粵北天然氣管道工程水土流失防治探討

［關鍵詞］ 水土流失；預測；防治措施；天然氣管道工程

［摘 要］ 以粵北天然氣管道工程為例，通過分析工程水土流失部位，采用數學模型法預測土壤流失量，結果表明：直埋施工區和施工道路區是水土流失重點區域；結合防治分區特點，綜合布設攔擋、排水、覆蓋等措施，可有效控制土壤流失；在工程建設期間應加大水土保持措施落實力度，重視水土保持管理工作，為防治水土流失和保護生態提供充足保障。

［中圖分類號］ S157.7" [文獻標識碼] C" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.12.006

［引用格式］ 莫斌，朱世海，史卓琳，等.粵北天然氣管道工程水土流失防治探討[J].中國水土保持，2024（12）：16-18，41.

隨著經濟的快速發展、“煤改氣”政策的實施及能源結構的優化推進，人們對天然氣能源的需求不斷增加，輸氣管道工程建設呈現快速發展趨勢。根據國家發展和改革委員會、國家能源局2022年1月發布的《“十四五”現代能源體系規劃》，2020—2025年全國油氣管網規模將從17.5萬km增加至21萬km，并將全面推進燃氣管道老化更新改造，重點改造城市不符合標準規范、存在安全隱患的燃氣管道。可見，未來很長的一段時間內，我國仍將建設和改造大量輸氣管道工程。

輸氣管道具有線路長、擾動面廣、路徑選擇限制性強、跨越工程復雜等特點^[1]，工程建設期間的水土流失也存在多樣性、復雜性和防治難度大等特點。考慮到水土流失會對土地資源、生態環境、基礎設施、河道防洪等帶來不利影響^[2]，本研究以粵北天然氣管道興連項目為例，探討管道工程水土流失重點區域及水土流失防治措施要點，以期為同類項目水土保持工作開展提供參考。

1 工程概況

粵北天然氣管道興連項目起于興寧分輸站，終點分別為和平末站和連平末站，沿途經梅州市興寧市、五華縣，河源市龍川縣、和平縣、連平縣。管線總長^156.6 km，其中：興寧—林寨段長90.5 km，管徑^323.9 mm；林寨—和平段長28.6 km，管徑219.1 mm；林寨—連平段長37.5 km，管徑219.1 mm。輸氣管道全線穿越大中型河流3處共1 975.3 m，鐵路6處共480 m，高速、國道、省道及縣道11處共580 m，鄉道43處共^{1 075} m，魚塘38處共1 827 m，小型河流、溝渠34處共538 m，沿線設4座站場和5座閥室，需新建站場、閥室進站道路1 093 m。工程總占地面積205.05 hm²，總挖方201.05萬m 總填方199.06萬m 借方0.04萬m 余方2.03萬m³。工程于2023年9月開工，計劃總工期14個月。

工程所在地和平縣、連平縣屬東江上中游國家級水土流失重點預防區，興寧市、五華縣、龍川縣屬粵閩贛紅壤國家級水土流失重點治理區，此外興寧市（新陂鎮、葉塘鎮）屬寧江水土流失重點治理區，五華縣（華城鎮）屬琴江五華河水土流失重點治理區。

2 水土流失分析

2.1 水土流失部位

1）站場及閥室區。工程設4座站場和5座閥室，占地面積共計3.45 hm²。管道沿線以丘陵地貌為主（占比達75%），為減少耕地占用，站場及閥室需盡量布設在坡地上，因此其建設將產生一定的挖填邊坡。經統計，工程建設產生的平臺面積約1.88 hm²，邊坡面積約^1.57 hm²（其中挖方邊坡0.88 hm²、填方邊坡^0.69 hm²），挖方邊坡坡比按不陡于^1∶1.0控制，填方邊坡坡比按不陡于1∶1.5控制。為減少棄方產生，場區以移挖作填、就近利用為準則。施工產生的裸露邊坡，特別是填方邊坡，土質松散、黏聚力小、結構不穩定，如不能采取及時有效的防護措施，遇降雨則可能引發邊坡塌陷等水土流失事件，威脅場區安全。

2）直埋施工區。直埋施工區的場地平整、基槽挖填、臨時堆土等過程均會加劇水土流失^[3]。管道沿線經過地段一般采用直接開挖埋設，直埋施工段長^152.87 km，面積共計141.07 hm²。開挖的管溝底寬1.0～2.4 m，管溝坡度根據土壤類別、坡頂荷載情況確定，坡比在垂直至1∶1.25之間，管頂覆土厚度不小于1.2 m。直埋管道開挖和回填量均為163.65萬m 占工程開挖總量的81.4%。開挖土方堆放在管線一側，最大堆高不超過3 m，管道埋設后將開挖土方及時回填。直埋施工段穿越地形以丘陵為主，其次為溝谷階地。經統計，直埋施工段產生的平臺面積約63.48 hm²，邊坡面積約77.60 hm²，挖方邊坡坡比按不陡于^1∶1.0控制，填方邊坡坡比按不陡于1∶1.5控制。由于產生的邊坡相對集中，因此若邊坡下游無攔擋，則容易在降雨作用下引發嚴重的水土流失。此外，直埋施工段穿越溝渠、河流時，需截斷自然水系，圍堰部位直接與水流接觸，長時間浸泡與沖刷也容易產生水土流失。

3）管洞施工區。輸氣管道施工通過開挖管洞形式穿越較大的水系、等級道路等。工程管洞穿越共62處，施工段長3.73 km，在洞口兩端征用一定區域作為施工作業區，面積共計4.78 hm²。將管卸入工作坑后，通過傳力頂鐵和導向軌道，用支撐于基坑后座的液壓千斤頂將管壓入土層中，被挖掘物質通過泥漿循環系統用泵排出到達地表。管洞施工產生的土方量不大，但含水率較高，結構不穩定，容易受降雨沖蝕而產生水土流失。此外，管洞穿越較大水系時，施工擾動靠近河道管理范圍等敏感區域，流失的泥沙容易進入河道并對其造成不良影響。

4）施工道路區。為方便施工機械進場，需要在沿線道路與施工作業帶之間修建施工道路。全線施工道路長56.10 km，其中新建28.10 km、擴建28.00 km，占地面積50.52 hm²。施工道路開挖量為26.61萬m³（含表土），占工程開挖總量的13.2%，開挖土方及時回填，不單獨設堆放場地。施工道路沿管線呈網狀分布，主要布設于丘陵地區，普遍存在挖填邊坡。經統計，施工道路產生的路面面積約25.20 hm²，邊坡面積約^25.32 hm²。施工道路位于坡地段的，其填方接觸面為邊坡，受上層壓力作用，路基不穩定，在降雨作用下容易產生滑塌和水土流失。有研究表明，施工道路是工程建設水土流失的主要區域，應加強防護措施布設^[4-5]。

5）施工營地區。在工程沿線新建站場周邊共設置51處施工營地，主要為辦公場所、材料倉庫、材料堆放場等施工生產用地，總占地5.25 hm²。施工營地沿管線呈點狀分布，局部存在挖填邊坡。經統計，施工營地占地中平地面積約4.85 hm²、坡地面積約0.40 hm²（挖方邊坡0.16 hm²、填方邊坡0.24 hm²）。盡管施工營地區擾動地表強度及危害程度不如其他區域，但由于數量多且分散，施工生產活動頻繁，防護難度大，因此也容易造成水土流失。

2.2 水土流失時段

水土流失時段可分為施工期（含施工準備期）和自然恢復期，具體根據施工進度確定。施工期（含施工準備期）自各單元的施工擾動開始，至施工結束為止。其中，站場及閥室區水土流失時段按主體進度取1 a；直埋施工區和管洞施工區分段施工，取0.5 a；施工道路區及施工營地區根據各工點施工進度估算，取1 a。自然恢復期為施工結束后未采取水土保持措施條件下，植被自然恢復，土壤侵蝕逐漸減弱并接近背景土壤侵蝕模數所需的時間。工程所在地區屬亞熱帶季風氣候區，水熱條件較好，不同地點年均氣溫19.7～21.4 ℃，年均降水量1 537.7～1 805.5 mm，氣候條件有利于植被恢復，土壤侵蝕強度接近容許值，故自然恢復期取1 a。

2.3 水土流失量

2.3.1 土壤侵蝕面積及模數

工程建設中可能造成水土流失的區域包括站場及閥室區、直埋施工區、管洞施工區、施工道路區、施工營地區。根據實地調查，項目建設區及周邊地區土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，侵蝕形態主要為面蝕和溝蝕，屬于微度侵蝕區域。根據《生產建設項目土壤流失量測算導則》（SL 773—2018）測算擾動后的土壤侵蝕量，得到工程施工期和自然恢復期侵蝕面積及侵蝕模數，見表1。

2.3.2 土壤流失預測

土壤流失預測是測算在工程建設擾動地表且不采取水土保持措施的最不利情況下，可能造成的土壤流失量。土壤流失量包括土壤流失總量和新增土壤流失量。土壤流失量預測結果見表2。

從表2可以看出，工程可能造成的土壤流失量約^{15 707.88} t，其中新增土壤流失量14 642.49 t；新增土壤流失量中，施工期土壤流失量約14 485.07 t（占比達98.92%），自然恢復期土壤流失量約157.42 t（占比^1.08%），故水土流失防治重點在施工期。新增土壤流失量中，直埋施工區施工期新增土壤流失量約^{7 262.28} t（占比49.60%），施工道路區施工期新增土壤流失量約6 695.41 t（占比45.73%），這兩個分區施工期新增土壤流失量合計占比超過95%，是水土流失的重點區域。分析其原因，兩分區施工過程中開挖擾動地表強烈，挖填土石方量大，臨時堆土疏松分散，容易遭受降雨沖蝕，土壤侵蝕模數較大，加之土壤流失范圍較廣，故產生的土壤流失量較大。

3 水土流失防治

3.1 攔擋措施

攔擋措施包含漿砌石或混凝土擋土墻和袋裝土臨時攔擋。在站場及閥室區挖填邊坡坡腳設置漿砌石或混凝土擋土墻，可以攔擋不穩定邊坡，確保場區安全。徐學選等^[6-7]對次降雨條件下溝坡道路的土壤侵蝕模數進行研究，結果表明土壤侵蝕模數在45～64 kg/m²之間，而對水平型和凸型路堤采取抗蝕防護工程（如在路邊挖蓄水槽和設擋土埂等）的減沙效益在80%以上。在直埋施工區的填方邊坡、管線穿河兩岸邊坡等修建的漿砌石擋土墻可保護邊坡免受雨水沖刷，確保邊坡穩定。對坡度小于25°的施工作業帶土質邊坡和全風化巖質邊坡采用生態袋護坡，袋內裝填含灌草種的種植土，能起到攔擋與防護作用。此外，由于其他回填邊坡及表土堆放區域也容易受雨水沖刷，土壤流失明顯，因此建設方案考慮在高填邊坡坡腳和表土堆放區周圍設置編織袋裝土臨時攔擋，攔擋回填邊坡和臨時堆土邊坡，可以有效減少土壤流失和確保邊坡穩固。

3.2 排水措施

排水措施包含永久截排水溝和臨時排水溝。站場及閥室區在挖方邊坡上側和邊坡坡腳處設置截排水溝以排出上游來水，在圍墻內外側設置排水溝以排導場地匯水。位于山丘區的管道工程，有坡面來水時，應在開挖邊坡上游外側設截水溝，在坡腳設排水溝以排走匯水。定向鉆施工時，在入土點設泥漿池，將孔口溢出的泥漿引入泥漿池進行沉淀，以避免場區漫流。此外，為防止臨時場地積水和土壤流失，可在場地周邊布設臨時排水溝，在排水溝出口設沉沙池。施工道路主要沿山丘布線，開挖產生的坡面容易被來水沖刷，可在匯水側布設臨時排水溝，在排水溝與周邊自然溝道銜接處布設沉沙池，以確保泥沙截留沉積和匯水順利排導。

3.3 覆蓋措施

覆蓋措施包含部分挖方邊坡的漿砌片石防護、植物防護，綠化區域的喬灌草覆蓋，臨時裸露邊坡和臨時堆土表面的塑料薄膜覆蓋等。站場及閥室區存在挖方邊坡，部分較陡的采用漿砌片石防護，其余采用菱形方格網植草防護；對站場及閥室區圍墻外空地、進站道路兩側空地，采用鋪植草皮綠化；施工作業帶的挖填邊坡，除漿砌石、生態袋等防護區域外，可采用植草防護；管道中心線兩側5 m范圍外（不含邊坡）考慮栽植喬灌木綠化，其余區域采用撒播草籽綠化；開挖普通土方、剝離表土臨時堆放、場地平整產生的裸露邊坡，在雨季時可采用綠網苫蓋，以避免雨水沖刷，減少土壤侵蝕；對臨時堆土等區域，采用彩條布鋪墊保護表土。

4 結束語

隨著我國能源結構的優化與完善，天然氣管道項目得到了快速發展，但同時項目建設產生的水土流失問題也應引起足夠重視。天然氣管道工程建設產生的水土流失主要源自站場及閥室建設、管道埋設、管道穿越、施工道路及施工營地修建等環節。對輸氣管道項目水土流失進行預測，發現直埋施工區和施工道路區的新增土壤流失量占比超過95%，是水土流失的重點區域，因此在工程建設過程中需對這兩個區域進行重點防治，從源頭減少水土流失，同時對工程區采取攔擋、排水、覆蓋等措施。此外，工程建設過程中還應結合項目區水土流失特點，在綜合布設防治措施的前提下，加強水土保持措施落實力度，重視水土保持監測與監理工作。

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