摘 要： 本文主要分析了黃土地區西氣東輸二線甘陜段水土流失現狀， 探討了水土流失的主要產生原因， 重點剖析了水土流失引起的管道風險隱患， 并提出了相應的治理措施和建議。

關鍵詞： 黃土地區、 水土流失、 原因分析

0 引言

黃土高原是我國多條長距離輸油、 輸氣管道主要經過地之一， 西氣東輸二線（以下簡稱西二線） 就是其中一條， 西二線甘陜段部分穿越黃土高原， 甘陜段管線總長439.3km， 西起甘肅省慶陽市鎮原縣， 東至陜西省渭南市潼關縣， 途徑2個省、 6個地級市、 15個縣區。 黃土高原水土流失極為嚴重， 對西氣東輸二線甘陜段管道運行安全造成巨大威脅， 本文分析了西氣東輸二線甘陜段管道沿線水土流失現狀及其產生的主要原因， 并提出相應治理措施。

1、水土流失類型分析

根 據 水 土 流 失 產 生 的 動力， 可以將西氣東輸二線甘陜段管道沿線的水土流失類型分為水力侵蝕、 重力侵蝕和風力侵蝕三大類。

1.1 水力侵蝕

水力侵蝕是由大氣降水及其所形成的徑流引起的， 其可以進一步細分為濺蝕、 面蝕、 溝蝕和河溝山洪侵蝕4種， 西氣東輸二線甘陜段管道沿線水力侵蝕以溝蝕和河溝山洪侵蝕為主。濺 蝕 是 指 裸 露 坡 地 受 到雨滴擊濺而引起的水土流失的現象。 裸露坡地受到較大雨滴打擊時， 濺起土粒。 濺起的土粒落回坡面， 坡下比坡上落得多， 因而土粒向坡下移動， 在坡 腳 堆 積 較 多 ， 形 成 “ 倒 土堆”， 坡面往往形成薄泥漿層，如圖1所示。

 

面蝕是由分散的地表徑流沖走坡面表層土粒的侵蝕現象， 凡是裸露的坡地表面， 都有不同程度的面蝕存在， 如圖2所示。 面蝕嚴重的區域大多分布在管道爬坡地段， 面蝕易造成管道上方覆土的流失， 造成管道和光纜埋深下降， 目前采取的措施是在邊坡坡面修建魚鱗坑和恢復植被。

濺蝕易造成管道穿越邊坡以及臺田地邊緣局部的坍塌， 嚴重時會造成管道裸露的發生。 目前治理措施是， 高陡邊坡區域分級夯填， 形成梯田狀， 管道穿越臺田地邊緣采用2:8灰土進行夯實， 修建椽幫堰。 濺蝕較嚴重地段采用修建漿砌石擋土墻的措施。 如圖3、 4對梯田、 邊坡修建漿砌石擋土墻防止濺蝕、 面蝕的發生。

埋溝蝕是指由匯集成股的地表徑流沖刷、 破壞土壤及其母質， 切入地表以下形成溝壑的侵蝕形式， 又可以細分為淺溝侵蝕、 切溝侵蝕和沖溝侵蝕三類（見圖5、 圖6、 圖7） 。

溝蝕易造成管道上方覆土嚴重流失， 嚴重情況下將造成管道和光纜裸露， 目前主要治理措施是坡面修建土質簡易排水渠或者漿砌石排水系統。 加強坡面排水是防止溝蝕最有效的措施。 如圖8、 9是切溝侵蝕治理。

河溝山洪侵蝕系指山區河流洪水對溝道堤岸的沖淘、 對河床的沖刷或淤積過程（見圖10） 。 河溝山洪侵蝕多發生在管道穿越山區， 汛期的強降雨造成管道上方覆土大量沖刷， 管道和光纜埋深急速下降， 引起管道和光纜裸露， 目前主要治理措施是在管道穿越河溝道下游8米修建防沖墻， 防止河道的下切， 保證管道上方覆土深度。

對于河溝山洪侵蝕， 治理措施多種多樣， 較為常見的為： 修建護岸引導洪水流向、 修建過水路面保護河床、 修建防沖墻防止河床下切等措施。 如圖11所示河溝洪水侵蝕治理。

1.2 重力侵蝕

重力侵蝕是一種以重力作用為主的土壤侵蝕， 主要有泄溜、崩塌、 滑坡等形式。

重力侵蝕是天然氣管道所面臨的一項重要威脅因素。 重力侵蝕一般造成的隱患風險較大， 例如： 橫坡鋪設管道， 山體受重力侵蝕滑坡， 易造成管道斷裂。 目前針對重力侵蝕采取的措施是坡腳修建漿砌石擋土墻、 防止坡面進一步下滑，坡面分層夯填， 形成梯田狀，在坡面修建合理的排水系統。如圖12所示治理措施。

1.3 風力侵蝕

另外， 由于西氣東輸二線甘陜段所處的地區還存在風力侵蝕， 風力侵蝕受季節性影響， 一般冬春季節較為嚴重。 冬季、 春季地表植被枯萎， 且甘肅、 陜西境內風力較大。 管道上方覆土受風力作用遷徙。 風蝕發生較緩慢， 短時間內無法察覺。 同時，幾種土壤侵蝕往往交織在一起，使水土流失速度加劇。

2、水土流失形成原因分析

水土流失形成原因極其復雜， 分析西氣東輸二線甘陜段水土流失產生原因， 可以歸結為自然因素和人為因素兩個方面：

2.1 自然因素

自然因素是水土流失形成原因的一項重要因素， 依據水土流失類型的不同， 自然因素又分為氣候因素、 地層巖性因素、 地質構造及區域地殼穩定性的影響因素、 水文條件影響因素和地形地貌因素等。

2.1.1 氣候因素

西氣東輸二線甘陜段全部位于黃土地區， 其氣候屬于半濕潤半干旱的大陸型氣候， 干旱少雨， 冬季酷寒， 夏季炎熱， 四季分明， 冬、 春季節多西北風， 最大風力10級， 風力一般在4—6級， 因此其不可避免地出現風力侵蝕， 尤其是在管道施工完成時間不長， 擾動黃土土體植被被破壞的情況下， 風力侵蝕形成的概率大大增強。

西氣東輸二線甘陜段所在區域平均年降雨量在400-700mm，但降雨多集中在 7、 8、 9三個月， 占全年降雨量的58%以上，且多以大雨、 暴雨形式出現。 據統計大雨、 暴雨平均每年在3-5次以上， 是境內產生以崩塌、 滑坡為代表的重力侵蝕的主要誘發因素， 同時大雨、 暴雨還使濺蝕、 面蝕、 溝蝕等水力侵蝕產生的幾率倍增。

2.1.2 地層巖性因素

西氣東輸二線甘陜段所在區域表層覆蓋第四紀風積黃土， 是典型的粉砂沉積物， 粉粒占黃土總重量的50%， 結構疏松、 富含碳酸鹽、 孔隙度大、 透水性強、遇水易崩解、 抗沖蝕性弱。 特別是容易發生濺蝕、 面蝕和溝蝕，坡面形成淺溝、 切溝和沖溝概率較大； 黃土抗剪強度 值一般在15°—25°， C值往往在0.03-0.06MPa， 且隨含水率增加， 抗剪強度顯著降低， 使其邊坡極易發生泄溜、 崩塌、 滑坡等重力侵蝕。

2.1.3 地質構造及區域地殼

穩定性的影響因素

西氣東輸二線甘陜段所跨越的斷裂自西向東主要有花所斷裂、 玉都斷裂、 納河斷裂等； 新構造運動在區內有明顯反映， 主要表現為早白堊世以后地殼的抬升， 塬體破碎， 河流發育， 使塬體邊緣及其下部溝谷流水深切，為滑坡、 崩塌等重力侵蝕形成了位移條件； 同時所在區域處于鄂爾多斯西南地震帶， 據資料記載， 裂h度大于4.7度的地震有30次， 有6次地震震害較大， 很明顯， 強烈的地震可以使黃土斜坡失穩、 解體、 脫離母體， 為滑坡、 崩塌形成產生了有利的條件。

2.1.4 水文條件的影響因素

西氣東輸二線甘陜段水系屬黃河流域， 主要河流為黃河的一級支流渭河以及渭河的一級支流涇河， 其中涇河最大洪水流量達到4000m3/s（1996年7月26日） ， 非洪水期河水清澈， 洪水期河水渾濁， 年平均泥沙含量68.6㎏/m3， 年平均泥沙輸出量1729×104m3， 從此可以反映出西氣東輸二線甘陜段管道沿線植被稀少， 對降水徑流的抑制作用較弱， 也為河溝洪水侵蝕創造了有利條件。

2.1.5 地形地貌因素

西氣東輸二線甘陜段管道沿線主要經過隴東黃土高原、 渭河谷地、 關中平原三個地貌單元，幾乎全部被黃土覆蓋， 黃土塬被流水切割， 形成殘塬、 梁、 峁和溝川等不同地貌形態， 在關中平原， 被流水切割成平原和黃土大沖溝兩種形態， 致使地形高低起伏， 溝深坡陡， 管道穿越大小河流30次， 穿越溝渠206處， 33條大沖溝， 加上開挖黃土土體擾動后， 壓實系數不夠， 極易形成水土流失。 再加上管道穿越地區局部高低落差， 管道運行后管溝沉降， 大量雨水匯集到管溝處， 在管溝處形成大型落水洞、 塌陷等問題。

2.2 人為因素

半個世紀以來， 隨著科學技術的飛速發展， 人類活動的廣度、 深度和能量越來越大， 越來越頻繁， 特別是上世紀60-70年代人口增長， 毀草墾荒， 廣種薄收， 造成了生態失調， 西氣東輸二線甘陜段所在區域， 在經歷上世紀50年代中后期和60-80年代兩次人類活動活躍期的摧殘后，生態十分脆弱， 水土流失十分嚴重， 總體來說， 主要有以下四個方面對水土流失影響深重。

2.2.1 墾荒造地

墾荒造地， 破壞了原有的林木、 草地、 使土地的持水能力下降， 降水下滲， 巖土體裸露， 風化作用加強， 特別是大范圍地修水平梯田及引水灌溉， 是造成水土流失的重要原因之一， 不過進入本世紀以來， 隨著國家退耕還林政策的實施， 植被逐步恢復， 此種影響因素減弱。目前西二線甘肅段管道穿越地區， 甘肅省正在規劃梯田建設任務， “十二五”期間， 甘肅省將規劃750萬畝的梯田建設任務。梯田建設， 增加了坡面蓄水面積， 同時農作物的大量種植也減少了水土的流失。

2.2.2 道路建設

道路建設， 開挖坡體， 使坡體變陡， 破壞了斜坡的穩定性，造成滑坡、 崩塌的大量產生， 從而使水土流失加劇。 近幾年來，隨著經濟發展， 村村通建設， 給管道巡護工作帶來了便利， 但道路建設給管道保護造成負面影響： 改變原地表水流運動通道，尤其是地表徑流被路面攔截， 使徑流更加集中， 不但沖刷路面，而且通過路面運移原坡面開挖后重力侵蝕產生的大量堆積物，從而使水土流失加劇； 同時開挖破壞原有坡面力學平衡條件， 嚴重時使原有坡面失去支撐， 為泄溜、 崩塌、 滑坡等重力侵蝕創造了有利條件； 另外， 當道路通過支、 毛溝溝頭部位時， 還會有一定的填方， 填方形成新邊坡， 也使水土流失加劇； 最后修建道路時損壞植被， 引起局部生態環境改變。

車輛在道路上行駛時， 會揚起大量灰塵， 這些灰塵沉積在植物葉面上會使植物光合作用減弱， 影響周圍植物生長， 尤其對西氣東輸二線甘陜段管道經過的黃土地區這種作用更加明顯。

2.2.3 窯洞建造影響

西氣東輸二線管道經過區域具有居住黃土窯洞與窯莊的生活傳統和習慣， 雖然， 隨著社會進步， 經濟發展， 窯洞的居住方式逐漸減少， 但是開坡建窯， 使坡體應力重新分布， 坡體穩定性變差。

西二線甘陜段管道穿越地區廢棄窯洞較多， 由于缺少維護， 部分出現坍塌。 西二線靈臺段管道穿越樁號BO007和BO023處就曾出現因廢棄窯洞坍塌引起管道邊坡崩塌。

2.2.4 管道建設遺留問題影響

在長輸管道敷設時， 大部分地區采用的是管溝開挖， 西二線管徑1219mm， 頂面埋深1.2m， 因此施工開挖深度至少在2.6m， 開挖斷面形狀為梯形，在平原區， 管溝開挖在6m以上， 加上施工機械設備通行、管材運輸以及開挖土方堆放，管道敷設對地表的直接擾動至少在30m以上， 在山區和丘陵區，擾動范圍更大， 圖13、 14是施工后土體擾動情況。

對于高陡邊坡施工后管溝回填土體， 根據有關規范要求， 在上部無承載條件下， 壓實系數應大于0.85， 坡比應大于1:1； 且應在回填體中部修筑大平臺（戧臺、 馬道） ， 以穩定坡體。 由于種種原因， 西二線甘陜段許多高陡邊坡管溝回填土體均未按照此要求進行回填， 致使沉降裂縫、 落水洞分布較多， 且部分高陡邊坡出現土體泄溜現象。 目前， 管道建設單位和運行單位正在積極對管道沿線植被進行恢復， 希望通過植被恢復防止水土流失的進一步發生。

2.2.5 管道沿線資源開發對管道的影響

西二線甘陜段管道經過地區受其經濟活動如采砂、 采石的影響， 其對管道敷設地段水土流失的影響更加強烈。 采石采砂引起管道穿越地區自然環境改變， 嚴重采石引起山體滑塌， 嚴重情況會引起管道斷裂，采石也造成管道穿越區域水土流失加劇。 如圖15。

近年來， 隨著資源勘探的開展， 管道沿線資源開發力度加大， 如： 麟游縣境內煤炭開采施工， 甘肅省鎮原縣境內中石化石油勘探施工等項目對管道沿線自然環境影響較大，加劇了管道穿越地區的水土流失。 同時爆破和油井建設引起劇烈震動， 對管道穿越地區的邊坡區域土質穩定性也會造成影響。

3、結論與建議

西二線高壓天然氣管道是國家能源戰略的一項重大工程， 承擔著重要的供氣任務。近年來， 地質災害對管道威脅的事件時有發生。 尤其是甘陜段管道地處黃土地區， 水土流失嚴重， 地質災害頻發。 本文系統的分析了西二線甘陜段管道沿線水土流失的現狀、 剖析其原因， 通過分析識別侵蝕的類型， 并因地制宜的提出了相應的治理措施和意見。 結合目前西二線甘陜段黃土地區水工治理工程運行狀態， 文中提出的治理措施對管道穿越地區水土流失問題起到了一定的緩解作用。

管道穿越黃土地區的水土流失治理工作是一項長期艱巨的任務， 科學的分析管道沿線水土流失問題能對今后的工作起到很好的指導性作用。對于水土流失問題追根溯源，從根本上進行治理， 能夠避免防止地質災害的發生， 保證我國這條能源大動脈的安全平穩運行。 ◢

參考文獻

1、劉傳正等，西氣東輸二線工程（寧甘界—陜甘界段）地質災害危險性評估報告[R]內部報告，2007。

2、趙忠剛，姚安林，趙李謬，張俊良，長輸管道地質災害的類型、防控措施和預測方法[J] 石油工程建設，2006，32（1）：7~12。

3、張勝利、錢祖國等，黃土高原地區長輸管道水工保護[M]北京：石油工業出版社，2009。

4、楊曉秋，宋德琦.濕陷性 黃 土 地 區 長 輸 管 道 工 程 災害治理研究[J]天然氣與石油，2004，22(1)：14~17。

5. 錢祖國、杜波等. 黃土地區油氣管道工程地質災害防治措施施工技術規范，中國石油天然氣集團公司企業標準，2010年12月發布。

《管道保護》2012 年第 4 期（總第 5 期）