摘要:天然氣在凈化過程中將會排放出大量的SO2,對其所在區(qū)域的林草植被將產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。以某高含硫天然氣凈化廠為例,對其凈化廠運營期排放SO2的濃度進(jìn)行了預(yù)測。根據(jù)預(yù)測結(jié)果,高SO2濃度區(qū)域年均SO2濃度遠(yuǎn)低于敏感植物達(dá)到傷害閾值時的濃度,故在正常工況下,凈化廠外排SO2不會對植被產(chǎn)生長期的影響,可維持該區(qū)域內(nèi)植被現(xiàn)狀;對施工創(chuàng)面,從實施植被恢復(fù)的角度進(jìn)行了分類,對不同類型的邊坡采用不同的植被恢復(fù)技術(shù)。提出的植被恢復(fù)方案不僅可以增加區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋面積、提高區(qū)域內(nèi)林草植被系統(tǒng)的穩(wěn)定性,還將會帶來明顯的生態(tài)效益和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞:高含硫天然氣凈化廠工程;林草植被;生態(tài)恢復(fù)
中圖分類號:TE644;X743;S731.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0439-8114(2013)02-0364-04
近年來,中國天然氣需求快速增長,天然氣消費量的增速已處于世界第一位[1]。現(xiàn)在國內(nèi)已探明的天然氣田中近一半為高含硫氣田,由于高含硫氣田存在開發(fā)成本高、氣體含有劇毒物H2S,且H2S會腐蝕氣田生產(chǎn)設(shè)備等原因[2],使高效、安全地開發(fā)高含硫氣田在目前仍是一個難題。因此關(guān)于氣田開發(fā)項目的植被生態(tài)恢復(fù)研究也就主要集中在氣田開發(fā)建設(shè)過程中施工期工程創(chuàng)面的植被生態(tài)恢復(fù)研究方面,而對高含硫氣田天然氣凈化廠運營期的植被生態(tài)恢復(fù)研究較少。天然氣凈化廠是為了對含硫天然氣進(jìn)行脫硫、脫水的同時對含酸成分進(jìn)行處理的工廠,是氣田開發(fā)工程建設(shè)的核心,對保證生產(chǎn)的天然氣達(dá)到合格安全的使用標(biāo)準(zhǔn)具有重要的作用[3]。高含硫天然氣凈化廠工程不僅在施工期對生態(tài)系統(tǒng)具有破壞作用,更重要的是工程在試生產(chǎn)和運營期內(nèi)排放的廢氣中SO2等有害成分會對當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物和林草植被造成長期的負(fù)面影響,而且這種影響會不斷加劇,最終勢必危及到區(qū)域的整個生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)[4,5]。我們在研究高含硫氣田天然氣凈化廠運營期對區(qū)域內(nèi)林草植被影響的基礎(chǔ)上,提出了區(qū)域內(nèi)林草植被可行的生態(tài)恢復(fù)方案,以指導(dǎo)氣田及凈化廠工程運營期的林草植被生態(tài)恢復(fù)工作。
1 高含硫天然氣凈化廠及區(qū)域內(nèi)植被概況
某天然氣凈化廠位于四川省東北部,其原料天然氣中H2S含量較高(14%~18%),為高含硫天然氣。該天然氣凈化廠天然氣處理總能力為4 800×104 m3/d。每個單系列處理能力為300×104 m3/d,故天然氣生產(chǎn)裝置共有16個單系列及配套工程。采用MDEA法脫硫、TEG法脫水、常規(guī)Claus二級轉(zhuǎn)化法硫磺回收、加氫還原吸收尾氣處理工藝路線,設(shè)計硫回收率高達(dá)99.8%。在正常排放條件下,該廠每天排入大氣的SO2量約為13.5 t,其尾氣SO2排放濃度約為500 mg/m3,符合大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中的最高允許排放濃度要求。
該氣田所在區(qū)域植被多樣,區(qū)系豐富,主要有亞熱帶常綠針葉林、低山落葉櫟林、亞熱帶竹林及亞高山落葉闊葉與常綠針葉混交林。由于自然、人為的干擾破壞,現(xiàn)有的天然植被基本為次生林,有的原生植被只剩下殘林跡地或次生草地。分布較廣的喬木類植被類型主要有馬尾松林、杉木林(人工栽培)以及麻櫟、栓皮櫟等優(yōu)勢樹種。灌木叢植被類型有黃荊、馬桑、枹櫟、化香等低山落葉灌叢,多分布在海拔800 m以下;矮黃櫨山地落葉灌叢分布于中山區(qū)中、下部海拔700~1 600 m地段。草本植被主要是中生草本群落,包括泛濫地草甸、旱地草甸、山地草甸三大類。
2 凈化廠外排SO2對林草植被的影響
含硫天然氣的凈化過程中,絕大部分的硫化物經(jīng)過硫磺回收裝置處理、轉(zhuǎn)化后,可被轉(zhuǎn)化為硫磺而回收,但這種處理回收率不可能達(dá)到100%,在硫磺回收尾氣中還殘留著少量硫及其化合物(H2S、SO2和CS2),并且井下作業(yè)后放噴測試、天然氣開采中的排污放空、發(fā)生事故時采取的事故放空等過程中排出的硫及其化合物、烴類等也時常出現(xiàn),如果不做進(jìn)一步處理,將會對環(huán)境產(chǎn)生不利的影響,如H2S會造成人畜中毒甚至死亡;甲烷會破壞大氣中的臭氧層,直接燃燒生成大量的SO2排入大氣造成大氣污染,并會危害樹木和人體健康;若SO2進(jìn)一步氧化將形成酸雨,其危害更大[6]。研究表明,大量SO2排入大氣環(huán)境中必然會對區(qū)域內(nèi)的林草植被產(chǎn)生巨大影響,松、杉、柏、桐等樹木對SO2很敏感,當(dāng)大氣中SO2含量達(dá)到0.03 mg/L時,樹葉會先受到傷害,其光合作用會減弱,葉片出現(xiàn)黃斑;當(dāng)SO2含量達(dá)到0.3 mg/L時,樹葉枯黃、失水脫落,最嚴(yán)重時導(dǎo)致樹木死亡[6]。
采用文獻(xiàn)[7]中推薦的AERMOD模式對該天然氣凈化廠的大氣環(huán)境影響程度進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果表明,SO2高濃度區(qū)域主要分布在該天然氣凈化廠西北、東東南和東南方向,小時最高濃度為2.836 mg/m3,年均最高濃度為0.081 mg/m3。正常工況下,凈化廠周邊區(qū)域4.44 km2的SO2小時最大落地濃度高于1.420 mg/m3,但該區(qū)域主要植被為中等敏感和抗性植物,故正常工況外排SO2不會對區(qū)域植被造成急性傷害。年均最大SO2濃度為0.081 mg/m3,遠(yuǎn)小于中等敏感植物的長期濃度限值;故正常工況下,凈化廠外排SO2不會對區(qū)域植被產(chǎn)生長期的明顯影響,但凈化廠運營后整個區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境中的SO2有較明顯的增加,仍會對區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境尤其是林草植被產(chǎn)生一定的影響,因此進(jìn)行植被恢復(fù)方案設(shè)計時,有必要多選取吸硫能力強(qiáng)的抗性植物。此舉不僅可實現(xiàn)較好的復(fù)綠效果,而且對凈化大氣、提高區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量、提高區(qū)域內(nèi)林草植被生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有一定的促進(jìn)作用。
3 林草植被生態(tài)恢復(fù)研究
3.1 林草植被生態(tài)恢復(fù)方案設(shè)計原則
3.1.1 遵循自然平衡、生態(tài)優(yōu)先的原則 運營期林草植被的生態(tài)恢復(fù)重點是對可能受凈化廠及其他工程排放污染物影響的區(qū)域?qū)嵤┥鷳B(tài)恢復(fù)工作,目的是最大限度地降低工程運營期可能產(chǎn)生的環(huán)境破壞,維持生態(tài)系統(tǒng)平衡。在進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)設(shè)計及植物選配時應(yīng)盡量減少對原有生態(tài)系統(tǒng)的干擾,因地制宜選取宜活、抗污染的鄉(xiāng)土植物,從而改善工程區(qū)生態(tài)環(huán)境。
3.1.2 堅持符合規(guī)劃、實現(xiàn)環(huán)境功能協(xié)調(diào)的原則 在生態(tài)恢復(fù)方案設(shè)計時,充分考慮所涉及區(qū)域的環(huán)境功能,做到與項目所在區(qū)域功能規(guī)劃相結(jié)合,與氣田生產(chǎn)相協(xié)調(diào),同時為氣田的生產(chǎn)、人們的生活創(chuàng)造良好的環(huán)境基礎(chǔ)。
3.1.3 堅持以人為本、經(jīng)濟(jì)可行的原則 為達(dá)到項目所在區(qū)域林草植被生態(tài)恢復(fù)的目的,除維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定外,最主要的還是改善當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境,盡量減緩甚至消除工程實施、運營而導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境變化對居民生活產(chǎn)生的影響;同時還應(yīng)充分利用已有的成功經(jīng)驗,采用多種模式綜合治理的技術(shù)路線,降低養(yǎng)護(hù)成本。
3.2 高SO2濃度分布區(qū)林草植被生態(tài)恢復(fù)方案
根據(jù)大氣環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果可知,區(qū)域年均最大地面SO2濃度為0.081 mg/m3,高濃度分布區(qū)域面積約為4.44 km2。該區(qū)域內(nèi)植被主要為林草地,種植的植物主要有柏木、以慈竹為主的竹類、麻櫟、鹽膚木、杉木、馬尾松、油桐、柚子、構(gòu)樹、榿木、馬桑、楓楊、黃荊、懸鉤子、薔薇、火棘等。區(qū)域內(nèi)植被系統(tǒng)比較穩(wěn)定,植被類型較多,年均SO2濃度遠(yuǎn)低于敏感植物達(dá)到傷害閾值時的濃度,故在正常工況下,凈化廠外排SO2不會對植被產(chǎn)生長期影響。因此維持高SO2濃度分布區(qū)內(nèi)植被現(xiàn)狀,暫不實施其他植被恢復(fù)措施。但需對該區(qū)域內(nèi)植被(尤其是馬尾松、楓楊、竹類等)的生長情況加強(qiáng)監(jiān)測、養(yǎng)護(hù)和管理。隨著凈化廠的運營時間增加,高濃度區(qū)域內(nèi)對SO2敏感或中等敏感的植被(尤其是馬尾松、楓楊、竹類等)一旦出現(xiàn)受損現(xiàn)象,應(yīng)立即采取植被恢復(fù)措施補(bǔ)救。
3.3 施工創(chuàng)面林草植被生態(tài)恢復(fù)方案
項目開發(fā)建設(shè)過程中產(chǎn)生了大量的工程創(chuàng)面,當(dāng)施工結(jié)束后,施工創(chuàng)面植被恢復(fù)的植物大部分為自然生長,并且部分創(chuàng)面也進(jìn)行了人工植被恢復(fù),但并未考慮到運營期SO2的影響,所選植物僅為對SO2敏感或中等敏感的植物,甚至部分施工創(chuàng)面幾乎沒有植被覆蓋。因此對該類區(qū)域需實施人工植被恢復(fù),并優(yōu)選抗性強(qiáng)和吸硫能力相對較強(qiáng)的植物種類。該項目施工過程中產(chǎn)生的施工創(chuàng)面可分為兩大類,第一類為該項目開發(fā)建設(shè)中產(chǎn)生的大型棄土場,第二類為除棄土場外的其余施工創(chuàng)面。
3.3.1 大型棄土場林草植被生態(tài)恢復(fù)方案 大型棄土場與凈化廠相鄰,位于凈化廠的北側(cè),該棄土場絕大部分為棄土堆積填埋形成的平坦開闊平地或緩坡地,整個棄土場由西向東地勢基本由高到低,局部零星長有植被。①場地平整。對棄土場進(jìn)行植被恢復(fù)之前,首先進(jìn)行場地的平整工作,土地平整的好壞直接影響著后續(xù)植被恢復(fù)工作;本區(qū)域土地平整不搞大面積的土方平整,僅做部分區(qū)域的削高補(bǔ)低;在內(nèi)部做到挖填平衡,對于需要削高補(bǔ)低的部位應(yīng)預(yù)先將耕作層土壤推到一邊堆放,待平整后再回填覆蓋,進(jìn)行耕作土復(fù)原,由推土機(jī)推運、填平,松土機(jī)進(jìn)行松土。平整后土地應(yīng)保持一定的肥力,盡量保留表土,在挖方處保留20~30 cm,填方超過50 cm時,必須是熟土處在上面,回填熟土層厚20~30 cm,使耕作層達(dá)20 cm以上。②植被恢復(fù)方案。對棄土場場區(qū)采取整地措施,消除棄土場邊坡潛在的不穩(wěn)定因素,然后進(jìn)行植被恢復(fù),通過植被的生長加快棄土場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的進(jìn)程。現(xiàn)場調(diào)查顯示,棄土場平面占地面積約0.75 km2,結(jié)合棄土場地形條件,采取等高綠籬埂綠化防護(hù)技術(shù)對棄土場場區(qū)實施植被恢復(fù),該技術(shù)主要是通過地形整理與植物的合理配置,利用等高種植原理,將喬、灌、草植物等高配置在開挖的水平條、水平溝、水平臺地上,完成坡面防護(hù)和植被修復(fù),從而起到對坡面雨水徑流的調(diào)控和攔蓄作用,進(jìn)而實現(xiàn)全面植被恢復(fù)和水土保持的目的。經(jīng)過整地后,水平階地具有一定的攔蓄作用,改善了坡面土壤無法長時間攔蓄水分的缺陷;同時增大了表面粗糙度,提高了蓄水保墑能力,有效降低了坡面徑流的沖刷侵蝕作用,使坡面植被恢復(fù)成為可能[8]。在等高綠籬埂綠化防護(hù)技術(shù)規(guī)程方面,喬、灌、草結(jié)合進(jìn)行植物選配是一條重要原則,喬、灌、草的種植面積比例分別為20%、40%、40%。選擇喬木時,除考慮所選樹種的生長能力外,建議優(yōu)先選擇對SO2抗性強(qiáng)、吸收效果好的樹種,同時考慮所選樹種可能帶來的經(jīng)濟(jì)價值。備選喬木主要有泡桐、構(gòu)樹、楊樹和常綠大灌木夾竹桃。泡桐為吸收、凈化硫能力強(qiáng)的樹種,泡桐葉片上有大量的茸毛,能吸附較多的塵埃,并可直接吸收大氣中的硫,而且泡桐生長非常迅速,木材材質(zhì)輕軟,容易加工,經(jīng)濟(jì)價值可觀。構(gòu)樹屬于先鋒綠化樹種,其樹葉表面粗糙,背面具茸毛,對SO2抗性強(qiáng),也有較強(qiáng)的吸硫能力;構(gòu)樹開發(fā)利用價值很高,葉、樹皮、根、種子都有一定的經(jīng)濟(jì)價值。楊樹對SO2抗性與上述樹木相比較弱,但楊樹適應(yīng)能力強(qiáng)、生長迅速且成活率高,同時考慮棄土場處SO2濃度分布都很低,也可選擇其作為生態(tài)恢復(fù)的樹種。夾竹桃對SO2具有很強(qiáng)的吸收能力,在SO2較高的環(huán)境中,正常生活的夾竹桃葉片平均含硫量為7.721 g/kg,同時夾竹桃對SO2也有強(qiáng)大的抵御作用;其莖皮纖維為優(yōu)良混紡原料,葉還可入藥。選擇灌木時,要在喬木結(jié)合區(qū)種植分枝能力強(qiáng)、樹幅大、生長迅速的灌木種。棄土場處在天然氣凈化廠附近,屬于人類活動較頻繁的地段,應(yīng)當(dāng)考慮工程創(chuàng)面生態(tài)恢復(fù)后的景觀效果,所以引進(jìn)美觀且易于扦插的野薔薇和生命力很強(qiáng)的黃荊非常合適,它們開花以后具有很好的景觀效果。草本植物則選擇生長旺盛且對SO2有一定抗性的百喜草、狗牙根、高羊茅等為宜[9]。等高綠籬埂坡面植被恢復(fù)技術(shù)簡單易行,投資小,并且后期管理維護(hù)成本低廉。與其他一些植物恢復(fù)措施相比,該技術(shù)利用地形整理與植物配置相結(jié)合的方法,更加符合生態(tài)保護(hù)的理念,且能夠充分發(fā)揮喬、灌、草綜合配置的優(yōu)勢,實現(xiàn)坡面防護(hù)和植被恢復(fù)的目的,使植被恢復(fù)見效快、景觀效果鮮明。隨著時間的推移,植物綠籬埂發(fā)揮的坡面雨水徑流攔蓄效應(yīng)和植被恢復(fù)效果更加明顯。
3.3.2 邊坡施工創(chuàng)面林草植被生態(tài)恢復(fù)方案 氣田開發(fā)及凈化廠工程施工建設(shè)過程中產(chǎn)生了大量的邊坡型工程創(chuàng)面,這些邊坡主要分布于凈化廠、各集氣站、管線穿越區(qū)及各閥池周邊。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和統(tǒng)計分析,處于穩(wěn)定狀態(tài)的坡體約占44%,基本穩(wěn)定的坡體約占36%,處于欠穩(wěn)定狀態(tài)的坡體約占14%,處于不穩(wěn)定狀態(tài)的坡體約占6%。為鞏固其穩(wěn)定效果,同時考慮到該凈化廠運營期排放SO2的影響,還必須對邊坡工程創(chuàng)面進(jìn)行植被恢復(fù)。從各工程創(chuàng)面的坡面植被恢復(fù)狀況來看,已進(jìn)行人工修復(fù)或自然恢復(fù)的邊坡占20%,其余工程創(chuàng)面表面無植被覆蓋或植被覆蓋面積較小,需進(jìn)行植被恢復(fù)的坡面工程創(chuàng)面總面積約為31 368 m2。在邊坡工程創(chuàng)面植被生態(tài)恢復(fù)方案中,應(yīng)根據(jù)各邊坡坡面性質(zhì)不同而采取不同的植被恢復(fù)技術(shù)。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,基于林草植被恢復(fù)的角度將區(qū)域內(nèi)邊坡分為堆積體邊坡、巖石邊坡、土質(zhì)邊坡及閥池周邊裸露平地四大類。其中堆積體邊坡還可細(xì)分為一般碎石塊土邊坡和堆積體基巖邊坡;巖石邊坡可進(jìn)一步分為軟質(zhì)巖邊坡和硬質(zhì)巖邊坡。根據(jù)不同類型邊坡的實際情況,可分別采取藤蔓護(hù)坡技術(shù)、液壓噴播技術(shù)、掛網(wǎng)噴播技術(shù)、穴播或溝播技術(shù)等植被恢復(fù)技術(shù)。對于土體(或被破壞的耕種土)形成的裸露創(chuàng)面,還可以采取直接恢復(fù)農(nóng)作物的耕種或直接播撒草、灌種子的方式進(jìn)行植被恢復(fù)。對邊坡類施工創(chuàng)面進(jìn)行植被生態(tài)恢復(fù)的主要方式為采用各種合適的植被恢復(fù)技術(shù)對邊坡工程創(chuàng)面采取草本、灌木結(jié)合的恢復(fù)手段,以增強(qiáng)植被對工程創(chuàng)面的穩(wěn)定作用。在植物選配上,對于槽罐結(jié)合區(qū),草本和灌木的種植面積比例設(shè)計為60%∶40%;灌木可選用黃荊、紫穗槐、野薔薇等,它們都有旺盛的生命力,并且生長快,繁殖力強(qiáng),適應(yīng)性廣,根系發(fā)達(dá),同時對SO2具有很強(qiáng)的抗性,還有很好的觀賞價值,可以增強(qiáng)各創(chuàng)面植被恢復(fù)后的景觀效果,加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)建設(shè)。草本植物則選擇生長旺盛且對SO2有一定抗性的狗牙根、高羊茅、百喜草等。垂直邊坡可選擇藤本植物,如爬山虎、葛藤、常春藤、油麻藤等。
綜合而言,采取以上方案恢復(fù)的植被不僅增加了人工綠地的面積,提高了區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋率,美化了環(huán)境,豐富了區(qū)域內(nèi)的景觀生態(tài),同時也增加了區(qū)域內(nèi)對SO2具有抗性的植物數(shù)量,使區(qū)域內(nèi)林草植被系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)。因此植被恢復(fù)有很大的生態(tài)效益,而這種生態(tài)效益無法用具體數(shù)字進(jìn)行估算。此外,恢復(fù)方案中選擇的植物還具有一定的經(jīng)濟(jì)價值,尤其是在大型棄土場栽種的各類喬木可以帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3.4 林草植被的養(yǎng)護(hù)與管理
養(yǎng)護(hù)管理是植被恢復(fù)的重要環(huán)節(jié)之一。植被恢復(fù)工作完畢后如果放任不管,將可能導(dǎo)致植被衰退,土壤結(jié)構(gòu)變劣,甚至出現(xiàn)裸地;或者具有強(qiáng)大繁殖能力的大型雜草乘機(jī)侵入,使目標(biāo)植物枯萎、退化;一旦形成裸地,將加速土壤侵蝕、水土流失。因此為了營造目標(biāo)植物群落和發(fā)揮其功能,必須根據(jù)目標(biāo)植物群落的生長特性要求加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理。一般而言,植被護(hù)坡工程的養(yǎng)護(hù)管理包括澆水、追肥、病蟲害防治、雜草防治等內(nèi)容。本研究建議采用的植被生態(tài)恢復(fù)方案中,選用的植物要有喬木類的泡桐、夾竹桃、刺槐、麻櫟等;灌木類的黃荊、小葉女貞、紫穗槐、野薔薇;藤本植物類的爬山虎、葛藤、常春藤、油麻藤;草本植物類的百葉草、高羊茅、狗牙根、彎葉畫眉草、草木樨等。因此養(yǎng)護(hù)管理要針對不同植物的特性采取相應(yīng)的措施。
4 小結(jié)
本研究對凈化廠運營期排放的SO2濃度進(jìn)行了預(yù)測,對區(qū)域內(nèi)高SO2濃度區(qū)域暫時采取維持植被現(xiàn)狀的方案,但需對該區(qū)域內(nèi)植被的生長狀況加強(qiáng)監(jiān)測、養(yǎng)護(hù)和管理,一旦出現(xiàn)受損情況需及時采取進(jìn)一步措施;對施工創(chuàng)面根據(jù)其自身穩(wěn)定狀態(tài)及分類提出了對應(yīng)、可行的林草植被生態(tài)恢復(fù)方案。采取以上方案恢復(fù)的植被可以增加區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋率,美化環(huán)境,豐富區(qū)域內(nèi)的景觀生態(tài),增加人工綠地面積,同時也增加了區(qū)域內(nèi)對SO2具有抗性的植物種類及種植面積,使區(qū)域內(nèi)林草植被系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所增強(qiáng)。植被恢復(fù)有很大的生態(tài)效益,而這種生態(tài)效益無法用具體數(shù)字進(jìn)行估算,此外也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此本研究提出的林草植被恢復(fù)方案對指導(dǎo)該氣田及凈化廠工程的林草植被生態(tài)恢復(fù)工作具有一定價值,對實現(xiàn)氣田的可持續(xù)發(fā)展有所幫助。
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