劉海濤

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西太原030024）

煤層氣產(chǎn)能建設(shè)項目地面工程水土流失防治要點

劉海濤

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西太原030024）

沁水盆地煤層氣是山西乃至全國煤層氣賦存最為密集的地區(qū)之一，蘊藏量占山西省煤層氣總量的65.8%，煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程建設(shè)主要有以下特點：項目組成復(fù)雜，井場數(shù)量多且布置分散，管線敷設(shè)動用土石方量大且穿跨越工程多，工程總工期長但單項工程工期較短，本文在編制山西沁水盆地鄭莊區(qū)塊煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程水土保持方案基礎(chǔ)上，討論煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程建設(shè)的水土流失特點及防治要點，以加強工程建設(shè)中的水土流失防治，搞好水土保持工作。

煤層氣；地面工程建設(shè)；水土流失特點；水土流失防治

煤層氣主要成分是CH4（甲烷），與煤炭伴生，以吸附狀態(tài)儲存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，熱值與天然氣相當(dāng)，燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是非常好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。煤層氣的開發(fā)利用可以彌補我國天然氣供需缺口。沁水盆地煤層氣是山西乃至全國煤層氣賦存最為密集的地區(qū)之一，蘊藏量占山西省煤層氣總量的65.8%，在國內(nèi)勘探程度高，開發(fā)潛力大。在建設(shè)過程中擾動原地表面積大，動用土石方量多，若不及時采取水土保持措施，煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程肯定會造成較大的水土流失，因此必須加強工程建設(shè)中的水土流失防治，搞好水土保持。水土流失對于煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程建設(shè)至關(guān)重要，在國內(nèi)也得到許多研究人員的深入研究，并取得一定成果［1-5］。在這些研究成果中，煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程水土流失研究較少，李沿英［6］對煤層開采區(qū)的生態(tài)承載力進行評估發(fā)現(xiàn)，煤層開采區(qū)水土流失對于區(qū)域生態(tài)承載力至關(guān)重要。張卓君［7］對于煤層開采區(qū)生態(tài)恢復(fù)進行相關(guān)研究，結(jié)果表明煤層開采區(qū)水土流失治理是生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵所在。劉冀［8］在煤層氣開發(fā)項目土地復(fù)墾研究中發(fā)現(xiàn)，在煤層開采區(qū)進行水土流失治理有助于區(qū)域土地復(fù)墾。可見，煤層開采區(qū)水土流失治理對于煤層區(qū)開發(fā)和生態(tài)修復(fù)都十分重要，為此本文在探討山西沁水盆地鄭莊區(qū)塊煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程水土保持方案基礎(chǔ)上，重點討論煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程建設(shè)的水土流失特點及防治要點。研究成果對于煤層開采區(qū)水土流失防治具有重要參考價值。

1 概況

1.1 自然概況

山西沁水盆地鄭莊區(qū)塊煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程位于山西省東南部，隸屬于山西省晉城市沁水縣，地貌以山地丘陵為主，氣候類型屬于溫帶大陸性氣候，多年平均氣溫10.2℃，≥10℃有效積溫3416.5℃，多年平均降水量580.1mm，降雨年內(nèi)分配不均，汛期（6—9月，下同）降水量占全年降水量75%，多年平均蒸發(fā)量1584.88mm，全年無霜期180d，最大凍土深度61cm，多年平均風(fēng)速2.8m/s，最大風(fēng)速28m/s，土壤類型主要為褐土，植被類型為暖溫帶落葉闊葉林帶，林草覆蓋率為32.4%。

項目區(qū)以水力侵蝕為主，土壤侵蝕強度為中度，原地貌平均土壤侵蝕模數(shù)2850t/（km2·a）。按水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》（SL190-2007），項目區(qū)屬于水力侵蝕類型中北方土石山區(qū)的太行山山地區(qū)，容許土壤流失量200t/（km2·a）。

1.2 工程概況

山西沁水盆地鄭莊區(qū)塊煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程年產(chǎn)煤層氣9億m3，工程建設(shè)內(nèi)容包括井場567座，集（采）氣管線457km，集氣站5座，伴行道路30km和供電線路386km?？偣て?a。主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

2 工程主要特點

（1）項目組成復(fù)雜，既有點型工程又有線型工程。點型工程包括井場和集氣站，線型工程包括集（采）氣管線，伴行道路和供電線路。所有的井場和集氣站通過集（采）氣管線連接形成了龐大的樹枝狀結(jié)構(gòu)，各井場抽出的煤層氣通過采氣管線匯集于其所屬的集氣站，各集氣站匯集、加壓后通過集氣管線進入處理廠。

（2）井場數(shù)量多、分布范圍廣、布置比較分散，從山頂、坡面到溝谷、河灘地到處有，單座井場占地面積約180m2，以永久占地為主。

（3）集（采）氣管線線路長，穿跨越工程多，以臨時占地為主。集（采）氣管線共長457km，管線沿途穿越公路37次、鐵路1次、河流42次和沖溝72次，穿越時分別采用頂管和大開挖方式施工。管線以臨時占地為主。采氣管線管徑Φ63～Φ273，作業(yè)帶寬度8～10m，單條采氣管線長5～9km，集氣管線管徑DN200～DN500，作業(yè)帶寬度14～16m。

（4）施工便道多。站場和管線選址大部分都在人煙稀少的山區(qū)，交通極其不便，需臨時設(shè)置許多施工便道，再加之地形地貌復(fù)雜，在施工便道修筑時形成了大量的邊坡。

（5）總工期長，但單項工程施工期較短。本工程總工期39個月，但單項工程的工期長短不一，從4～15個月不等，比如單座井場工期6個月左右，單座集氣站工期則15個月左右。單條集（采）氣管線建設(shè)期4個月左右，各單項工程又比較相互獨立，因此在水土流失量預(yù)測時，既要考慮工程總工期，又要考慮各單項工程工期。

3 水土流失主要特點

（1）煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程建設(shè)引發(fā)的新增水土流失在點型分布的同時，也具有線型分布的特點。站場分布零散，站場建設(shè)引發(fā)的水土流失主要集中在每個站場周圍，新增水土流失具有點型分布特點；而管溝開挖、回填和管道敷設(shè)過程中，由于施工機具和施工活動都會使沿線地表受到破壞，管線工程新增水土流失具有條帶狀分布特點，另外道路開挖、回填和路基填筑過程破壞原地表，臨時堆土引發(fā)的水土流失也呈線型分布特點，因此在水保保持方案編制、實施及水土流失的預(yù)測、監(jiān)測和防治中都要采取點線兼顧的原則。

（2）工程擾動地表面積大，在占地范圍內(nèi)不同程度的擾動破壞了原地表和植被，對原有水土保持設(shè)施造成了一定的破壞（主要表現(xiàn)為場地平整，建筑物基礎(chǔ)開挖、回填、管道敷設(shè)等施工活動），形成土層松散、表土層抗蝕能力減弱，使土壤失去了原有的固土防風(fēng)能力，若不進行有效防治，遇到適合的降雨條件，便可產(chǎn)生較大的水土流失。損壞水土保持設(shè)施面積統(tǒng)計見表2。

表2 損壞水土保持設(shè)施面積統(tǒng)計

（3）工程共動用土石方量大，其中管線動用土石方量184萬m3，占總土石方量63%，因此管溝全線加強土石方調(diào)配力度，充分以挖作填，在管線穿越山區(qū)段，回填方量小于開挖量，挖方不能全部回填，少量棄土沿管線堆蓋在開挖線上部，待管線覆土完全沉降后與原地面基本持平，減少占壓擾動地表面積。

（4）煤層氣產(chǎn)能建設(shè)地面工程建設(shè)水土流失重點時段為施工期，集中進行“五通一平”及站場的基礎(chǔ)開挖、回填，管道敷設(shè)等施工，機械化程度高，施工進度比較快，開挖、回填及平整工序集中在短時間內(nèi)進行，對原地貌環(huán)境擾動強度大，水土流失強度在短時間內(nèi)成倍增加，建設(shè)期為重點防治時段。項目區(qū)降雨的年內(nèi)分配不均，降水集中，汛期降水量占全年降水量75%，大雨和暴雨是造成水蝕的主要動力。

4 水土流失防治要點

（1）保護好剝離表層土，施工結(jié)束后綜合利用。表層土是指土壤剖面中最靠近地表的一個層次，表層土壤富含腐殖質(zhì)，一般厚度20～30cm，一般條件下，每形成1cm的土壤需要300～400a的時間，也就是形成30cm的耕作層需要1萬a左右。因此保護和利用表層土很重要。特別是本工程位于北方土石山區(qū)，土層較薄，在工程建設(shè)中，首先對表土進行分層剝離、集中堆放并進行苫蓋等保護，施工結(jié)束后回填，從而為植被恢復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供土源。

（2）加強邊坡防護。在坡面上布設(shè)的站場和管線，往往會破壞流域及溝道的正常輸水體系、表土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤侵蝕，必須進行建設(shè)過程中的徑流調(diào)節(jié)體系布設(shè)，攔截徑流流向。管道工程在坡面開挖時，在下坡部位先行設(shè)置攔擋設(shè)施，并在頂部設(shè)置截水溝。

站場周圍的永久邊坡，在坡腳處設(shè)置擋墻，邊坡防護不單純采用漿砌石護坡，而是采用漿砌石骨架和植草相結(jié)合的綜合性護坡措施，不但使工程造價降低，而且美化景觀，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。

（3）充分利用降水資源，提高降水資源利用率。工程建設(shè)過程中不僅改變區(qū)內(nèi)的地形和地表物質(zhì)等條件，而且平整和硬化地面，導(dǎo)致徑流損失加大，并對周邊沖刷，一定程度上也破壞了局地正常水循環(huán)，尤其是本工程位于山西沁水縣，水資源緊缺，降水分布不勻，需設(shè)置降水蓄滲設(shè)施和集雨工程，收集汛期雨水。在干旱的時候抽水澆灌，既提高成活率和生長量，又節(jié)約水資源，降低運行養(yǎng)護成本。

（4）加強施工便道水土保持措施。施工便道盡量利用原有小路進行拓寬、加固。但在人煙稀少的偏遠荒郊區(qū)，地形地貌復(fù)雜，需新建較多的施工便道，形成大量的邊坡。如果防護不好，極易引起山體滑坡，便道坍塌等災(zāi)害，從而造成嚴(yán)重的水土流失，故施工便道必須按照“邊開挖、邊擋護”原則施工，施工結(jié)束后及時進行土地整治和植被恢復(fù)。

（5）管線水土保持措施與安全需求相結(jié)合，嚴(yán)格控制作業(yè)帶寬度。由于埋設(shè)的管道頂面距地面1.3m左右，為避免植物根系對管道的破壞，管線敷設(shè)區(qū)要求管道中心兩側(cè)5m范圍內(nèi)只宜種淺根性植物，如牧草類或灌木，不適宜種植深根性的喬木樹種。管道中心兩側(cè)5m外管道作業(yè)帶可種植喬木。為與原生植被相匹配，應(yīng)選用當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹草種，草種如無芒雀麥、小冠花、紫花苜蓿、黑麥草等，樹種如連翹、黃刺玫和油松等。

為使管線廊道效應(yīng)對沿線植物資源影響程度降到最低，清表時盡可能保留不影響管線建設(shè)的原有植被，施工過程嚴(yán)格控制作業(yè)帶寬度，嚴(yán)禁施工人員砍伐周邊樹木，充分保護管道沿線的植物資源。

（6）加強臨時措施。由于場地平整及基礎(chǔ)開挖、管線開挖動用土石方量大，施工建設(shè)中及時加強臨時防護措施，在施工邊坡下側(cè)，臨時堆料、臨時堆土及剝離表土臨時堆放場周邊，應(yīng)采取臨時攔擋措施，在雨季和大風(fēng)天氣進行臨時覆蓋。減少邊坡、松散體對周圍造成的水土流失危害。

（7）施工結(jié)束后對臨時占地及時恢復(fù)。工程總占地503.5hm2，除站場和道路為永久占地外，其余大部分為臨時占地，臨時占地面積占總占地面積的90%，因此施工結(jié)束后及時做好臨時占地的土地整治和植被恢復(fù)是減少水土流失的關(guān)鍵。結(jié)合土地利用方向進行土地整治，宜耕則耕、宜林則林。

［1］王黎萍.水利工程水土保持應(yīng)對措施淺析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2013（04）：29-30+36.

［2］倪新燕.淺談尉犁縣水土保持現(xiàn)狀及治理措施［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2010（03）：23-25.

［3］彭華玲.新疆瑪納斯河紅山嘴小流域水土保持綜合治理效果［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2009（01）：66-67+78.

［4］張紅.伊犁河三橋水土保持工程措施分析［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（02）：16-18.

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S157

B

1672-2469（2015）12-0052-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.019

劉海濤（1969年—），女，高級工程師。