利用類型，其方法各異，一般包括挖填后的平整、耕地表土回覆后的復(fù)耕以及造林種草地的表土回覆等。該工程項(xiàng)目，其土地整治涉及管線工程區(qū)、堆管場(chǎng)地、輸氣站場(chǎng)、進(jìn)站道路、施工便道與輸電線路。根據(jù)地域?qū)嶋H：土石山區(qū)，管線區(qū)平整土地45.33hm2，覆土8160m3，草袋土1360m3，剝離表土返還18365m3，復(fù)耕21.24hm2；堆管場(chǎng)地土地平整0.90hm2；輸氣站場(chǎng)土地平整0.62hm2；施工便道土地平整1.47hm2；供電線路土地平整1.23hm2，復(fù)耕0.87hm2。黃土丘陵階地，管線區(qū)土地平整13.33hm2，表土返還5390m3，復(fù)耕7.19hm2；堆管場(chǎng)地土地平整0.15hm2；進(jìn)站道路土地平整0.10hm2；施工便道土地平整2.03hm2。河谷盆地，管線區(qū)土地平整8.24hm2，表土返還3692m3，復(fù)耕4.92hm2；堆管場(chǎng)地土地平整0.15hm2，復(fù)耕0.15hm2；進(jìn)站道路土地平整0.16hm2；供電線路復(fù)耕0.29hm2。
4.4植被恢復(fù)
植被恢復(fù)主要涉及工程占用耕地、道路路面以外的其他草地和林地，通過(guò)造林種草與綠化，提高植被覆蓋率，控制水土流失。根據(jù)地域?qū)嶋H：土石山區(qū)，管線栽植紫穗槐14932穴，撒播種草24.00hm2；堆管場(chǎng)地栽植紫穗槐4200穴，撒播種草0.90hm2；輸氣站場(chǎng)綠化美化0.62hm2；施工便道栽植紫穗槐6860穴，撒播種草1.47hm2；供電線路栽植紫穗槐1680穴，撒播種草0.36hm2。黃土丘陵階地，管線栽植紫穗槐4760穴，撒播種草6.14hm2；堆管場(chǎng)地栽植紫穗槐700穴，撒播種草0.15hm2；進(jìn)站道路栽植側(cè)柏350株，撒播種草0.10hm2；施工便道栽植紫穗槐9472穴，撒播種草2.03hm2。河谷盆地，管線栽植紫穗槐2566穴，撒播種草3.31hm2；輸氣站場(chǎng)綠化美化0.30hm2；進(jìn)站道路栽植國(guó)槐560株，撒播種草0.16hm2。草種選擇無(wú)芒雀麥、沙打旺、披堿草和紫花苜蓿，可單播或混播，播量50kg/hm2，種子要求籽粒飽滿，發(fā)芽率90%以上，純凈度95%以上，無(wú)病蟲害。紫穗槐灌木采用穴狀整地，規(guī)格40cm×40cm，每穴3株，4444穴/hm2，要求苗高0.5-1.0m，生長(zhǎng)健壯，無(wú)病蟲害。道路栽植側(cè)柏和國(guó)槐，采用穴狀整地，規(guī)格60cm×60cm，每穴1株，株距3m，要求苗高1.0-1.5m，生長(zhǎng)健壯，無(wú)病蟲害。
4.5臨時(shí)防護(hù)
臨時(shí)防護(hù)措施用于施工過(guò)程中，以預(yù)防暴雨、大風(fēng)等極端天氣加劇水土流失，主要措施類型為編織袋裝土擋護(hù)、苫蓋和臨時(shí)排水溝等。根據(jù)地域?qū)嶋H：土石山區(qū)，管線編織袋裝土擋護(hù)11051m3，編織布苫蓋8.63萬(wàn)m2；輸氣站場(chǎng)編織袋裝土擋護(hù)64m3，編織布苫蓋600m2；施工便道編織袋裝土擋護(hù)672m3，臨時(shí)排水溝2150m。黃土丘陵階地，管線編織袋裝土擋護(hù)3616m3，編織布苫蓋2.83萬(wàn)m2；施工便道編織袋裝土擋護(hù)930m3，臨時(shí)排水溝2960m。河谷盆地，管線編織袋裝土擋護(hù)2240m3，編織布苫蓋1.75萬(wàn)m2。由于分段施工且工期較短，編織布可重復(fù)使用。臨時(shí)排水溝采用梯形斷面，底寬40cm，高40cm，邊坡1∶1，溝內(nèi)鋪土工膜。
作者：穆麗 單位：山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司