不同類型區(qū)煤化工項(xiàng)目廠區(qū)水土保持措施配置模式

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(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半成品，而后進(jìn)一步加工成化工、能源產(chǎn)品。煤化工可以緩解能源供應(yīng)壓力，保障能源供應(yīng)的安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年1月，我國投產(chǎn)的煤制油、煤制氣項(xiàng)目產(chǎn)能分別為818萬t與51.05億m3。在生態(tài)文明建設(shè)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(shù)則得到明顯推進(jìn)。

煤化工項(xiàng)目投資規(guī)模大，由廠區(qū)和廠外附屬設(shè)施組成。在項(xiàng)目建設(shè)期，場(chǎng)地平整及基坑開挖、附屬設(shè)施中的管線開挖與回填、道路系統(tǒng)修筑、蒸發(fā)池的建設(shè)等施工活動(dòng)，將擾動(dòng)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(yùn)行期，會(huì)消耗大量水資源和煤炭資源，排放大量廢水、廢渣，對(duì)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(xiàng)目水土保持措施的實(shí)施可有效緩解水土流失危害的發(fā)生，因此開展煤化工項(xiàng)目水土保持措施配置模式研究具有重要意義。

1 煤化工項(xiàng)目特點(diǎn)

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(xiàng)目由主廠區(qū)及廠外附屬設(shè)施構(gòu)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(shè)施、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施、管理及生活服務(wù)設(shè)施、廠內(nèi)道路、預(yù)留地等功能區(qū)；廠外附屬設(shè)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(shè)施通常由工業(yè)園區(qū)或基地統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，附屬設(shè)施一般包括供排水管線、廠外道路、貯灰場(chǎng)、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(jì)，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(shè)區(qū)外的土石移運(yùn)數(shù)量較少，以區(qū)內(nèi)調(diào)配利用為主，在建設(shè)過程中的土石方挖填量基本達(dá)到平衡，實(shí)際棄渣量較少。生產(chǎn)運(yùn)行期，大多數(shù)煤化工項(xiàng)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(xiàng)目建設(shè)規(guī)模直接相關(guān)。

2 水土流失特點(diǎn)

煤化工項(xiàng)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(gè)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(fēng)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(qiáng)度可達(dá)到中度、強(qiáng)烈，人為擾動(dòng)后較難恢復(fù)原地貌，并有如下特點(diǎn)：

(1)對(duì)水資源系統(tǒng)影響巨大。煤化工項(xiàng)目屬于高耗水項(xiàng)目，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shí)，由于對(duì)廠區(qū)所占用的大量耕地、林地、草地等進(jìn)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(diǎn)線型工程相結(jié)合，擾動(dòng)范圍廣，水土流失情況復(fù)雜。煤化工項(xiàng)目通常歸類為點(diǎn)型工程，對(duì)土體的擾動(dòng)表現(xiàn)為局部范圍，當(dāng)附屬設(shè)施依托條件不齊備時(shí)，需要配套建設(shè)運(yùn)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(duì)土體的擾動(dòng)范圍較廣，且呈線狀分布。廠區(qū)占地面積大，會(huì)占用大量的耕地、林地、草地，施工時(shí)對(duì)水土資源的破壞強(qiáng)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(duì)于廠區(qū)破壞強(qiáng)度也較小。

(3)水土流失影響周期長。煤化工項(xiàng)目屬生產(chǎn)類項(xiàng)目，在項(xiàng)目施工準(zhǔn)備和建設(shè)過程中，大量的開挖和回填破壞地表結(jié)構(gòu)，毀損地表植被，造成區(qū)內(nèi)水土流失量劇增，在建設(shè)末期和運(yùn)行初期，對(duì)地表的挖填擾動(dòng)基本結(jié)束，只有少部分裸露地表容易造成水土流失；運(yùn)行期煤化工項(xiàng)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(fēng)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(xiàng)目所在區(qū)域的地貌類型、地面坡度、土壤侵蝕類型等主導(dǎo)因素，將項(xiàng)目所在地劃分為風(fēng)沙區(qū)、山地區(qū)、平地區(qū)三個(gè)類型區(qū)。其中風(fēng)沙區(qū)以風(fēng)力侵蝕為主，地貌類型主要為高原、低山、丘陵，地形相對(duì)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(chǎng)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(gè)類型區(qū)的煤化工廠區(qū)水土保持措施配置模式進(jìn)行分析討論。由于廠區(qū)大量的硬化，對(duì)水資源系統(tǒng)影響巨大，因此三個(gè)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(fēng)沙區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

風(fēng)沙區(qū)涉及的土壤侵蝕類型區(qū)主要是北方風(fēng)沙區(qū)，水土流失以風(fēng)力侵蝕為主，局部存在水力侵蝕，按照下墊面類型，可細(xì)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(jī)質(zhì)含量較高，厚度為20～30 cm。

根據(jù)風(fēng)沙區(qū)的自然條件和“以風(fēng)蝕為主”的特點(diǎn)進(jìn)行措施配置。水土保持措施配置側(cè)重于防風(fēng)固沙工程，具體措施有沙障固沙、防風(fēng)固沙林、臨時(shí)堆土的防風(fēng)擋護(hù)等；斜坡防護(hù)以工程護(hù)坡為主；植物措施按照原始地貌的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施。風(fēng)沙區(qū)的廠區(qū)水土保持措施配置模式見表1。

表1 風(fēng)沙區(qū)廠區(qū)水土保持措施配置模式

(1)土地整治工程。場(chǎng)地平整前進(jìn)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(jié)束后清除建筑垃圾，土地整治后及時(shí)覆土，便于植被恢復(fù)，或采用礫石壓蓋，壓蓋厚度3～7 cm。

(2)防風(fēng)固沙措施。廠區(qū)外開挖的土質(zhì)邊坡，應(yīng)放緩坡度至1∶1.5～2，經(jīng)護(hù)面墻擋護(hù)后，上部設(shè)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(fēng)側(cè)營建防風(fēng)林帶，采用當(dāng)?shù)剡m生的喬木或喬灌混種，按一定的株行距交錯(cuò)布置。

(3)防洪排導(dǎo)工程。凡是廠區(qū)存在洪水威脅的，須在廠區(qū)外來水側(cè)設(shè)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(cè)間隔設(shè)置鑄鐵雨篦進(jìn)水口，雨水通過道路敷設(shè)的排水管網(wǎng)收集后，經(jīng)過沉沙池再進(jìn)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(hù)工程。廠內(nèi)臺(tái)階或道路兩側(cè)邊坡應(yīng)布置防護(hù)措施，主要為工程護(hù)坡，具體措施有礫石護(hù)坡、砌石護(hù)坡、預(yù)制混凝土空心磚護(hù)坡等，并根據(jù)實(shí)際情況增加坡面坡腳排水措施。

(5)植被建設(shè)。廠區(qū)分功能區(qū)配置植物措施，辦公生活區(qū)配置標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，應(yīng)以園林景觀為主，根據(jù)項(xiàng)目所在地立地條件，選取適合當(dāng)?shù)厣L的樹、草及花卉品種，并配套建設(shè)灌溉設(shè)施；其他功能區(qū)有選擇地實(shí)施綠化或礫石壓蓋。

(6)臨時(shí)防護(hù)措施。主要在施工期實(shí)施，施工過程中注意灑水結(jié)皮，因風(fēng)沙區(qū)大風(fēng)天氣多，采用擋風(fēng)墻、彩鋼板防止風(fēng)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(chǎng)地平整造成的開挖回填量也大，因此會(huì)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(yīng)加強(qiáng)斜坡防護(hù)工程，同時(shí)抓住“水蝕為主”的特點(diǎn)，布置坡面坡腳排水工程，水土保持措施應(yīng)充分發(fā)揮植物措施防治水土流失的作用，斜坡防護(hù)、降水蓄滲工程應(yīng)與植物措施相結(jié)合，廠區(qū)植被建設(shè)相較于風(fēng)沙區(qū)標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)地平整前根據(jù)表土層分布情況采取有計(jì)劃的剝離措施，剝離的表土集中堆放，設(shè)置臨時(shí)堆土場(chǎng)，堆放場(chǎng)地設(shè)置在后期硬化和綠化區(qū)域內(nèi)，施工結(jié)束后清除建筑垃圾，整治建筑物周邊零星空閑地，及時(shí)覆土，便于植被恢復(fù)。

(2)防洪排導(dǎo)工程。山地區(qū)建廠時(shí)，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(dāng)?shù)男问讲贾梅篮闇稀⒔睾闇系?。廠區(qū)內(nèi)設(shè)鑄鐵雨篦進(jìn)水口，沿道路敷設(shè)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(jìn)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(yīng)布設(shè)降水蓄滲工程，采用透水鋪裝、滲水井等措施。

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

(5)植被建設(shè)。廠區(qū)分功能區(qū)實(shí)施綠化措施，儲(chǔ)運(yùn)區(qū)施工結(jié)束后場(chǎng)地大多硬化，預(yù)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(duì)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(shí)選用根系較淺的低矮灌木形成立體防護(hù)，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(jié)合的園林綠化措施。

(6)臨時(shí)防護(hù)措施。廠區(qū)新增水土流失主要集中在建設(shè)期，因此應(yīng)加強(qiáng)施工期的臨時(shí)防護(hù)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(shì)平緩，場(chǎng)地較平整，基坑開挖回填量相對(duì)較小，同時(shí)水蝕程度與山地區(qū)相比較輕。平地區(qū)建廠通常會(huì)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(xiàng)工程措施應(yīng)注重與植物措施相結(jié)合。平地區(qū)占用大量耕地，臨時(shí)堆土量大，應(yīng)加強(qiáng)施工過程中對(duì)臨時(shí)堆土的防護(hù)。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(chǎng)地平整前進(jìn)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(chǎng)地設(shè)置在后期硬化和綠化區(qū)域內(nèi)，施工結(jié)束后清除建筑垃圾，整治建筑物周邊零星空閑地，及時(shí)覆土。

(2)防洪排導(dǎo)和降水蓄滲工程。廠內(nèi)沿道路敷設(shè)混凝土排水管，間隔設(shè)置鑄鐵雨篦進(jìn)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(jìn)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(yīng)布設(shè)降水蓄滲工程，采用透水鋪裝、滲水井等措施。

(3)植被建設(shè)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(shí)施，樹草種應(yīng)結(jié)合平地區(qū)的植被情況進(jìn)行選擇。

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

4 結(jié) 語

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

(2)不同立地類型區(qū)煤化工項(xiàng)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(fēng)沙區(qū)、山地區(qū)、平地區(qū)三個(gè)類型區(qū)，根據(jù)不同類型區(qū)的特點(diǎn)，選擇布設(shè)相應(yīng)的工程措施、植物措施、臨時(shí)措施，構(gòu)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(xiàng)目建設(shè)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(duì)三個(gè)類型區(qū)的側(cè)重點(diǎn)情況構(gòu)建水土保持措施配置模式，在實(shí)際應(yīng)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(cè)中心“生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持措施配置模式驗(yàn)證”項(xiàng)目的支持，在此深表感謝！)