端氏至長子輸氣管道工程水土保持措施
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摘要：以端氏至長子煤層天然氣管道輸送工程為例，結合管線途經(jīng)的地形地貌、施工特點與造成的水土流失情況，從管線安全運行和保護生態(tài)環(huán)境角度出發(fā)，研究布局了針對性的表土剝離、截排水工程、土地整治、植被恢復及臨時防護等水土保持措施。
關鍵詞：水土流失;水土保持;防治措施;煤層天然氣;端氏-長子輸氣管線
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，在我省開發(fā)利用發(fā)展迅速，現(xiàn)已進入千家萬戶，覆蓋了大部分城市及縣城。山西不僅是煤炭資源大省，也是煤層氣資源強省，據(jù)地質勘探資料，全省煤層氣資源量達10萬億m3，約占全國的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6.85萬億m3，現(xiàn)已成為我國探明規(guī)模最大的煤層氣氣田區(qū)，其開發(fā)利用，是“氣化山西”，實現(xiàn)轉型跨越的重頭戲。在煤層氣開發(fā)利用過程中，不可避免地要擾動地表，破壞植被與水土保持設施，從而加劇水土流失。為了實現(xiàn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境建設同步協(xié)調發(fā)展，研究煤層氣輸送過程中的水土保持問題很有必要。本文以沁水端氏至上黨長子的煤層氣輸送管道工程為利，對此進行探討。
1項目概況
端氏至長子輸氣管道工程，屬山西省國新能源集團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)柿莊輸氣站到長子縣南陳鄉(xiāng)東陳村的南陳輸氣站，之后到達位于長子縣城關鎮(zhèn)前小郭村的長子末站，全長77km；接氣支線為趙莊壓縮站—南陳輸氣站，長約3.7km。本項目建設工程，近期可將山西天然氣有限公司的洪洞—安澤—長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，進入山西省國新能源集團已建的省級管網(wǎng)，將煤層氣輸送至全省各地使用；遠期可將沁水、長子片區(qū)的煤層氣輸往黎城方向，進而輸往河北省，滿足下游省份需要。本工程輸氣量11.03×108m3/a，設計壓力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，設計規(guī)模8.05×108m3/a；南陳輸氣站—長子末站段，線路管徑為D457mm，設計規(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，設計規(guī)模0.35×108m3/a。本項目由管線工程、輸氣站場、堆管場地、進站道路、施工便道、供電線路等組成。全線設4座輸氣站場，2座閥室，10處堆管場地?？傉嫉孛娣e102.13hm2，其中永久占地4.95hm2，臨時占地97.18hm2；占地類型為耕地63.01hm2，林地10.88hm2，其他草地27.59hm2，交通運輸用地0.65hm2。土石方總量69.76萬m3，其中挖方34.88萬m3（含表土剝離4.70萬m3），填方34.88萬m3（含表土回覆4.70萬m3），挖填平衡，無棄方。項目總投資34626萬元，其中土建投資33013萬元。工程于2016年10月開工，2017年9月結束，總工期1年。輸氣管線沿途經(jīng)過晉城市的沁水縣、高平市及長治市的長子縣，社會依托條件較好，在建設過程中不單獨布設施工生活營地，其中輸氣站場施工布置在站場內，管道工程及其他附屬工程施工租借附近民房及生活設施。
2項目區(qū)概況
項目管道沿線地貌，沁水段、高平段以黃土丘陵階地為主，長子段以土石山區(qū)、河谷盆地為主。項目區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年均氣溫9.3-10.6°C，年≥10℃的活動積溫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，無霜期164-195d；年均風速2.1-2.4m/s，年大風日數(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、高平段水土流失強度為中度，年土壤侵蝕模數(shù)3000-4000t/km2；長子段水土流失強度為輕度，年土壤侵蝕模數(shù)2000t/km2。據(jù)測算，工程建設新增土壤流失量5112t，其中建設期3554t，自然恢復期1558t。新增土壤流失量以管線工程區(qū)和施工便道為主，輸氣站場和進站道路次之，其他區(qū)域較少。
4水土保持措施研究
該工程項目，以線狀為主，點塊狀為輔，沿線涉及的土地利用類型有耕地、林地、草地和交通運輸用地。根據(jù)項目特點，需采取如下措施防治由于工程建設造成的人為水土流失。
4.1表土剝離
表土主要分布在農地上，不僅是一種自然資源，而且是一種經(jīng)濟資源，是農民長期耕作形成的產(chǎn)物，必須首先加以保護。據(jù)對工程建設占地的調查，占用耕地63.01hm2，占到工程項目總占地面積的61.70%，其中管線57.11hm2，輸氣站場3.75hm2，進站道路0.52hm2，輸電線路1.18hm2，堆管場地0.45hm2。由于農村改革后大都實行機耕，一般表土厚度可達0.3cm。除堆管場地臨時占用不需要表土剝離外，按此測算，共需剝離表土18.768萬m3。由于部分工程無剝離表土提前施工，實際剝離表土量為4.7萬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)、輸氣站場區(qū)和進站道路區(qū)。當管線經(jīng)過20°以上的順坡時，沿管線一側需布設縱向排水溝，順坡每隔10m設一條橫向截水溝，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構，尺寸0.4m×0.4m，壁厚0.3m；跌井亦為漿砌石結構，長、寬各1m，深0.5m，壁厚0.3m。輸氣站場設排水暗涵（局部蓋板），出口與場外排水系統(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)地域實際：土石山區(qū)管線共設截水溝700m，管線排水溝1750m，站場排水暗涵420m，跌井25處；黃土丘陵階地區(qū)共設管線截水溝465m，管線排水溝1164m，進站道路排水溝1050m，跌井11處；河谷盆地區(qū)管線截水溝215m，管線排水溝614m，站場排水暗涵260m，進站道路排水溝1650m，跌井12處。
4.3土地整治
土地整治對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耕以及造林種草地的表土回覆等。該工程項目，其土地整治涉及管線工程區(qū)、堆管場地、輸氣站場、進站道路、施工便道與輸電線路。根據(jù)地域實際：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，復耕21.24hm2；堆管場地土地平整0.90hm2；輸氣站場土地平整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，復耕7.19hm2；堆管場地土地平整0.15hm2；進站道路土地平整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，復耕4.92hm2；堆管場地土地平整0.15hm2，復耕0.15hm2；進站道路土地平整0.16hm2；供電線路復耕0.29hm2。
4.4植被恢復
植被恢復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)地域實際：土石山區(qū)，管線栽植紫穗槐14932穴，撒播種草24.00hm2；堆管場地栽植紫穗槐4200穴，撒播種草0.90hm2；輸氣站場綠化美化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；堆管場地栽植紫穗槐700穴，撒播種草0.15hm2；進站道路栽植側柏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；輸氣站場綠化美化0.30hm2；進站道路栽植國槐560株，撒播種草0.16hm2。草種選擇無芒雀麥、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，生長健壯，無病蟲害。道路栽植側柏和國槐，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，生長健壯，無病蟲害。
4.5臨時防護
臨時防護措施用于施工過程中，以預防暴雨、大風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、苫蓋和臨時排水溝等。根據(jù)地域實際：土石山區(qū)，管線編織袋裝土擋護11051m3，編織布苫蓋8.63萬m2；輸氣站場編織袋裝土擋護64m3，編織布苫蓋600m2；施工便道編織袋裝土擋護672m3，臨時排水溝2150m。黃土丘陵階地，管線編織袋裝土擋護3616m3，編織布苫蓋2.83萬m2；施工便道編織袋裝土擋護930m3，臨時排水溝2960m。河谷盆地，管線編織袋裝土擋護2240m3，編織布苫蓋1.75萬m2。由于分段施工且工期較短，編織布可重復使用。臨時排水溝采用梯形斷面，底寬40cm，高40cm，邊坡1∶1，溝內鋪土工膜。
作者：穆麗 單位：山西省水利水電勘測設計研究院有限公司