煤層氣產能建設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計研究院，山西太原030024）

煤層氣產能建設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之一，蘊藏量占山西省煤層氣總量的65.8%，煤層氣產能建設地面工程建設主要有以下特點：項目組成復雜，井場數量多且布置分散，管線敷設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塊煤層氣產能建設地面工程水土保持方案基礎上，討論煤層氣產能建設地面工程建設的水土流失特點及防治要點，以加強工程建設中的水土流失防治，搞好水土保持工作。

煤層氣；地面工程建設；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，以吸附狀態儲存于煤層內的非常規天然氣，熱值與天然氣相當，燃燒后很潔凈，幾乎不產生任何廢氣，是非常好的工業、化工、發電和居民生活燃料。煤層氣的開發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之一，蘊藏量占山西省煤層氣總量的65.8%，在國內勘探程度高，開發潛力大。在建設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，煤層氣產能建設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中的水土流失防治，搞好水土保持。水土流失對于煤層氣產能建設地面工程建設至關重要，在國內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，煤層氣產能建設地面工程水土流失研究較少，李沿英［6］對煤層開采區的生態承載力進行評估發現，煤層開采區水土流失對于區域生態承載力至關重要。張卓君［7］對于煤層開采區生態恢復進行相關研究，結果表明煤層開采區水土流失治理是生態修復的關鍵所在。劉冀［8］在煤層氣開發項目土地復墾研究中發現，在煤層開采區進行水土流失治理有助于區域土地復墾。可見，煤層開采區水土流失治理對于煤層區開發和生態修復都十分重要，為此本文在探討山西沁水盆地鄭莊區塊煤層氣產能建設地面工程水土保持方案基礎上，重點討論煤層氣產能建設地面工程建設的水土流失特點及防治要點。研究成果對于煤層開采區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塊煤層氣產能建設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%，多年平均蒸發量1584.88mm，全年無霜期180d，最大凍土深度61cm，多年平均風速2.8m/s，最大風速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2850t/（km2·a）。按水利部行業標準《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-2007），項目區屬于水力侵蝕類型中北方土石山區的太行山山地區，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塊煤層氣產能建設地面工程年產煤層氣9億m3，工程建設內容包括井場567座，集（采）氣管線457km，集氣站5座，伴行道路30km和供電線路386km。總工期3a。主要技術指標見表1。

表1 主要技術指標

2 工程主要特點

（1）項目組成復雜，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構，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，作業帶寬度8～10m，單條采氣管線長5～9km，集氣管線管徑DN200～DN500，作業帶寬度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，交通極其不便，需臨時設置許多施工便道，再加之地形地貌復雜，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）煤層氣產能建設地面工程建設引發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，站場建設引發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測、監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，在占地范圍內不同程度的擾動破壞了原地表和植被，對原有水土保持設施造成了一定的破壞（主要表現為場地平整，建筑物基礎開挖、回填、管道敷設等施工活動），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能力，若不進行有效防治，遇到適合的降雨條件，便可產生較大的水土流失。損壞水土保持設施面積統計見表2。

表2 損壞水土保持設施面積統計

（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配力度，充分以挖作填，在管線穿越山區段，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）煤層氣產能建設地面工程建設水土流失重點時段為施工期，集中進行“五通一平”及站場的基礎開挖、回填，管道敷設等施工，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進行，對原地貌環境擾動強度大，水土流失強度在短時間內成倍增加，建設期為重點防治時段。項目區降雨的年內分配不均，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，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，土層較薄，在工程建設中，首先對表土進行分層剝離、集中堆放并進行苫蓋等保護，施工結束后回填，從而為植被恢復和農業生產提供土源。

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

站場周圍的永久邊坡，在坡腳處設置擋墻，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，與周圍環境相協調。

（3）充分利用降水資源，提高降水資源利用率。工程建設過程中不僅改變區內的地形和地表物質等條件，而且平整和硬化地面，導致徑流損失加大，并對周邊沖刷，一定程度上也破壞了局地正常水循環，尤其是本工程位于山西沁水縣，水資源緊缺，降水分布不勻，需設置降水蓄滲設施和集雨工程，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，又節約水資源，降低運行養護成本。

（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，地形地貌復雜，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，便道坍塌等災害，從而造成嚴重的水土流失，故施工便道必須按照“邊開挖、邊擋護”原則施工，施工結束后及時進行土地整治和植被恢復。

（5）管線水土保持措施與安全需求相結合，嚴格控制作業帶寬度。由于埋設的管道頂面距地面1.3m左右，為避免植物根系對管道的破壞，管線敷設區要求管道中心兩側5m范圍內只宜種淺根性植物，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5m外管道作業帶可種植喬木。為與原生植被相匹配，應選用當地鄉土樹草種，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的原有植被，施工過程嚴格控制作業帶寬度，嚴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開挖、管線開挖動用土石方量大，施工建設中及時加強臨時防護措施，在施工邊坡下側，臨時堆料、臨時堆土及剝離表土臨時堆放場周邊，應采取臨時攔擋措施，在雨季和大風天氣進行臨時覆蓋。減少邊坡、松散體對周圍造成的水土流失危害。

（7）施工結束后對臨時占地及時恢復。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%，因此施工結束后及時做好臨時占地的土地整治和植被恢復是減少水土流失的關鍵。結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對措施淺析［J］.水利技術監督，2013（04）：29-30+36.

［2］倪新燕.淺談尉犁縣水土保持現狀及治理措施［J］.水利技術監督，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］.水利技術監督，2009（01）：66-67+78.

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

［5］孟祥麗.阜新市水土保持生態建設分析［J］.水利規劃與設計，2015（04）：24-25+37.

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。