西部管道工程建設生態保護與植被恢復模式探究

楊曉東 齊實 周利軍 劉卉

摘要：近年來，隨著西氣東輸工程的實施，大量的管道建設擾動地表，造成水土流失和植被破壞，尤其在西部生態脆弱區，植被恢復困難，因此研究和探討西部管道工程建設的生態保護和植被恢復模式，對保護和維護西部地區生態安全具有十分重要的意義。本文以西部長輸管道經過的天山地區山地亞區，河西走廊地區平原亞區，河西走廊地區荒漠戈壁亞區，河西走廊及黃土高原干草原區域等四個區域作為生態恢復典型區域，提出其生態保護和植被恢復模式。

關鍵詞：天山地區;河西走廊;黃土高原;生態恢復

近年來，隨著我國西部地區大量的管道工程建設，管道鋪設的過程中，不可避免地對沿線的植被造成不同程度的破壞，由于西部地區生態環境脆弱，植被恢復困難，由此產生的生態破壞越來越引起人們的關注[1]，也引發了對于植物恢復措施的大量探討，哈岸英等[2]提出剝蝕殘丘、山前洪積扇、山前洪積平原、沙灘地、沙丘和黃土梁峁六個立地條件類型的植物恢復措施;白玉等[3]采用實地監測，篩選出4個草種作為西氣東輸二線工程（西段）管道綠化用草。張秀珍等[4]根據西氣東輸（陜西靖邊至甘肅瓜州段）的植被恢復工作，提出了因地制宜、保護性治理、注重促進原生植被發育的建設思路。鄭錕[5]針對新疆油氣管道工程，結合不同立地類型區，從植物措施入手進行了管道水土保持研究。沈中原等[6]提出應根據“適地適樹、適地適草”原則對不同侵蝕區類型采取不同的植被恢復方案。上述研究基本上都是按照立地條件，提出植被恢復措施，本文從管道工程區生態保護和植被恢復模式的角度，進一步探討不同類型區所采取的對策，為西部管道工程建設中的生態保護和植被恢復提供借鑒。

1西部管道工程所經區域生態環境特點

1.1天山地區山地區

天山地區山地區處于溫帶荒漠地帶，林草覆蓋率10%。植物種類以灌木、小喬木為主，具有明顯旱生植被特征：葉片縮小，葉子退化成刺，葉片完全退化，莖、葉被有密集絨毛，或出現肉質莖和肉質葉等，同時根系特別發達。

天山地區水文環境惡劣，徑流以天山的融雪和大氣降水為水源，具有比降大、暴雨洪水洪峰量流量大的特點。一般情況下，山區降雨量是平原區的 5～6 倍。尤其是 6～9 月，中低山區驟降暴雨，由于植被貧乏，溝道坡道較大，保水蓄水能力差，極易在短時間內形成洪水徑流。

該區域生態恢復難點在于，管道沿線氣候條件惡劣，降水量介于150mm-290mm，降水不足并且水文條件惡劣，土壤以粘粒較少的灰鈣土、灰漠土為主，土壤貧瘠，適生樹種草種有限，且荒漠草地植被稀疏，加之土壤養分含量低，致使荒漠生態系統彈性較小，容易受到外界因素的干擾。

1.2河西走廊地區荒漠戈壁區

河西走廊地區荒漠戈壁亞區處于溫帶荒漠地帶，荒漠戈壁地貌是該地區的主要地貌類型，年降雨量只有6～38mm，年大風天數達到25～45d，林草覆蓋率低于10%。荒漠地區氣候干旱，溫差大，風沙多，土層質地粗糙，缺乏有機質，強度鹽漬化，降水稀少，年降水量少于100毫米，年蒸發量大于降水量數倍至幾十倍，植被稀疏且種類貧乏。荒漠植被在溫帶以藜科、檉柳科、菊科、豆科為主，為適應嚴酷的生態條件，植物有的葉面縮小或退化，呈鱗片狀、刺狀或呈無葉類型，以減少蒸發;有的具肉質莖或葉，以貯存水分;有的莖葉被茸毛，以抵抗灼熱;大多數植物具發達根系，以利從深層土中吸收水分;也有在春或夏秋完成生長，旱季或冬季來臨，以種子或根莖、塊莖和鱗莖生存。荒漠植被生產量很低，生物物質積累緩慢。荒漠植被是由超旱生的半喬木，半灌木和灌木或者旱生的肉質植物占優勢的稀疏植被。主要土壤類型為灰漠土、風沙土。

該區域生態恢復難點在于，管道沿線氣候條件惡劣，土壤貧瘠，水土流失及沙漠化嚴重，生態系統非常脆弱，植被生長環境惡劣，自然恢復的能力很弱，且道路沿線由于干旱、大風等自然因素，風蝕沙化現象嚴重，對植被造成極大破壞。

1.3河西走廊荒漠草原區

河西走廊地區荒漠草原區處于溫帶荒漠地帶，林草覆蓋率20～30%。植物種類以灌木、小喬木為主，具有明顯旱生植被特征：葉片縮小，葉子退化成刺，葉片完全退化，莖、葉被有密集絨毛，或出現肉質莖和肉質葉等，同時根系特別發達。

該區域生態恢復難點在于，管道沿線經過的區域土地利用類型多樣，除了荒漠草地之外還有鹽堿地等敏感地區。在這些敏感區域環境惡劣，土壤貧瘠，植被生長環境差且易于受到干擾導致生態環境惡化。荒漠草地植被稀疏，土壤養分含量低，受干擾后恢復能力低。

1.4河西走廊及黃土高原干草原區

河西走廊及黃土高原干草原區域屬于河西走廊及黃土高原之間的過度區域，屬于溫帶草原地帶，該地區的土壤主要為灰鈣土、黃綿土，林草覆蓋率30～40%。該區域年降水量180～400mm，降雨主要集中在7-9月。本地區水土流失以風力侵蝕為主，水力侵蝕也較為普遍。管道沿線主要經過騰格里沙漠邊緣，間有灘地，總體地勢相對平坦，局部丘陵。本區域的土地利用類型以草地為主，零星分布耕地，林地較少。

生態修復難點是水分缺乏。

2工程建設對生態環境造成的危害

2.1天山地區山地亞區

管線施工時期，工程施工干擾地表，對沿線施工地區的土壤和植物造成破壞，破壞土地的利用及植被的生長，使植被覆蓋和生長受到了影響。天山地區山地亞區屬于荒漠草原地帶，當管線經過這個植被帶時，管線開挖擾動地表，破壞土壤結構和減少土壤中固有水分、養分含量，另外蒸發遠大于降水，會引起風蝕的加劇，植物不宜生長。在該區植被恢復的影響因子主要是氣候干旱、地表物質組成疏松、大風日多且集中。伴隨工程進行本身水資源開采利用對區域水環境、生態環境的綜合性、長期性、系統性的影響。工程臨時占地的影響從施工期已經開始，并且隨著工程的不斷進行對生態環境會造成越來越明顯的影響。因為臨時措施的建設，導致這一部分立地的利用方式和功能發生了改變，從而影響了植被的生長發育，易引起水土流失，土地荒漠化。工程實施過程中，營地及站場的生活垃圾等人為活動對營地生態環境造成污染，伴行道路車輛的減壓以及渣土場建設對施工區域內的地被植物造成一定程度的損害。開挖過程中產生的溝道更容易使得坡面匯流，并且疏松的地表在水力作用更容易隨著坡面徑流運動，不僅僅使得土壤物質快速流失，更可能使得泥石流的產生風險增大。

而在管線施工結束后，開挖擾動地表，地表物質疏松，受到的風力侵蝕和水力侵蝕可能會使得項目區風蝕作用和水蝕作用加劇，加劇水土流失，造成地表細粒物質和土壤養分、有機質的大量流失，生物賴以生存的土壤環境造成了嚴重損害，從而影響了植被的生長發育，易引起水土流失，土地荒漠化。

2.2 河西走廊地區平原亞區

在河西走廊平原亞區沖洪積平原區地面裸露，植被稀疏，氣候干燥。在河西走廊低于平原亞區，降水量介于100mm-200mm之間，屬于荒漠草原帶。由于土壤多為質地疏松的土壤，所以在大風作用下極易隨風揚起，造成風蝕。在對作業區進行表土剝離后，土地表面結構被破壞，結構松散，容易加劇風蝕和水蝕作用的發生管線施工時期，工程施工干擾地表，對沿線施工地區的土壤和植物造成破壞，破壞土地的利用及植被的生長，使植被覆蓋和生長受到了影響。伴隨工程進行本身水資源開采利用對區域水環境、生態環境的綜合性、長期性、系統性的影響。工程臨時占地的影響從施工期已經開始，并且隨著工程的不斷進行對生態環境會造成越來越明顯的影響。必然有大量的車輛通行，無論修建正規公路還是簡易公路，都要用推土機推兩側的土來墊路基，從而破壞了地表植被。有的大型車輛不按規定的線路行駛，隨意碾壓地表植被，使之遭受嚴重破壞。在營地等臨時工程修建過程中，占用了大面積的沙地草地，場地清理會清除地面植被的地上部分，地面挖掘破壞植被的地下部分，材料堆存會影響植被的生長，造成了植物生產能力下降，植被覆蓋率下降，生物多樣性減少，從而導致其環境功能的下降，系統的總生物量減少。尤其是沙地生態環境較脆弱，植被覆蓋度低，施工時草本植物被大量鏟除破壞，減少了物種豐富度，降低了生物多樣性。在鋪設輸氣管線過程中，開挖管溝、施工工作帶的平整以及施工人員的活動等，都會破壞自然植被。同時，在河西走廊地區平原亞區存在著農地以及鹽堿地，管線開挖在經過少量的農田和鹽堿地時，在這些地區進行作業必然會對其占用的農田生態系統等造成一定程度的破壞。農田防護林工程的施工時對原有樹木可能造成破壞，使得地表的抗侵蝕能力變弱，風蝕作用增強。管線施工對于渠系造成破壞。管線的開挖會導致原有農田的破壞，風力侵蝕作用使得地表細粒物質和土壤養分、有機質的大量流失，農用地的土地生產力降低。施工結束后，疏松的地表容易受到風力作用侵蝕，造成地表物質的流失，水土流失加劇。鹽沼地植被稀少，生態環境脆弱，管線的施工容易破壞地表植物，引起生態環境惡化。管線的施工可能加劇鹽沼地鹽堿化加劇。鹽漬土地基遇水產生凍脹作用和松脹作用引起管線區域管溝沉降，土壤結構變得疏松。風蝕作用的加強使得鹽沼地鹽堿化惡化，可能產生坍塌。

沿線的氣候條件和土壤條件惡劣，開挖管線對于沿線土地的破壞擾動和植物的破壞使得地表物質疏松，在施工完成后若不進行相應措施建設，容易受到風力侵蝕使得水土流失加重，造成地表細粒物質和土壤養分、有機質的大量流失，生物賴以生存的土壤環境造成了嚴重損害，從而影響了植被的生長發育，易引起水土流失，土地荒漠化，揚起的風沙造成能見度降低，導致大氣污染。

2.3 河西走廊地區荒漠戈壁區

河西走廊地區荒漠戈壁區是河西走廊地區降水低于100mm的區域，生態環境脆弱，尤其是經過該區域內的沙漠段，生態環境極其脆弱。平原戈壁區域沿線植被主要為灌木，小喬木的旱生樹種，沿線的氣候條件和土壤條件惡劣。管線施工時期，工程施工干擾地表，對沿線施工地區的土壤和植物造成破壞，破壞土地的利用及植被的生長，使植被覆蓋和生長受到了影響。敷設管道將施工所用材料運至施工現場，在現場進行組對焊接、補口、管道回填作業中，修建臨時營地，開辟臨時進場道路，平整場地，開挖管溝，用設備、車輛進行運輸，大量的人員、機具在作業帶施工等這些作業都不可避免對沿線原始地貌造成一定的破壞，破壞原有的生態環境、作業帶內的植被或樹木，導致水土流失。

管線的開挖過程擾動地表，對于沿線土地的破壞擾動和植物的破壞使得地表物質疏松，在施工完成后若不進行相應措施建設，容易受到風力侵蝕使得水土流失加重，造成地表細粒物質和土壤養分、有機質的大量流失，揚起的風沙造成能見度降低，導致大氣污染。

2.4 河西走廊及黃土高原干草原區

該區域處于河西走廊與黃土高原過渡區域，降水量介于180mm-400mm，植被類型為溫帶草原地帶。工程的施工干擾，如管溝開挖、作業帶、伴行公路修建會破壞地表的植被、土壤，改變微地貌，使管道沿線地區生態系統的結構和功能發生變化并形成障礙，加重該區脆弱的生態環境，導致生態系統退化。

當管線經過這個植被帶時，地表擾動，破壞表層植被，干旱草原的溫度變化大，降水少，植被也稀疏矮小，破壞影響更大。其主要影響植被恢復的因子有溫度變化大、氣候干旱等。管線施工結束后，開挖擾動地表，地表物質疏松，受到的風力侵蝕和水力侵蝕可能會使得項目區風蝕作用和水蝕作用加劇，加劇水土流失，造成地表細粒物質和土壤養分、有機質的大量流失，生物賴以生存的土壤環境造成了嚴重損害，從而影響了植被的生長發育，易引起水土流失，土地荒漠化。

3 生態恢復模式

基于西部脆弱的生態環境，生態恢復模式可以分成2類，一類為預防保護模式，一類為植被恢復模式。

3.1 天山山地區

3.1.1 預防保護模式

（1）控制擾動面積。為了控制項目建設區域對原有立地的擾動面積，在施工開始前，根據輸油管道路線圖，確定合理的施工范圍，使用彩條旗對施工區域進行嚴格劃分，在確保不影響施工的情況下盡量減少施工面積，減少機械及人工活動范圍，減輕施工過程中一系列的施工活動對項目區域的地面擾動及破壞，保護施工活動原有立地的生態環境。

（2）降低地表擾動。在時間上，為了減少施工過程對項目區的地表擾動，對施工工藝進行優化，加快施工速度，縮短施工工期，減少對項目區立地的擾動。

在施工過程中，針對該地區管道沿線氣候條件惡劣，土壤貧瘠，適生樹種草種有限，且荒漠草地植被稀疏，土壤養分含量低的特點，對于管溝開挖部位，為了盡可能減少對施工作業區域植物的破壞，施工作業應堅決貫能移不毀的原則加強對施工現場的植被保護，將開挖部位植被連帶土壤層推至管溝溝邊集中堆放，施工結束后使用原植被進行地表植被的恢復。山區作業坡下部植被難于保存，對立地原表土進行保存。

（3）減少外部環境對施工區域影響。針對天山地區的山地坡地區域水文環境惡劣，降雨集中，具有比降大、暴雨洪水洪峰量流量大的特點，對于橫坡敷設的管線區域，為減小坡面匯水沖刷對項目區的影響，設置截水溝、護坡等措施進行防護疏導，減少坡面徑流的動能，可以有效地分散、減少和疏導了降雨徑流，減少由于管道建設誘發的人為水土流失，保護當地的生態環境，減少水土流失對管道造成的危害。

（4）減少施工區域對外部環境影響。為了減少項目區對坡下部的影響，在管道橫坡敷設時，管溝開挖土體于距管線開挖邊坡下方堆放，土體回覆后將管道作業帶修建為梯級緩坡，緩坡下側修建擋渣墻。

3.1.2 生態恢復模式

（1）自然恢復模式。針對管溝開挖區域和機械施工區，將在開挖過程中連帶土壤層推至管溝溝邊集中堆放的植被，在施工結束后使用原植被進行地表植被的自然恢復。

對于堆土區域，表層土壤盡可能推到合適的地方并集中起來，待施工結束后，再施用到進行植被恢復的地段，使其得到充分、有效的利用，促使植被自然恢復。

（2）人工促進恢復模式。在立地條件不足以依靠自然恢復完全恢復生態環境的管溝開挖區域和機械作業帶區域，除去在對施工后項目區原有植被的恢復上，根據立地條件，采取播撒草籽、種植灌草等生物措施及時恢復植被，人工促進項目區的植被恢復。

3.2 河西走廊荒漠戈壁區

（1）減少擾動面積。在施工開始前，根據輸油管道路線圖，確定合理的施工及配套設施的范圍，使用彩條旗對施工區域進行嚴格劃分，在確保不影響施工的情況下盡量減少施工面積，減少機械及人工活動范圍，減輕施工過程中一系列的施工活動對項目區域的地面擾動及破壞，保護施工活動原有立地的生態環境。

（2）降低地表擾動。為了減少該地區對于地表的擾動，對該地區的臨時堆土區域進行先土工膜覆蓋后堆土的形式，減少堆土區域的地表擾動。

（3）降低外部環境對施工區影響。在管溝開挖完成后，對管溝作業區域進行礫石壓蓋，減小風蝕對項目區的影響。

3.3 河西走廊荒漠草原區

3.3.1 預防保護模式

（1）減少擾動面積。在施工開始前，根據輸油管道路線圖，確定合理的施工及配套設施的范圍，使用彩條旗對施工區域進行嚴格劃分，在確保不影響施工的情況下盡量減少施工面積，減少機械及人工活動范圍，減輕施工過程中一系列的施工活動對項目區域的地面擾動及破壞，保護施工活動原有立地的生態環境。

（2）降低地表擾動。針對該地區管道沿線環境惡劣，土壤貧瘠，植被生長環境差且易于受到干擾導致生態環境惡化的特點，在施工過程中，對項目建設區域采取地膜覆蓋，盡可能的減少施工過程中對地表土壤以及植被的擾動。對于管溝開挖部位，為了盡可能減少對施工作業區域植物的破壞，施工作業應堅決貫能移不毀的原則加強對施工現場的植被保護，將開挖部位植被連帶土壤層推至管溝溝邊集中堆放，施工結束后使用原植被進行地表植被的恢復。在管道沿鹽沼濕地敷設時，應注重鹽結皮保護。

（3）降低外部影響。在該區域管道施工對原有立地的干擾主要是加大項目區的風蝕，針對該地區風大且地表物質疏松的特點，在項目建設過程中，根據風向等條件設置生物沙障，一般垂直于風向布置沙障，固定沙丘，降低風力侵蝕對于施工地區的影響，材料以檉柳科植物為主或者當地適合樹種。

3.3.2 生態恢復模式

（1）植被自然恢復模式。針對管溝開挖以及機械作業帶區域，將在開挖過程中連帶土壤層推至管溝溝邊集中堆放的植被，在施工結束后使用原植被進行地表植被的恢復。

對于堆土區，以自然恢復模式為主，將原有植被及表層0.3m厚的土壤盡可能推到合適的地方并集中起來，待施工結束后，再施用到進行植被恢復的地段，使其得到充分、有效的利用。

（2）人工促進恢復模式。對于管溝開挖位置以及機械作業帶，以人工促進恢復為主。人工促進恢復以草方格固沙的工程固沙措施為主，條件適宜時輔以植物措施。

在沙漠邊緣區管道穿越固定、半固定沙丘，風蝕強烈，設置草方格低立式沙障固沙，增加管線地表粗糙度，形成風蝕基準面，削減風速、阻擋蠕動沙粒，減緩或阻止沙丘移動。管道敷設完畢后，對作業帶進行平整，根據立地條件和沙地特性沿主風向在作業帶中心線兩側各20～25m范圍內采取草方格沙障固沙。沙障設計為直立式柴草沙障，網格尺寸1.0～1.5m，網格內可播撒草種或栽植灌木。

針對該地區所經過的鹽堿地地區，除了對立地原有植被進行保護外，可采取人工種植聚鹽植物進行生態恢復。河西走廊上的聚鹽植物主要有堿蓬屬、濱藜屬的一些植物。

3.4 河西走廊及黃土高原干草原區

3.4.1預防保護模式

（1）減少擾動面積。在施工開始前，根據輸油管道路線圖，確定合理的施工及配套設施的范圍，使用彩條旗對施工區域進行嚴格劃分，在確保不影響施工的情況下盡量減少施工面積，減少機械及人工活動范圍，減輕施工過程中一系列的施工活動對項目區域的地面擾動及破壞，保護施工活動原有立地的生態環境。

（2）降低地表擾動。針對該地區管道沿線環境惡劣，土壤貧瘠，植被生長環境差且易于受到干擾導致生態環境惡化的特點，在施工過程中，對項目建設區域采取地膜覆蓋，盡可能的減少施工過程中對地表土壤以及植被的擾動。對于管溝開挖部位，為了盡可能減少對施工作業區域植物的破壞，施工作業應堅決貫能移不毀的原則加強對施工現場的植被保護，將開挖部位植被連帶土壤層推至管溝溝邊集中堆放，施工結束后使用原植被進行地表植被的恢復。

（3）降低外部影響。在該區域管道施工對原有立地的干擾主要是加大項目區的風蝕，針對該地區風大且地表物質疏松的特點，在項目建設過程中，根據風向等條件設置生物沙障，一般垂直于風向布置沙障，固定沙丘，降低風力侵蝕對于施工地區的影響，材料當地適合樹種。

3.4.2生態恢復模式

（1）自然恢復模式。針對堆土作業區，將在開挖過程中連帶土壤層推至管溝溝邊集中堆放的植被，在施工結束后使用原植被進行地表植被的恢復。

對于堆土區，以自然恢復模式為主，將原有植被及表層0.3m厚的土壤盡可能推到合適的地方并集中起來，待施工結束后，再施用到進行植被恢復的地段，使其得到充分、有效的利用。對施工作業后的區域進行圍欄封禁，草場圍封對退化草場恢復效果顯著，松土、圍封使植物群落發生變化，植被的高度、蓋度、密度均有所增加，加大優良植物的比例，植物群落向著良性發展。

（2）人工促進恢復模式。對于管溝開挖位置以及機械作業帶，以人工促進恢復為主。

①根據立地條件，采取播撒草籽、栽植草等生物措施及時恢復植被，人工促進項目區的植被恢復。

②對施工作業后的區域進行圍欄封禁，草場圍封對退化草場恢復效果顯著，松土、圍封使植物群落發生變化，植被的高度、蓋度、密度均有所增加，加大優良植物的比例，植物群落向著良性發展。

4 結論與建議

4.1 結論

本研究以安全性和生態性為原則，結合水工保護措施，以徑流調控為目標，針對新疆天山地區不同的地形地貌特點，提出了四種模式體系。

（1）管道橫坡敷設于山區坡面時，采用“上截下攔”的徑流調控模式，由護坡、排水渠、截水墻、擋渣墻和植物措施五部分組成;管道縱坡敷設于山區坡面時，采用“側排中擋”的徑流調控模式，由排水溝、護坡、成套的擋水埂和截水墻四部分組成。

（2）管道敷設于戈壁沖洪積扇區時，采用“以擋為主，以導為輔”的徑流調控模式，由截水墻、過水面、齒墻和一套導流堤四部分組成。

（3）管道敷設于河溝道區時，并采用“防沖護岸”的徑流調控模式，由凹岸防沖墻、丁壩、防汛擋墻、過水面、坡式護岸、地下防沖墻和植生帶護坡組成，兼顧臨時措施的圍堰和導流堤，可以根據實際情況按需求調整措施。

4.2 建議

在具體應用時，應根據所在地區的具體情況，進一步細化、核定每種措施的材料、規格和工程量，確定適宜于不同情形的措施設計標準、規格，最終形成管道工程建設規范或者管道建設水土保持指南，從而提升管道工程水土流失災害防治能力，保障管道工程運營安全。

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