草方格固沙技術在國外管道工程中的應用

龍艷華 李洪印 楊成剛 鄧君富

1. 成都大學師范學院，四川 成都 610106；2. 中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司，四川 成都 610041；3. 四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川 成都 610041

0 前言

土庫曼斯坦油氣資源十分豐富，對中國未來能源戰略布局的影響深遠［1］。但是管道建設對生態破壞嚴重，常常造成嚴重的水土流失，水土流失反過來又威脅到管道安全。為了做到能源建設可持續發展，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、中衛至貴陽聯絡線等。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。由于沙漠地區生態、植被特殊，如果不采取有效措施，一旦破壞將很難恢復。沙漠地區管道工程的水工保護工程設計應符合環境保護的要求，遵循以防為主、防治結合的原則，采取合理有效的工程措施。

風沙地區根據不同區域沙漠類型及風蝕地貌類型進行防護設計，根據多年的風沙地區水工保護經驗，總結出了風沙地區常用的水工保護措施為：礫（碎）石覆蓋、沙障、植物措施、草方格或化學固沙等風沙治理措施［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塊內部集輸管道和外輸管道所在區域內共有穆爾加布河、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，干管排水網較為發達，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。 工程所在區域內植物種類繁多，河灘上樹木林立，河谷灌溉區種植有經濟作物，其余地區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

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

2.2 水工保護措施比選

2.2.1 土庫曼斯坦規范的水工保護方案

根據土庫曼斯坦國家規范СНиП2.05.06-85*《大型管線》［3］第5.6 條規定：“對管線上面的新月沙丘和離管線中心線兩側不小于10 m 距離的地帶，應用黏結劑（甘油磷酸鈣、裂化渣油等）予以黏固。”

黏結劑在土庫曼斯坦屬于需要進口的化學品，成本較高；通過海關的檢驗時間較長；在鋪設過程中需要大型機械輔助進行，建設成本較高；此類黏結劑在土壤表面經過風沙侵蝕，會隨著風沙移動，影響生態環境。此方案不予采用。

2.2.2 黏土鋪設方案

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

2.2.3 草方格防風固沙技術

草方格防風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。網狀的草方格環環相扣，形成沙漠防護帶。

草方格防風固沙技術的原理和作用［5］是增加地表粗糙度，改變其上風速輪廓線，從而減弱貼地面層風速，增加風阻，降低實際風力作用的有效性，控制風蝕。草方格主要用于流沙固定，阻滯沙丘前移，由于風阻增大，地面風速大大降低，從而減少了揚沙量，削弱風動沙活動強度，有效地制止沙丘移動。在新設置的草方格上，當風沙流經時，均有漩渦產生并有積沙現象。

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

草方格施工安全、簡易，可就地取材，在設計文件和技術人員的指導下，沒有任何草方格建設技術經驗的人員均可參加施工。

綜合考慮，草方格防風固沙技術為本工程管道防風固沙的最佳方案。

2.3 草方格防風固沙的設計與施工

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場之前，應將蘆葦、麥草充分壓碾以變柔。

2.3.2 草方格尺寸設計

草方格設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；在風能較小的平坦沙地可以靈活地放大草方格規格；在迎風坡，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

現場規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，草方格栽植應均勻連續、疏密相間；栽植區域內的地面應修整平順，再栽植草方格以確保栽植的外觀及防護效果；栽植的草方格應基本垂直地面（或坡面），寬度方向應垂直管道走向或主風向；栽植的草方格根部應踏實，草方格內的沙土不得有虛散現象；栽植的草方格順管道走向每隔30～40 m 設置一處1 m 寬的防火隔離帶；施工現場嚴禁攜帶火種；不得隨意破壞當地脆弱的生態，取棄土不得隨意堆放，在防治沙害的同時，應注重環境保護，保護管道兩側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

在草方格形成的風積環境條件下，細粒沙物質能夠將落在沙表面的植物種子埋積起來，便于植物種子萌發生長，草方格中細粒物質增多，使沙面緊實，能夠將夜間空氣中凝結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，從而為沙生植物提供了有效的生長環境，見圖2～5。

3 結論

圖1 草方格施工圖

圖2 正在施工的草方格

圖3 草方格中已經長草

圖4 公路兩側草方格非常美觀

圖5 草方格與沙生植物有機結合

草方格防風固沙技術作為一種成熟的防風固沙技術，對控制沙丘、保護管道、治理環境的效果顯著，在土庫曼斯坦的管道工程中可以完全替代礫（碎）石覆蓋、化學固沙、黏土覆蓋等固沙技術，可大幅度降低工程成本。施工后的草方格防風固沙帶可與沙生植物有機結合，使被破壞的作業帶達到綠化效果，形成自然生態帶。其施工的簡便性為土庫曼斯坦增加了大量的勞動就業機會。 雖然土庫曼斯坦建設單位只是對草方格防風固沙技術做了初次嘗試，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保的防風固沙思想，與其分享多年的管道工程防風固沙實踐經驗，為土庫曼斯坦后續能源建設的可持續發展做出努力。

［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計規范［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規范+風沙治理技術［S］.GBT16453.5-2008, The Comprehensive Control of Soil and Water Conservation Technical Specification + Sand Control Technology［S］.

［5］袁漢秀.防風固沙草方格在酒航公路中的應用［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沙治理中的應用［J］.甘肅水利水電技術，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.