农业基础科学论文
随着经济社会的快速发展，清洁能源已成为事关全局的战略性要素资源，根据国家有关规划，到 2020 年，我国天然气在一次能源中的比重将由目前的 3. 4% 提高到12% ,对于缓解我国能源需求紧张和环保压力有着重要的战略意义[1 -2].天然气燃烧时只产生极微量的烟尘和 SO2气体，是洁净的一次气体燃料和宝贵的化工原料[3].天然气输气管线工程地理跨度大，长度较长，管径较大，临时占地面积大，弃土石方分散且量大，影响面广，如不进行科学地防护，将会对沿线带来严重的水土流失，并对生态环境造成破坏[4].水土保持是指对自然因素和人为活动造成的水土流失所采取的预防和治理措施[5],是我国生态环境建设的重要组成部分。因此，在项目实施前期，科学地编制水土保持方案，使水土保持工程与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用，对保护天然气输气管线沿线水土资源、维护区域生态环境有着重要的现实意义。
1 项目及项目区概况
浙北某天然气输气管线工程是川气东送工程的配套工程，项目涉及 9 个县（ 市） ,输气管线总长 161. 92 km,其中输气干线长 88. 2 km（ Ф813 mm） ,输气支线长 73. 72 km（ Ф273 mm） ,管线穿越大、中、小型河流共 139 次，穿越高速公路、铁路、国道、省道等公路 125 次。此外，项目还包括 7 座站场（ 其中 1 座为扩建） 、9 座阀室以及其它配套工程。工程总占地面积 279. 04 hm2,其中永久占地面积11. 04 hm2,临时用地 268. 00 hm2.输气线路所经区域的地貌类型主要由平原、丘陵组成，沿线地形较为平坦，平原区占整个线路的 94. 6%,土地利用类型以耕地为主，土壤类型主要为水稻土； 丘陵山地区沿线海拨在 15 m -220 m,占整个线路的 5. 4%,土地利用类型以林地为主，土壤类型主要为红壤。
输气管线沿线平原区内湖泊密布、河网交错，主要植被为耕地、水塘、疏林地中的杂木、灌木以及人工栽培的用材林、经济林等，丘陵区植被发育，树林较茂密，植被覆盖率达 65% 左右，工程区多年平均降水量 1 220 mm 左右。
项目所在区域水土流失类型以地表径流冲刷土壤引起的水力侵蚀为主，主要形式为面蚀，属于土壤水力微度侵蚀。
2 项目水土流失特点
（ 1） 项目为线性工程，穿越河流、公路等工程多，施工条件复杂。输气管线工程线路较长，管道施工采用沟埋敷设的方式，沿途所经区域的地貌类型主要有平原、丘陵，管线穿越河流、公路等共 264 次，其中穿越大中型河流 28次，高速公路 5 次，翻越山岭 1 次，穿越工程采用定向钻、顶管、大开挖等施工方式，施工条件复杂多样，尤其是管道经过软土、丘陵区的高陡斜坡时，施工难度较大，需布设施工便道。
（ 2） 管线分段施工，施工期较短。输气管线敷设采用分段施工，一般在完成 100 m - 300 m 的管线敷设后即进行管槽回填、场地平整，然后再进行下一段管槽的开挖，部分施工难度小的地段可在几天内完成管线回填，开挖土石方临时堆放的时间较短。在局部软土、砾石、碎石及地形坡度较大、削坡及临沟渠、溪流的地段，施工难度较大，管槽开挖时间稍长，开挖土石方临时堆放时间为 2 -4 个月。
（ 3） 项目临时用地面积大，永久占地面积相对较小。项目总占地面积为 279. 04 hm2,其中临时用地面积为 268hm2,主要包括管线施工作业带占地、穿越工程的施工场地及施工便道等占地，临时用地占总占地面积的 96%; 永久占地为11. 04 hm2,主要包括7 座站场、9 座阀室等占地，永久占地占总占地面积的 4%,所占比例较小。
（ 4） 项目施工作业带宽，临时堆土量较大，水土流失呈带状分布。管线工程施工时，需在管线两侧征用施工作业带，以便于施工机械操作和开挖土石方的临时堆放，输气干线管径为 813 mm,其施工作业带宽度为15 m -22 m,输气支线管径为 273 mm,其施工作业带宽度为 9 m - 14m,管沟开挖土石方每公里约 2 000 m3- 5 000 m3,局部丘陵区需削坡开挖，土石方量较大，在降雨、重力等条件下，临时堆土容易产生水土流失，管线施工产生的水土流失基本沿施工作业带分布。
3 水土流失预测
经统计，项目共扰动原地貌、损坏土地和植被的面积279. 04 hm2,包括站场、阀室永久占地以及管线施工作业带、施工场地、施工便道等临时用地。项目损坏的水土保持设施面积为 61. 69 hm2,主要包括园地、林地、绿化用地等。项目土石方开挖量共64. 46 万 m3,回填量共79. 07 万m3,其中利用自身开挖方 62. 91 万 m3,借方 16. 16 万 m3,主要为管线施工所需细砂垫层和站场阀室、施工便道所需宕渣，均考虑从市场购买。项目共产生废弃土石方 1. 55万 m3,其中淤泥 0. 44 万 m3,钻渣泥浆 0. 95 万 m3,建筑垃圾 0. 16 万 m3.
通过对已建或在建的类比工程调查、分析、计算的基础上，得出类比工程建设过程中各区域的土壤侵蚀强度，在对本项目资料进行分析的基础上，结合土壤侵蚀分类分级标准和项目区的降水、地形地貌、土壤、植被、水土流失现状以及施工特点等进行分析，拟定本项目建设过程中各水土流失区域的土壤侵蚀强度，进行水土流失预测。预测时段分建设期和自然恢复期。
根据 以 上 方 法 预 测，项 目 水 土 流 失 预 测 面 积279. 04 hm2,水土流失总量 3. 52 万 t,其中新增水土流失量 3. 28 万 t.在项目建设期及植被恢复期均存在不同程度的水土流失，其中，建设期新增水土流失量 3. 08 万 t,占新增水土流失量的 93. 9%; 植被恢复期新增水土流失量为 0. 20 万 t,占新增总水土流失量的 6. 1%（ 见表 1） .
4 水土保持措施
4. 1 水土流失防治分区布局
根据主体工程布局、施工扰动特点、建设时序等，结合方案编制总则、工程项目的特点以及对水土流失影响、区域自然条件、项目的功能分区等，确定该项目水土流失防治区共分四个区，即站场阀室塔基防治区、管线施工作业带防治区、穿越工程防治区、临时道路防治区。
4. 2 水土流失防治措施布局
本项目有 94. 6% 的管线位于平原地段，地势平坦，河1失治理重点，一是定向钻、顶管穿越产生的弃土处理； 二是管线开挖土石方的临时堆放处理； 三是管线穿越河流产生的河岸破坏的恢复措施。管道敷设要切实保护好表土及管沟开挖的土石方，采用填土草袋进行临时防护。管线穿越铁路、等级公路时顶管施工产生的土方可用作管线施工作业带的回填利用。穿越小河流大开挖施工产生的淤泥设干化场进行干化，管线穿越高速公路、大中型河流、鱼塘时定向钻施工产生的泥浆，采用开挖沉降池沉淀处理的方式。对采用开挖方式穿越河流地段，用浆砌块石、砼挡墙等护岸护坡及护底。
本项目有 5. 4%的管线位于丘陵地段，丘陵间分布有盆地或河流冲积滩地，植被覆盖率较高。丘陵段管线水土流失治理的重点是管道在爬坡以及施工便道的修建造成的开挖边坡、施工作业带坡面及其排水处理。管道在爬坡时造成的边坡及施工作业带坡面一般采用挂网喷播植草、生态袋护坡及撒播植草护坡等措施加以防护，并根据地形布设必要的拦挡、截排水设施； 施工便道修建采用植物护坡措施、截排水措施进行防护。
站场阀室除按照园林绿化标准进行绿化美化外，在施工期间还需采取一定的临时性排水、沉砂措施及临时堆土场防护措施。
4. 3 水土保持措施设计
（ 1） 护坡工程。在丘陵段管线敷设及施工便道修建过程中，需开挖山体，容易产生开挖边坡，对其应采取防护措施，对于土石混合坡面，开挖边坡控制在1: 0. 75,并采用植生混凝土防护，对土质边坡，其开挖坡度一般在 1: 0. 75- 1: 1. 5 之间，考虑采用生态袋护坡或喷播植草进行防护，生态袋内壤土采用施工前清除的表土，袋内植物种类采用混合灌草籽，并配有有机肥料。混合草籽根据当地适生的、冷季型草种和暖季型草种并存的、生物生长特性混合优选确定，主要由白三叶、狗牙根、胡枝子、紫穗槐、长春油麻藤等混合组成。管线穿越河流时，若河岸地质不良，可能受水力侵蚀、河流态势影响较大致使河岸垮塌而不稳定，当岸坡较缓（ 倾角小于 45°） 时，采用浆砌块石或砼护坡形式，当岸坡较陡（ 倾角大于 45°） 时，采用浆砌块石或砼挡墙形式。河流岸坡护坡、挡墙的基础埋深一般不小于管线穿越岸坡处局部最大冲刷深度以下 1m.
（ 2） 截、排水工程。为排除丘陵、山区段管线开挖边坡上方来水，防止雨水对管线作业面的冲刷，在管线开挖边坡上方设置截水沟，截水沟汇水末端设置排水沟，便于雨水汇入现有沟渠。截、排水沟尺寸根据开挖边坡上方的集雨面积、当地的降雨量以及有关规范如《开发建设项目水土保持技术规范》（ GB50433-2008） 确定，截、排水沟采用浆砌片石或 C25 砼砌筑，修筑时应顺应现有地形坡度，并控制一定的沟底纵坡，使汇水能向现有沟渠顺利排出。
（ 3） 土地整治、植被恢复工程。管线施工结束后，对管线施工作业带、施工场地等临时用地按照原有土地利用类型进行恢复，原有土地类型为耕地的，恢复为耕地，原有土地类型为林地的，恢复为林草植被。恢复林地时，考虑管线中心线两侧各 5m 范围内不能种植根系比较发达的乔木和深根灌木，对于管线中心线 5m 外可种植乔木、灌木以及撒播混合草籽，增强水土保持效果，林草植被恢复时，对于施工作业带坡面坡度为 25°以上，可采用挂网喷播植草恢复植被； 坡面坡度在 15° -25°之间，可采用生态袋防护植被恢复； 坡面坡度在15°以下，可采用撒播混合灌草籽恢复植被。考虑到山区土层贫瘠，植被立地条件差，植物种类的选择要求是耐贫瘠、生长迅速、根系发达、生命力强的树草种，如湿地松、胡枝子、紫穗槐、狗牙根、高羊茅、结缕草、爬山虎等。
4. 4 水土保持措施实施进度
各项水土保持措施相互协调，有序实施，一般以工程措施为先，植物措施随后，工程措施一般安排在非主汛期，植物措施应以春季、秋季为主。总体要求植物措施比主体工程略为滞后，要求通过合理安排，在项目总工期内完成所有水土保持措施，植被抚育管理措施将长期实施。
5 水土保持效益分析
方案设计的水土保持设施实施后，预计因项目建设造成的水土流失将得到有效的控制和改善，经预测估算，水土流失量可减水32 621 t,水土流失控制率达到99. 4%,管线区、临时施工场地、施工便道等均恢复了原有土地使用功能，最大程度地恢复和改善了生态环境。
本天然气管线项目采取水土保持措施治理后，其社会效益主要有： 保障了站场阀室和输气管线发挥正常的供气、输气功能； 防止开挖的土石方侵占农田，淤积鱼塘、河道，保证附近河流的防洪排水能力和水体质量，减少水土流失对周围土地的危害。管线作业带经恢复原有土地使用功能后，最大限度地恢复和改善了当地的自然景观。
6 结束语
天然气作为一种优质、清洁、安全、高效的绿色能源，是国家能源政策推广和普及的能源，在调整能源结构、提高能源利用效率和促进节能减排等多方面具有优势。
水土保持方案的编制是有效贯彻《中华人民共和国水土保持法》、控制人为水土流失的重要手段[5],通过输气管线建设项目的水土保持方案案例分析，总结出此类项目的水土流失特点，有针对性地提出了水土流失防治措施体系，项目建设造成的水土流失将得到有效的控制和改善，水土保持效益、社会效益、生态效益显着。
随着天然气输气项目的迅速发展与普及，天然气管道建设带来的水土流失防治问题将更加突出，不但要求建设项目从工程占地、土石方开挖、施工工艺等源头上控制好水土流失，同时对后续的水土保持措施的优化设计也提出更高要求，在下一阶段需要进一步深入研究，以切实有效地遏制此类建设项目造成的水土流失，保障水土资源的可持续利用和生态环境的可持续维护。
参考文献
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