水利管道工程建設對生態環境影響及水土保持防治措施

王紅民

(北京市水務規劃研究院，北京 100048)

水利工程是我國基礎建設的重要組成部分，管道輸水則是其中一種重要的水利供給方式，尤其南水北調工程的后續建設，管道輸水是其重要的一項工程。管道工程作為水利工程很重要的一部分，近年來已經發展的有規律可循，遵循管道建設的規律可以減少決策失誤和生態破壞。管道工程建設一般范圍都很大，工期長，土方量大，在施工期間因氣候等因素引起水土流失的概率變大，因此在滿足社會極大需求的同時也帶來很大的生態環境影響，尤其工程開發建設帶來的水土流失問題日趨嚴重。管道工程建設可以說具有“主體為線，分布有點”的特點，點狀比如閘的建設、泵站的建設，廠房的建設等布局比較集中，引起的水土流失比較單一和狹小，而線狀的比如長距離管道因其線路長，跨河橋涵施工、取土材料、棄土棄渣，跨越地貌單元眾多而復雜，都將不可避免地擾動和損壞原有地貌，導致土壤結構破壞、林草植被損壞、降低土體的抗蝕性、引起的水土流失問題多樣且治理難度極大。結合多年來水利管道工程建設的經驗對水利管道工程建設對生態環境的影響進行了分析，并提出了對應的水土保持防治措施。

1 水利管道建設的施工特點和對生態環境的影響及水土流失特點

1.1 水利管道工程建設的施工特點

水利管道工程建設一般有規劃、設計、施工和后期運維4個主要階段，各階段特點因工程特征與建設任務不同而不同，其對生態環境的影響程度也不同。規劃階段主要是搜集資料，謀劃等，一般不產生實體效應，對環境的影響幾乎沒有；設計階段除業務踏勘測量外也幾乎對建設區不產生大的擾動，因此對環境的影響屬于輕度。表1是各階段主要工作內容和對環境影響程度的對比。

施工階段是水利管道工程建設的主要階段，屬于擾動地面最嚴重影響環境程度最大階段，屬于重點優化和防治階段。管道工程的施工包括明挖、頂管、拉管、定向鉆穿越和盾構等施工工藝，工藝不同，產生的水土流失大不同，各施工特點如下：①明挖主要是土方的開挖、回填、鋪設、道路和植被恢復、余土外運等工作內容，一般占地面積大，擾動地面大，因此造成地面的水土保持功能大大下降，在降雨等不利氣候條件的影響下，可能產生劇烈的水土流失；②頂管是開挖工作坑，將管道按設計的坡度頂入土中，并將土方運走，一般作業面小，對地面擾動小，僅在豎井的開挖布置時產生水土流失；③拉管是開槽放入管道，鉆孔，在另一邊用拖拉機械將管道拖拉過來，屬于輕微水土流失；④定向鉆穿越是按照鉆孔軌跡，采用定向鉆開一個導向孔，在鉆桿端部換大直徑的擴孔鉆頭，進行擴孔和管線回托，在擴孔的同時將待敷設的管線拉入導向孔，施工場地小，對地表擾動小，施工中產生的泥漿通過循環系統回收利用，但如果利用不及時會產生泥漿外溢，造成水土流失現象；⑤盾構機挖掘時同時對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐作用，還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業在護盾的掩護下進行，除了豎井占地，其余施工幾乎不用占地面，擾動地表較小，對周圍環境影響小，水土流失小。

1.2 水利管道工程建設對生態環境的影響

水利管道工程建設的施工主要內容有測量布線、管溝開挖、管道敷設、管件安裝、檢查井砌筑和泵站等輔助設施的建設等，都會產生大量的土方擾動，尤其土方開挖回填和棄土堆運會對周圍環境產生破壞，改變了區域生態系統的動態平衡，誘發眾多不穩定因素，給管線沿線帶來水土流失、土壤及水環境污染等。這種對區域環境的破壞和水土流失的影響，強度大，范圍集中，且隨著管線工程建設的不斷擴大日益嚴重。

1.2.1對土壤的影響

管道施工會對土壤的結構產生影響，因為管道土方的開挖會使土壤團粒結構遭到破壞，其次耕作層也會遭到開挖破壞，挖土的堆放和棄土的混合會改變耕作土的性質，改變了土壤的結構和質地，大大減少了土層的透氣性、透水性、保水性、保肥性等，這些都是導致土壤農作物產量下降的主要原因之一。

1.2.2對地質環境的影響

一個長距離的管道工程建設要經過眾多地質環境區域，這些區域里面氣候帶會不一樣、生態類型眾多、地質復雜多變，管線沿線地質條件差異很大，因此在施工過程中產生的開挖、回填、消坡、填坡、棄土堆運等都會嚴重破壞地表土，破壞原有的土層結構，使的原有土固結、沙化、貧瘠化、干旱化等土壤退化現象，尤其在一些地區的敏感地段會產生滑坡、泥石流等自然災害，進而產生一系列重大生態環境問題。

1.2.3對生態的影響

管道工程建設施工中，會對周圍的土地進行占用，這樣會對土壤的供給能力產生變化，進而導致植被生產能力下降、覆蓋率的下降。植被的生產能力的下降會對原先周圍的動物的覓食產生影響，并且對動物的活動路徑發生改變。管道建設過程中機械設備長時間的功率消耗，噪音的產生等都會對周圍動物尤其野生動物等產生驚擾，對它們會有部分遷徙到別處的危險，從而影響周圍生態群落的持續發展。

1.2.4對景觀的影響

水利管道工程建設通常都是長距離輸送水，而長距離的線性工程具有分割和破碎作用，這會對管線所經過的沿線的景觀生態系統遭到破壞，呈現出斑塊化的特征，景觀結構也在空間上呈現出非連續性，使的大片美麗的景觀支離破碎，盡管有一些林草措施但對原先的景觀美貌已經無法恢復，這對和諧統一的自然景觀是嚴重的生態破壞。

1.3 水利工程建設的水土流失特點

水利管道工程建設大都線路長，且沿線地形地貌復雜，施工中會產生大量的土方開挖、回填、及棄土的堆運，這些都給沿線自然生態系統帶來嚴重破壞。管道工程跟據其特點產生的水土流失主要呈以下特點：①水土流失根據其長距離輸送而呈線性分布，線性分布的管道工程水土流失強度大，范圍集中，并且防治難度比較大；②不同工藝施工帶來不同程度的水土流失強度，明挖帶來的水土流失明顯高于頂管、拉管等帶來的水土流失，因而同一項目因管道鋪設工藝不同帶來不同強度的水土流失；③線狀分布的管道經過的地表狀況和植被類型不同導致土壤侵蝕程度、方式和類型的多樣化，因而造成水土流失類型區域化、復雜多樣化。

2 水利管道工程水土保持防治措施

2.1 點、線、面防治措施相結合

水利管道工程建設，最大的特點就是長距離呈“線”狀，且沿線跨越不同地貌，泵站閘室等設施多，又呈現“點”狀的多樣性，這種工程產生的水土流失難以估計和防止，目前最科學的辦法就是根據工程實際的具體內容，適宜采用點線面相結合的防治體系，比如加壓泵站處，閘室處等應該在四周布置排水設施，讓施工過程中產生的水土流失攔截在“點”處；對沿線施工管道坡面，進行臨時圍擋，使土不流走，不出溝，讓水土流失在“線”上被防治；同時在施工周圍進行整治植草等面上的防治，達到“面”源防治。

如建設完成的南水北調供水工程北京段，長約80km，PCCP管道(預應力鋼筒混凝土管道)總長度54179m，其中：明挖段長度53657m，穿鐵路暗挖段長度200m，穿公路暗挖段長度322m，穿主要河溝27條，穿鐵路4處，穿現狀主要公路17處，對于明挖施工，屬于典型的線性工程施工，水保措施明確對于管道穿越的草地、林地、苗圃等地段施工開挖時，要先將表層30～50cm的土壤剝離，單獨存放，以備完工后對原先土地復墾之用。然后再開挖下層土體，且對挖出的土要集中堆放，高度不超過5m，并且集中覆蓋；對存放于砂石坑的棄土棄渣要進行碾壓整治；對于堆放在距居民點和河流等處較近的臨時堆土，要在土體坡腳用裝土編織袋碼放堆置，以防土體滑坡與雨后沖蝕、滑塌；對于堆放時間較長，且要經過一個雨季的臨時堆土，可覆蓋植物草墊，在其表面灑水或經過雨水后即可發芽而生長，當年就可在堆土表面形成植被。通過這種編織袋裝土攔擋，以及植草措施防御等都可大大減少建設過程中帶來的環境破壞以有效防治水土流失。

通過點線面的綜合體系，達到保護地表，改善生態環境，防治水土流失目的，使得管線工程在實施過程中的水土流失由被動治理到主動防治。

2.2 優化作業帶寬度

對于管道工程建設而言，規劃、設計、施工、后期運行維護等四個階段要逐步明確和優化作業帶寬度，如圖1所示。要在可研階段就明確管道的作業寬度，尤其在不同地貌段更要明確，譬如在植被良好的地段鋪設管道，要盡可能的減少對植被的破壞，減少作業寬度；在土層貧瘠區敷設時，為減少對熟土層的破壞和高生產力用地的影響，應盡可能縮小作業帶占地；在生態脆弱的地區敷設時，為避免沙漠化的加劇，應盡最大可能減少對地表的擾動。因此，管道在上述區域敷設時，其作業帶寬度一般不同于平原、盆地區，需在可行性研究階段加以明確，初設階段細化和優化作業寬度，到施工階段，更要通過培訓和宣傳、監督等方式嚴格落實在規定的作業帶寬度內施工作業，最大可能的減少管道施工過程中的管線作業范圍。

科學合理的管線作業范圍能減少很大程度上的地表擾動面積，少地表的擾動就會減少水土流失，使生態環境明顯改善。

2.3 優化施工工藝

管道工程施工包括明挖、頂管、拉管、定向鉆穿越和盾構等施工工藝，施工工藝不同，產生的水土流失大不同。大開挖造成的擾動地表比較大，能使原有地面的水土保持功能大大下降，在降雨等不利氣候條件的影響下，可能產生劇烈的水土流失，同時大開挖產生的大量的土方堆棄，也會造成水土流失嚴重，而拉管、頂管、盾構工程等的合理選擇就會在完成任務的情況下很大程度的減少擾動地表。在建設各個階段，通過對管道工程通過不同地貌單元的勘測詳細設計管道施工工藝，譬如山體隧道穿越、大型河流盾構、隧道鉆爆、拉管穿越等級公路、干線鐵路的頂管穿越等，基本不擾動地表，僅僅在豎井布置時擾動地表，從維護生態環境角度而言，屬提倡的施工方式。而河流圍堰大開挖穿越、山地丘陵區的爬坡、橫坡、坡腳的削坡敷設及劈山修路等施工方法，其擾動地表面積大，產生的棄渣多，造成的水土流失量巨大，屬盡量避免的施工方式。不同施工工藝對環境影響程度的對比見表2。

表2 不同施工工藝對環境影響程度

如順義區火寺路(六環路南-昌金路)輸配水管線工程建設，鋪設配水管道8500m，其中配水主管道約7581m。本項目地上情況及其復雜，其中設計起點30m內有大量樹木、電線桿等，沿火寺路路向北還有六環路橋墩、橫穿火寺路的電力管、工業管道、燃氣管、雨水涵、大量電信管等，結合地上情況，鋪設管線工程時，施工以盡量減少項目實施時對附近設施功能的影響為原則，有針對性的采用明挖、暗挖施工方式。因此在鋪設配水管道時，主管道約7581m采用明挖和暗挖施工方式。明挖施工方式鋪設DN400管材為球墨鑄鐵管和鋼管，球墨鑄鐵管鋪設管道長度約6851m，鋼管鋪設管道長度約56m。暗挖施工方式分為拉管和頂管：拉管施工方式鋪設管材為給水用聚乙烯管(PE管)，鋪設管道dn450長度約518m；套管頂管φ1050為Ⅲ級鋼筋混凝土管，內穿dn450PE管，鋪設長度約156m。配水支管鋪設總長度約905m，其中球墨鑄鐵管DN400約56m、PE管dn315管約100m、PE管dn200管約724m、PE管dn150管約25m。這種明挖、頂管、拉管等的劃分都是嚴格按照樁號長度來制定路由，原則就是保護環境，防治沿線水土流失，比如避開圍墻、樹木；避開斷裂帶、沉陷、滑坡、塌方以及易發生泥石流和高侵蝕性土壤地區；做到線路短、起伏小、土石方工程量少、少占農田和不占農田等。

2.4 分區域防治

管道工程一般線路較長，跨涉地貌類型多且復雜多樣，如平原、沙漠、丘陵、山地等，不同地貌土地利用現狀不同，有的管線還穿越密集的人口區，繁華的城市區，以及高密度的工業廠區，這些區域地下管線多，對環境和安全等要求高。①平原地區，要盡量避開城市規劃區、經濟作物區和森林植被覆蓋較好的區域，避免建設工程產生的地表擾動對城市環境、經濟作物區和綠化植被區的生態環境破壞；②山區丘陵區，盡量選擇穩定的緩坡，山前地帶敷設，避開風景區，自然保護區，以及一些礦產區等；③戈壁沙漠區，要避開綠洲，固定在沙丘區，少破壞水澆地等。④水網區，該區域地下水位較高，一般在管道鋪設過程中開挖的堆土區容易被水沖刷帶走，造成水土流失環境破壞；⑤地質災害區，反復活躍的斷裂帶，泥石流及滑坡區等的管道建設工程，必須要做好防護穩固措施，要結合工程措施建立防護樁、擋土墻和加大管道深度等加固措施，避免災害區發生因生態環境進一步惡化等。

如南水北調供水工程北京段，在54179m的管道建設中，產生的水土流失復雜而跨度大，在經過西甘池隧洞與崇青隧洞施工時，在隧洞進出口處形成較大的開挖面，致使巖石出露，對當地農業生態示范區的環境造成一定的破壞，因此對隧洞進出口處的裸巖進行了噴涂錨固，管道沿線局部地段管頂覆土深度達到10m～23m，項目水保采取了特殊的23個區域不同的水保防治措施，具體有：①直播灌草邊坡防護；②椰纖植生毯護坡；③客土噴播邊坡防護；④植被混凝土格柵護坡；⑤漿砌石墻護坡等；除此之外還有工程措施和輔助措施相結合來對不同區域進行不同的防治。

因而在管道的規劃設計時要考慮不同地貌下的管線鋪設路線，要分區域防治，不同的區域不同的策略，綜合考慮，統籌治理防治，在確保管線安全、經濟、合理的要求下，盡可能控制工程建設造成的水土流失。

2.5 優化管道施工組織設計

管道工程施工中，在開挖、回填、和運棄中會產生大量的生態環境破壞，施工組織要分析計算，讓工程施工合理利用土方，減少占地面積，讓項目余土運至棄料場進行綜合利用及消納，不用單獨設置棄土場，減少擾動占地面積。在施工階段要進一步細化研究工程土方自身挖填平衡及轉運方案，以減少土石方大量挖填及臨時堆放帶來的水土流失和環境破壞現象，同時節省工程投資。

如順義區某水利管道工程建設，鋪設輸水管道7.5km，土方開挖12.91萬m3(自然方)，回填8.96萬m3(壓實方)，土方回填全部利用開挖料，工程共余土2.37萬m3(自然方)，需要外運至棄料場，平均運距15km。經分析計算，工程施工合理利用土方，減少了占地面積，項目余土運至棄料場進行綜合利用及消納，無需單獨設置棄土場，減少了擾動占地面積，土石方平衡符合水土保持要求。

2.6 加強施工管理

水利管道工程建設經過的區域復雜，要盡量選擇合理的路由，而且在長距離的施工過程中，一般都是分段施工，需要協調大量的工作，這就要求我們工作人員在現場指揮時要及時發現問題，處理問題，避免安全隱患的存在給后續運營帶來不利。另外水利管道建設大部分都在野外，遇到突發事件處理的難度比較大，因此我們管理人員要在事前制定應急預案和嚴格的有效防治措施。

3 結論

通過分析，得出管道工程建設對生態環境的影響是多方面的，產生的水土流失也多樣化，管道工程建設的水土流失防治勢在必行。目前，國家水網建設不斷在謀劃和擴建，未來管道工程建設會愈發增加，作為典型的線性工程，要從工程建設的實際情況出發做到不同影響區域不同的防治措施，而且要從規劃階段到實施運營階段都要落實好生態環境保護和防治措施，讓水利管道工程建設對生態環境的影星降到最低，從多年工程建設中分析了水利管道工程建設對生態環境的影響因素和水土流失特點，并給出了防治措施，對類似工程建設提供借鑒。