侯澤青，李文卓，劉雅麗，陳永鋼

(黃河上中游管理局，陜西 西安 710021)

我國煤炭資源占總能源的65%以上，煤化工以煤為原料，經(jīng)過化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半成品，而后進一步加工成化工、能源產(chǎn)品。煤化工可以緩解能源供應壓力，保障能源供應的安全。據(jù)統(tǒng)計，截至2017年1月，我國投產(chǎn)的煤制油、煤制氣項目產(chǎn)能分別為818萬t與51.05億m3。在生態(tài)文明建設的背景下，近年來，受煤炭行業(yè)去產(chǎn)能政策的影響，傳統(tǒng)煤化工受到國家限制，而涉及煤炭深加工的新型煤化工技術則得到明顯推進。

煤化工項目投資規(guī)模大，由廠區(qū)和廠外附屬設施組成。在項目建設期，場地平整及基坑開挖、附屬設施中的管線開挖與回填、道路系統(tǒng)修筑、蒸發(fā)池的建設等施工活動，將擾動原地貌，損毀地表植被，造成地表裸露，易產(chǎn)生水土流失；在生產(chǎn)運行期，會消耗大量水資源和煤炭資源，排放大量廢水、廢渣，對周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大影響，加劇水土流失的危害程度。煤化工項目水土保持措施的實施可有效緩解水土流失危害的發(fā)生，因此開展煤化工項目水土保持措施配置模式研究具有重要意義。

1 煤化工項目特點

煤化工可分為傳統(tǒng)煤化工和新型煤化工。傳統(tǒng)煤化工主要用來發(fā)電和制作工業(yè)燃料，以及煉焦，合成氨、尿素、甲醇、電石、乙炔衍生物等。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品為主，涉及煤制烯烴、煤制二甲醚、煤制乙二醇、煤制天然氣、煤制油等[1]。

煤化工項目由主廠區(qū)及廠外附屬設施構成，主廠區(qū)按使用功能可分為工藝生產(chǎn)裝置、公用工程及輔助生產(chǎn)設施、儲運設施、管理及生活服務設施、廠內(nèi)道路、預留地等功能區(qū)；廠外附屬設施組成因生產(chǎn)工藝、外部依托條件的不同而不同，大型煤化工基地附屬設施通常由工業(yè)園區(qū)或基地統(tǒng)一進行規(guī)劃建設，附屬設施一般包括供排水管線、廠外道路、貯灰場、鐵路專用線、輸煤棧橋、蓄水池、蒸發(fā)池、供電及通信線路、輸氣(液)管線等。

據(jù)典型調(diào)查統(tǒng)計，廠區(qū)及施工生產(chǎn)生活區(qū)占地面積占工程總面積的52.39%，挖填土石方量占總土石方量的67.46%[2]。近年來，大型煤化工基地的廠區(qū)占地面積多在100 hm2以上，占地面積大，在建設區(qū)外的土石移運數(shù)量較少，以區(qū)內(nèi)調(diào)配利用為主，在建設過程中的土石方挖填量基本達到平衡，實際棄渣量較少。生產(chǎn)運行期，大多數(shù)煤化工項目有氣化爐渣和鍋爐灰渣產(chǎn)生，灰渣優(yōu)先綜合利用于制磚和水泥，灰渣排放量與項目建設規(guī)模直接相關。

2 水土流失特點

煤化工項目大多分布于煤炭資源富集地區(qū)，主要有山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、寧夏和貴州六個煤資源豐富省區(qū)，按照全國水土保持區(qū)劃，位于北方土石山區(qū)、西北黃土高原區(qū)、北方風沙區(qū)、西南巖溶區(qū)，區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失強度可達到中度、強烈，人為擾動后較難恢復原地貌，并有如下特點：

(1)對水資源系統(tǒng)影響巨大。煤化工項目屬于高耗水項目，據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)1 t煤制油的耗水量約為9 t，煤制烯烴約為20 t，煤制二甲醚約為12 t，煤制天然氣約為6 t，煤制乙二醇約為9 t。同時，由于對廠區(qū)所占用的大量耕地、林地、草地等進行了硬化，所以增加了地表產(chǎn)流量，減少了水分下滲，并改變了區(qū)域原始的水循環(huán)系統(tǒng)。

(2)點線型工程相結合，擾動范圍廣，水土流失情況復雜。煤化工項目通常歸類為點型工程，對土體的擾動表現(xiàn)為局部范圍，當附屬設施依托條件不齊備時，需要配套建設運輸?shù)缆?、供排水管線、輸氣(液)管道、供電及通信線路等線型工程，對土體的擾動范圍較廣，且呈線狀分布。廠區(qū)占地面積大，會占用大量的耕地、林地、草地，施工時對水土資源的破壞強度也大；廠外附屬線型工程將形成長距離的挖損和堆墊地貌，但是占地面積較小，相對于廠區(qū)破壞強度也較小。

(3)水土流失影響周期長。煤化工項目屬生產(chǎn)類項目，在項目施工準備和建設過程中，大量的開挖和回填破壞地表結構，毀損地表植被，造成區(qū)內(nèi)水土流失量劇增，在建設末期和運行初期，對地表的挖填擾動基本結束，只有少部分裸露地表容易造成水土流失；運行期煤化工項目要排放大量廢水、廢渣，不僅影響周邊生態(tài)環(huán)境，而且一旦遇到降雨或大風天氣，則極易發(fā)生灰渣表面的搬移，產(chǎn)生水土流失。

3 不同立地類型廠區(qū)水土保持措施配置模式

3.1 立地類型

按照煤化工項目所在區(qū)域的地貌類型、地面坡度、土壤侵蝕類型等主導因素，將項目所在地劃分為風沙區(qū)、山地區(qū)、平地區(qū)三個類型區(qū)。其中風沙區(qū)以風力侵蝕為主，地貌類型主要為高原、低山、丘陵，地形相對較為平緩，植被覆蓋率區(qū)域間差異較大；山地區(qū)和平地區(qū)以水力侵蝕為主，山地區(qū)地形起伏較大，地形坡度一般5°～25°，廠區(qū)通常采用階梯式布置，平地區(qū)場地整體較為平坦，地形坡度一般小于5°，廠區(qū)大多采用連續(xù)平坡式布置。據(jù)此，分別就三個類型區(qū)的煤化工廠區(qū)水土保持措施配置模式進行分析討論。由于廠區(qū)大量的硬化，對水資源系統(tǒng)影響巨大，因此三個類型區(qū)水土保持措施配置都要求建立完善的排水系統(tǒng)。

3.2 風沙區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

風沙區(qū)涉及的土壤侵蝕類型區(qū)主要是北方風沙區(qū)，水土流失以風力侵蝕為主，局部存在水力侵蝕，按照下墊面類型，可細分為戈壁、荒漠、沙地和草原，其中戈壁、荒漠、沙地地表植被稀疏，草原植被覆蓋率高，主要為灌草，表土層有機質(zhì)含量較高，厚度為20～30 cm。

根據(jù)風沙區(qū)的自然條件和“以風蝕為主”的特點進行措施配置。水土保持措施配置側重于防風固沙工程，具體措施有沙障固沙、防風固沙林、臨時堆土的防風擋護等；斜坡防護以工程護坡為主；植物措施按照原始地貌的實際情況，采取相應的措施。風沙區(qū)的廠區(qū)水土保持措施配置模式見表1。

表1 風沙區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

(1)土地整治工程。場地平整前進行表土剝離，剝離厚度一般為20～30 cm，若地表覆蓋礫幕層，收集表層礫石、碎石，將表土或礫石、碎石集中堆放在后期綠化或硬化區(qū)域內(nèi)，施工結束后清除建筑垃圾，土地整治后及時覆土，便于植被恢復，或采用礫石壓蓋，壓蓋厚度3～7 cm。

(2)防風固沙措施。廠區(qū)外開挖的土質(zhì)邊坡，應放緩坡度至1∶1.5～2，經(jīng)護面墻擋護后，上部設置沙障，多采用草方格沙障，草方格內(nèi)種植梭梭、沙拐棗等灌木；廠區(qū)外迎風側營建防風林帶，采用當?shù)剡m生的喬木或喬灌混種，按一定的株行距交錯布置。

(3)防洪排導工程。凡是廠區(qū)存在洪水威脅的，須在廠區(qū)外來水側設置排洪渠或截洪溝，將洪水引入下游溝渠或河道。廠內(nèi)道路兩側間隔設置鑄鐵雨篦進水口，雨水通過道路敷設的排水管網(wǎng)收集后，經(jīng)過沉沙池再進入雨水收集池，收集的雨水經(jīng)處理后回用，多余部分與廠外排水管網(wǎng)相接排出。

(4)斜坡防護工程。廠內(nèi)臺階或道路兩側邊坡應布置防護措施，主要為工程護坡，具體措施有礫石護坡、砌石護坡、預制混凝土空心磚護坡等，并根據(jù)實際情況增加坡面坡腳排水措施。

(5)植被建設。廠區(qū)分功能區(qū)配置植物措施，辦公生活區(qū)配置標準相對較高，應以園林景觀為主，根據(jù)項目所在地立地條件，選取適合當?shù)厣L的樹、草及花卉品種，并配套建設灌溉設施；其他功能區(qū)有選擇地實施綠化或礫石壓蓋。

(6)臨時防護措施。主要在施工期實施，施工過程中注意灑水結皮，因風沙區(qū)大風天氣多，采用擋風墻、彩鋼板防止風沙侵害。

3.3 山地區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

山地區(qū)涉及的土壤侵蝕類型區(qū)主要是西北黃土高原區(qū)(溝壑區(qū)、土石山區(qū))、北方土石山區(qū)、西南土石山區(qū)，此外還有東北低山丘陵區(qū)等，水土流失以水力侵蝕為主。山地區(qū)地形坡度大，場地平整造成的開挖回填量也大，因此會產(chǎn)生大面積的裸露地表，且山地區(qū)降水量較大，在雨季，極易發(fā)生水土流失。

根據(jù)山地區(qū)地形條件，廠區(qū)通常采用階梯形布置，并產(chǎn)生大量挖填地貌，工程措施配置應加強斜坡防護工程，同時抓住“水蝕為主”的特點，布置坡面坡腳排水工程，水土保持措施應充分發(fā)揮植物措施防治水土流失的作用，斜坡防護、降水蓄滲工程應與植物措施相結合，廠區(qū)植被建設相較于風沙區(qū)標準高。山地區(qū)的廠區(qū)水土保持措施配置見表2。

表2 山地區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

(1)土地整治工程。廠區(qū)場地平整前根據(jù)表土層分布情況采取有計劃的剝離措施，剝離的表土集中堆放，設置臨時堆土場，堆放場地設置在后期硬化和綠化區(qū)域內(nèi)，施工結束后清除建筑垃圾，整治建筑物周邊零星空閑地，及時覆土，便于植被恢復。

(2)防洪排導工程。山地區(qū)建廠時，通常有防洪要求，根據(jù)山地區(qū)地形和廠區(qū)選址的特征采用適當?shù)男问讲贾梅篮闇?、截洪溝等。廠區(qū)內(nèi)設鑄鐵雨篦進水口，沿道路敷設雨水排水管，將雨水通過排水管網(wǎng)收集后經(jīng)沉沙池再進入雨水收集池，收集的雨水經(jīng)處理后回用，多余部分接入廠外排水管網(wǎng)。

(3)降水蓄滲工程。廠區(qū)應布設降水蓄滲工程，采用透水鋪裝、滲水井等措施。

(4)斜坡防護工程。山地區(qū)建廠時，廠區(qū)會依地形及地質(zhì)條件，分多個臺階布置，在開挖和平整過程中，廠外和廠區(qū)各臺階周邊會形成邊坡，需要設置邊坡防護措施穩(wěn)定邊坡。斜坡防護采用預制砼六角空心塊護坡或棱形骨架護坡，骨架內(nèi)植草；坡頂設置截水溝，坡面設置泄水孔，或間隔設置縱向排水溝，坡腳設置橫向排水溝，最終接入項目區(qū)排水系統(tǒng)。

(5)植被建設。廠區(qū)分功能區(qū)實施綠化措施，儲運區(qū)施工結束后場地大多硬化，預留地及周邊裸露地以鋪種草皮為主，在草坪邊緣叢植灌木或綠籬；生產(chǎn)裝置區(qū)多采用礫石壓蓋，為防止對地下管線、架空管線產(chǎn)生影響，植物措施以草皮鋪種為主，同時選用根系較淺的低矮灌木形成立體防護，空地綠化采用草皮滿鋪栽植；輔助生產(chǎn)及公用工程區(qū)在空地滿鋪草皮，草坪周圍種植灌木綠籬，中間配置觀賞性喬木和花卉；辦公生活區(qū)是人員集中生產(chǎn)生活的區(qū)域，為營造良好的辦公生活環(huán)境，采用喬、灌、草、花卉相結合的園林綠化措施。

(6)臨時防護措施。廠區(qū)新增水土流失主要集中在建設期，因此應加強施工期的臨時防護措施，如：密目網(wǎng)苫蓋、編織袋攔擋、土質(zhì)排水溝、沉沙池等。

3.4 平地區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

平地區(qū)主要涉及沖洪積平原區(qū)，水土流失以水力侵蝕為主。平地區(qū)地勢平緩，場地較平整，基坑開挖回填量相對較小，同時水蝕程度與山地區(qū)相比較輕。平地區(qū)建廠通常會占用大量耕地。

平地區(qū)與山地區(qū)水土保持措施配置的各項工程措施應注重與植物措施相結合。平地區(qū)占用大量耕地，臨時堆土量大，應加強施工過程中對臨時堆土的防護。平地區(qū)的廠區(qū)水土保持措施配置見表3。

表3 平地區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

(1)土地整治工程。廠區(qū)場地平整前進行表土剝離，剝離厚度通常為0.3 m，將表土集中堆放，堆放場地設置在后期硬化和綠化區(qū)域內(nèi)，施工結束后清除建筑垃圾，整治建筑物周邊零星空閑地，及時覆土。

(2)防洪排導和降水蓄滲工程。廠內(nèi)沿道路敷設混凝土排水管，間隔設置鑄鐵雨篦進水口，將雨水通過道路排水管網(wǎng)收集后經(jīng)過沉沙池再進入雨水收集池，收集的雨水經(jīng)處理后回用，多余部分與廠外排水管網(wǎng)相接；廠區(qū)綠化區(qū)域應布設降水蓄滲工程，采用透水鋪裝、滲水井等措施。

(3)植被建設工程。平地區(qū)植物措施原則上按照山地區(qū)植物措施配置原則實施，樹草種應結合平地區(qū)的植被情況進行選擇。

(4)臨時防護措施。平地區(qū)臨時防護措施主要是對臨時堆土的防護，使用密目網(wǎng)覆蓋土堆表面，用編織袋裝土圍護坡腳，臨時堆土周圍設置排水明溝，水流經(jīng)沉沙池后排出。

4 結 語

(1)煤化工項目建設內(nèi)容由廠區(qū)和廠外附屬設施構成，附屬設施依外部條件不同而不同，根據(jù)對煤化工項目占地、土石方量、水土流失特點的調(diào)查與分析，廠區(qū)是煤化工項目水土流失防治的重點，故本研究僅就廠區(qū)的水土保持措施配置進行了分析討論。

(2)不同立地類型區(qū)煤化工項目的水土保持措施配置存在差異，本研究將所在地劃分為風沙區(qū)、山地區(qū)、平地區(qū)三個類型區(qū)，根據(jù)不同類型區(qū)的特點，選擇布設相應的工程措施、植物措施、臨時措施，構建不同類型區(qū)廠區(qū)的水土保持措施配置模式。

(3)煤化工項目建設內(nèi)容較為繁雜，所在地區(qū)情況差異較大，本研究只是針對三個類型區(qū)的側重點情況構建水土保持措施配置模式，在實際應用中可能需要綜合考慮。

(本研究得到了水利部水土保持監(jiān)測中心“生產(chǎn)建設項目水土保持措施配置模式驗證”項目的支持，在此深表感謝！)