龍艷華 李洪印 楊成剛 鄧君富

1. 成都大學(xué)師范學(xué)院，四川 成都 610106；2. 中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041；3. 四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610041

0 前言

土庫曼斯坦油氣資源十分豐富，對中國未來能源戰(zhàn)略布局的影響深遠(yuǎn)［1］。但是管道建設(shè)對生態(tài)破壞嚴(yán)重，常常造成嚴(yán)重的水土流失，水土流失反過來又威脅到管道安全。為了做到能源建設(shè)可持續(xù)發(fā)展，因地制宜地采用最合適的水工保護措施。

1 我國沙漠地區(qū)的水工保護措施

目前我國天然氣管道工程項目很多,如西氣東輸、陜京線、中衛(wèi)至貴陽聯(lián)絡(luò)線等。而我國的天然氣資源主要集中在西北等地，許多長輸管道不可避免穿越沙漠地區(qū)。由于沙漠地區(qū)生態(tài)、植被特殊，如果不采取有效措施，一旦破壞將很難恢復(fù)。沙漠地區(qū)管道工程的水工保護工程設(shè)計應(yīng)符合環(huán)境保護的要求，遵循以防為主、防治結(jié)合的原則，采取合理有效的工程措施。

風(fēng)沙地區(qū)根據(jù)不同區(qū)域沙漠類型及風(fēng)蝕地貌類型進行防護設(shè)計，根據(jù)多年的風(fēng)沙地區(qū)水工保護經(jīng)驗，總結(jié)出了風(fēng)沙地區(qū)常用的水工保護措施為：礫（碎）石覆蓋、沙障、植物措施、草方格或化學(xué)固沙等風(fēng)沙治理措施［2］。

2 項目管道水工保護措施比選

2.1 水文情況及地形地貌特征

2.1.1 水文情況

土庫曼斯坦某氣田區(qū)塊內(nèi)部集輸管道和外輸管道所在區(qū)域內(nèi)共有穆爾加布河、卡拉庫姆河兩條主要河流，還有多條大型灌溉渠和小型灌溉渠，干管排水網(wǎng)較為發(fā)達(dá)，在沙漠灘地孔隙潛水及河谷沖積層潛水的地下水位較淺，一般不深于2 m，水源充分，有利于植物生長。 工程所在區(qū)域內(nèi)植物種類繁多，河灘上樹木林立，河谷灌溉區(qū)種植有經(jīng)濟作物，其余地區(qū)多為蘆葦叢生的土壤鹽漬地和鹽堿地。

2.1.2 地形地貌特征

工程所在區(qū)域內(nèi)的波狀沙丘表面植被覆蓋度5%～45%不等，外輸管道經(jīng)過的絕大部分地段均屬該地貌；風(fēng)沙灘地多有植物覆蓋，地下水埋藏較淺，抗風(fēng)蝕能力較強；河灘地形平坦，大部分為農(nóng)田，地下水埋藏淺。

2.2 水工保護措施比選

2.2.1 土庫曼斯坦規(guī)范的水工保護方案

根據(jù)土庫曼斯坦國家規(guī)范СНиП2.05.06-85*《大型管線》［3］第5.6 條規(guī)定：“對管線上面的新月沙丘和離管線中心線兩側(cè)不小于10 m 距離的地帶，應(yīng)用黏結(jié)劑（甘油磷酸鈣、裂化渣油等）予以黏固?！?/p>

黏結(jié)劑在土庫曼斯坦屬于需要進口的化學(xué)品，成本較高；通過海關(guān)的檢驗時間較長；在鋪設(shè)過程中需要大型機械輔助進行，建設(shè)成本較高；此類黏結(jié)劑在土壤表面經(jīng)過風(fēng)沙侵蝕，會隨著風(fēng)沙移動，影響生態(tài)環(huán)境。此方案不予采用。

2.2.2 黏土鋪設(shè)方案

土庫曼斯坦地處卡拉庫姆沙漠腹地，80%的領(lǐng)土被卡拉庫姆沙漠覆蓋。因此黏土作為農(nóng)業(yè)耕作的優(yōu)良介質(zhì)，在土庫曼斯坦是很珍貴的，如果要用大量黏土鋪設(shè)管道表面，必將破壞大量耕地；同時，鋪設(shè)黏土成本較高，需用大型機械，易對管道周圍的原狀土造成破壞。從環(huán)保及生態(tài)保護的角度考慮，該方案不推薦采用。

2.2.3 草方格防風(fēng)固沙技術(shù)

草方格防風(fēng)固沙是一種直立式沙障［4］，是利用廢棄的麥草（蘆葦）一束束呈方格狀鋪在沙上，再用鐵鍬軋進沙中，留麥草（蘆葦）的1/3 或一半自然堅立在四邊， 然后將方格中心的沙子撥向四周麥草（蘆葦）根部，使麥草（蘆葦）牢牢地植入沙地。網(wǎng)狀的草方格環(huán)環(huán)相扣，形成沙漠防護帶。

草方格防風(fēng)固沙技術(shù)的原理和作用［5］是增加地表粗糙度，改變其上風(fēng)速輪廓線，從而減弱貼地面層風(fēng)速，增加風(fēng)阻，降低實際風(fēng)力作用的有效性，控制風(fēng)蝕。草方格主要用于流沙固定，阻滯沙丘前移，由于風(fēng)阻增大，地面風(fēng)速大大降低，從而減少了揚沙量，削弱風(fēng)動沙活動強度，有效地制止沙丘移動。在新設(shè)置的草方格上，當(dāng)風(fēng)沙流經(jīng)時，均有漩渦產(chǎn)生并有積沙現(xiàn)象。

本工程所在區(qū)域內(nèi)的卡拉庫姆河及穆爾加布河河灘及兩岸蘆葦叢生，河谷灌溉區(qū)種植有大量小麥，小麥的麥梗和蘆葦為采用草方格防風(fēng)固沙技術(shù)提供了充足的原材料，且這些原材料都是可再生的環(huán)保材料。

草方格施工安全、簡易，可就地取材，在設(shè)計文件和技術(shù)人員的指導(dǎo)下，沒有任何草方格建設(shè)技術(shù)經(jīng)驗的人員均可參加施工。

綜合考慮，草方格防風(fēng)固沙技術(shù)為本工程管道防風(fēng)固沙的最佳方案。

2.3 草方格防風(fēng)固沙的設(shè)計與施工

2.3.1 原材料處理

本工程中易得的原材料有蘆葦和麥草，在原材料運到施工現(xiàn)場之前，應(yīng)將蘆葦、麥草充分壓碾以變?nèi)帷?/p>

2.3.2 草方格尺寸設(shè)計

草方格設(shè)計主要是對草方格尺寸的確定，是對草方格沙障尺寸的簡單模型［6］進行分析。在地形起伏不大的沙面上采用1 000 mm×1 000 mm 草方格最為合理；在風(fēng)能較小的平坦沙地可以靈活地放大草方格規(guī)格；在迎風(fēng)坡，因地形的傾斜，沿等高線的草帶要加密，原則上L ≤h/sinα（L 為草袋間距， mm；h 為草的露出高度， mm；α為地形坡度，度）。根據(jù)本工程的實際情況，把草方格尺寸定為1 000 mm×1 000 mm［7］。

2.3.3 草方格施工及注意事項

現(xiàn)場規(guī)劃好扎草方格的位置后，將蘆葦或麥草截成段（500 mm），沿位置線均勻擺好，將蘆葦根部沙子踩緊，并用鐵鍬將方格中心沙子向外扒，使方格內(nèi)形成淺弧形洼地，掌握蘆葦外露高度為150～250 mm 的原則。

在施工過程中，草方格栽植應(yīng)均勻連續(xù)、疏密相間；栽植區(qū)域內(nèi)的地面應(yīng)修整平順，再栽植草方格以確保栽植的外觀及防護效果；栽植的草方格應(yīng)基本垂直地面（或坡面），寬度方向應(yīng)垂直管道走向或主風(fēng)向；栽植的草方格根部應(yīng)踏實，草方格內(nèi)的沙土不得有虛散現(xiàn)象；栽植的草方格順管道走向每隔30～40 m 設(shè)置一處1 m 寬的防火隔離帶；施工現(xiàn)場嚴(yán)禁攜帶火種；不得隨意破壞當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)，取棄土不得隨意堆放，在防治沙害的同時，應(yīng)注重環(huán)境保護，保護管道兩側(cè)地表原有植物和地表硬殼。

草方格施工見圖1。

2.4 草方格效果展示

在草方格形成的風(fēng)積環(huán)境條件下，細(xì)粒沙物質(zhì)能夠?qū)⒙湓谏潮砻娴闹参锓N子埋積起來，便于植物種子萌發(fā)生長，草方格中細(xì)粒物質(zhì)增多，使沙面緊實，能夠?qū)⒁归g空氣中凝結(jié)水分蓄積在沙層表面，不至于很快下滲到沙層下部，一定程度上為淺根植性先鋒植物種的生長提供了短暫水分供應(yīng)，從而為沙生植物提供了有效的生長環(huán)境，見圖2～5。

3 結(jié)論

圖1 草方格施工圖

圖2 正在施工的草方格

圖3 草方格中已經(jīng)長草

圖4 公路兩側(cè)草方格非常美觀

圖5 草方格與沙生植物有機結(jié)合

草方格防風(fēng)固沙技術(shù)作為一種成熟的防風(fēng)固沙技術(shù)，對控制沙丘、保護管道、治理環(huán)境的效果顯著，在土庫曼斯坦的管道工程中可以完全替代礫（碎）石覆蓋、化學(xué)固沙、黏土覆蓋等固沙技術(shù)，可大幅度降低工程成本。施工后的草方格防風(fēng)固沙帶可與沙生植物有機結(jié)合，使被破壞的作業(yè)帶達(dá)到綠化效果，形成自然生態(tài)帶。其施工的簡便性為土庫曼斯坦增加了大量的勞動就業(yè)機會。 雖然土庫曼斯坦建設(shè)單位只是對草方格防風(fēng)固沙技術(shù)做了初次嘗試，但在未來的天然氣管道工程中，我們將進一步向其推廣這種綠色環(huán)保的防風(fēng)固沙思想，與其分享多年的管道工程防風(fēng)固沙實踐經(jīng)驗，為土庫曼斯坦后續(xù)能源建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展做出努力。

［1］陳懷龍，鐘水清，余志清，等. 土庫曼斯坦油氣資源對中國未來能源戰(zhàn)略布局的影響研究［J］. 鉆采工藝，2005, 28(6): 31-35.Chen Huailong, Zhong Shuiqing, Yu Zhiqing, et al. Affection Research on the Future Energy Strategy Distribution of China Affected by Turkmenistan Oil and Gas Resource［J］. Drilling & Production Technology, 2005, 28(6): 31-35.

［2］SY 6793-2010，油氣輸送管道線路工程水工保護設(shè)計規(guī)范［S］. SY 6793-2010, Design Code for Hydraulic Protection in Oil and Gas Transmission Pipeline Route Engineering［S］.

［3］СНиП2.05.06-85*，大型管線［S］. СНиП2.05.06-85*，Big Pipeline ［S］.

［4］GBT16453.5-2008，水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范+風(fēng)沙治理技術(shù)［S］.GBT16453.5-2008, The Comprehensive Control of Soil and Water Conservation Technical Specification + Sand Control Technology［S］.

［5］袁漢秀.防風(fēng)固沙草方格在酒航公路中的應(yīng)用［J］.甘肅科技，2011, 27(9): 71-73.Yuan Hanxiu. Application of Windbreak and Sand Fixation Straw Checkerboard Barriers in Jiuhang Road［J］. Gansu Science and Technology, 2011, 27(9): 71-73.

［6］王振亭，鄭曉靜. 草方格沙障尺寸分析的簡單模型［J］.中國沙漠, 2002, 22(3): 229-232.Wang Zhenting, Zheng Xiaojing. A Simple Model for Calculation Measurements of Straw Checkerboard Barriers ［J］. Journal of Desert Research, 2002, 22(3): 229-232.

［7］盧廣偉. 草方格沙障在七墩灘風(fēng)沙治理中的應(yīng)用［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2007, 43(3): 88-89.Lu Guangwei. Application of Straw-checkerboard Barriers in Controlling of Qiduntan' s Wind-Drift Sand［J］ . Gansu Shuili Shuidian Jishu, 2007, 43(3): 88-89.