王紅民

(北京市水務(wù)規(guī)劃研究院，北京 100048)

水利工程是我國基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，管道輸水則是其中一種重要的水利供給方式，尤其南水北調(diào)工程的后續(xù)建設(shè)，管道輸水是其重要的一項工程。管道工程作為水利工程很重要的一部分，近年來已經(jīng)發(fā)展的有規(guī)律可循，遵循管道建設(shè)的規(guī)律可以減少決策失誤和生態(tài)破壞。管道工程建設(shè)一般范圍都很大，工期長，土方量大，在施工期間因氣候等因素引起水土流失的概率變大，因此在滿足社會極大需求的同時也帶來很大的生態(tài)環(huán)境影響，尤其工程開發(fā)建設(shè)帶來的水土流失問題日趨嚴(yán)重。管道工程建設(shè)可以說具有“主體為線，分布有點”的特點，點狀比如閘的建設(shè)、泵站的建設(shè)，廠房的建設(shè)等布局比較集中，引起的水土流失比較單一和狹小，而線狀的比如長距離管道因其線路長，跨河橋涵施工、取土材料、棄土棄渣，跨越地貌單元眾多而復(fù)雜，都將不可避免地擾動和損壞原有地貌，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、林草植被損壞、降低土體的抗蝕性、引起的水土流失問題多樣且治理難度極大。結(jié)合多年來水利管道工程建設(shè)的經(jīng)驗對水利管道工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行了分析，并提出了對應(yīng)的水土保持防治措施。

1 水利管道建設(shè)的施工特點和對生態(tài)環(huán)境的影響及水土流失特點

1.1 水利管道工程建設(shè)的施工特點

水利管道工程建設(shè)一般有規(guī)劃、設(shè)計、施工和后期運維4個主要階段，各階段特點因工程特征與建設(shè)任務(wù)不同而不同，其對生態(tài)環(huán)境的影響程度也不同。規(guī)劃階段主要是搜集資料，謀劃等，一般不產(chǎn)生實體效應(yīng)，對環(huán)境的影響幾乎沒有；設(shè)計階段除業(yè)務(wù)踏勘測量外也幾乎對建設(shè)區(qū)不產(chǎn)生大的擾動，因此對環(huán)境的影響屬于輕度。表1是各階段主要工作內(nèi)容和對環(huán)境影響程度的對比。

施工階段是水利管道工程建設(shè)的主要階段，屬于擾動地面最嚴(yán)重影響環(huán)境程度最大階段，屬于重點優(yōu)化和防治階段。管道工程的施工包括明挖、頂管、拉管、定向鉆穿越和盾構(gòu)等施工工藝，工藝不同，產(chǎn)生的水土流失大不同，各施工特點如下：①明挖主要是土方的開挖、回填、鋪設(shè)、道路和植被恢復(fù)、余土外運等工作內(nèi)容，一般占地面積大，擾動地面大，因此造成地面的水土保持功能大大下降，在降雨等不利氣候條件的影響下，可能產(chǎn)生劇烈的水土流失；②頂管是開挖工作坑，將管道按設(shè)計的坡度頂入土中，并將土方運走，一般作業(yè)面小，對地面擾動小，僅在豎井的開挖布置時產(chǎn)生水土流失；③拉管是開槽放入管道，鉆孔，在另一邊用拖拉機械將管道拖拉過來，屬于輕微水土流失；④定向鉆穿越是按照鉆孔軌跡，采用定向鉆開一個導(dǎo)向孔，在鉆桿端部換大直徑的擴(kuò)孔鉆頭，進(jìn)行擴(kuò)孔和管線回托，在擴(kuò)孔的同時將待敷設(shè)的管線拉入導(dǎo)向孔，施工場地小，對地表擾動小，施工中產(chǎn)生的泥漿通過循環(huán)系統(tǒng)回收利用，但如果利用不及時會產(chǎn)生泥漿外溢，造成水土流失現(xiàn)象；⑤盾構(gòu)機挖掘時同時對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐作用，還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護(hù)盾的掩護(hù)下進(jìn)行，除了豎井占地，其余施工幾乎不用占地面，擾動地表較小，對周圍環(huán)境影響小，水土流失小。

1.2 水利管道工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響

水利管道工程建設(shè)的施工主要內(nèi)容有測量布線、管溝開挖、管道敷設(shè)、管件安裝、檢查井砌筑和泵站等輔助設(shè)施的建設(shè)等，都會產(chǎn)生大量的土方擾動，尤其土方開挖回填和棄土堆運會對周圍環(huán)境產(chǎn)生破壞，改變了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡，誘發(fā)眾多不穩(wěn)定因素，給管線沿線帶來水土流失、土壤及水環(huán)境污染等。這種對區(qū)域環(huán)境的破壞和水土流失的影響，強度大，范圍集中，且隨著管線工程建設(shè)的不斷擴(kuò)大日益嚴(yán)重。

1.2.1對土壤的影響

管道施工會對土壤的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，因為管道土方的開挖會使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，其次耕作層也會遭到開挖破壞，挖土的堆放和棄土的混合會改變耕作土的性質(zhì)，改變了土壤的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，大大減少了土層的透氣性、透水性、保水性、保肥性等，這些都是導(dǎo)致土壤農(nóng)作物產(chǎn)量下降的主要原因之一。

1.2.2對地質(zhì)環(huán)境的影響

一個長距離的管道工程建設(shè)要經(jīng)過眾多地質(zhì)環(huán)境區(qū)域，這些區(qū)域里面氣候帶會不一樣、生態(tài)類型眾多、地質(zhì)復(fù)雜多變，管線沿線地質(zhì)條件差異很大，因此在施工過程中產(chǎn)生的開挖、回填、消坡、填坡、棄土堆運等都會嚴(yán)重破壞地表土，破壞原有的土層結(jié)構(gòu)，使的原有土固結(jié)、沙化、貧瘠化、干旱化等土壤退化現(xiàn)象，尤其在一些地區(qū)的敏感地段會產(chǎn)生滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，進(jìn)而產(chǎn)生一系列重大生態(tài)環(huán)境問題。

1.2.3對生態(tài)的影響

管道工程建設(shè)施工中，會對周圍的土地進(jìn)行占用，這樣會對土壤的供給能力產(chǎn)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致植被生產(chǎn)能力下降、覆蓋率的下降。植被的生產(chǎn)能力的下降會對原先周圍的動物的覓食產(chǎn)生影響，并且對動物的活動路徑發(fā)生改變。管道建設(shè)過程中機械設(shè)備長時間的功率消耗，噪音的產(chǎn)生等都會對周圍動物尤其野生動物等產(chǎn)生驚擾，對它們會有部分遷徙到別處的危險，從而影響周圍生態(tài)群落的持續(xù)發(fā)展。

1.2.4對景觀的影響

水利管道工程建設(shè)通常都是長距離輸送水，而長距離的線性工程具有分割和破碎作用，這會對管線所經(jīng)過的沿線的景觀生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，呈現(xiàn)出斑塊化的特征，景觀結(jié)構(gòu)也在空間上呈現(xiàn)出非連續(xù)性，使的大片美麗的景觀支離破碎，盡管有一些林草措施但對原先的景觀美貌已經(jīng)無法恢復(fù)，這對和諧統(tǒng)一的自然景觀是嚴(yán)重的生態(tài)破壞。

1.3 水利工程建設(shè)的水土流失特點

水利管道工程建設(shè)大都線路長，且沿線地形地貌復(fù)雜，施工中會產(chǎn)生大量的土方開挖、回填、及棄土的堆運，這些都給沿線自然生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重破壞。管道工程跟據(jù)其特點產(chǎn)生的水土流失主要呈以下特點：①水土流失根據(jù)其長距離輸送而呈線性分布，線性分布的管道工程水土流失強度大，范圍集中，并且防治難度比較大；②不同工藝施工帶來不同程度的水土流失強度，明挖帶來的水土流失明顯高于頂管、拉管等帶來的水土流失，因而同一項目因管道鋪設(shè)工藝不同帶來不同強度的水土流失；③線狀分布的管道經(jīng)過的地表狀況和植被類型不同導(dǎo)致土壤侵蝕程度、方式和類型的多樣化，因而造成水土流失類型區(qū)域化、復(fù)雜多樣化。

2 水利管道工程水土保持防治措施

2.1 點、線、面防治措施相結(jié)合

水利管道工程建設(shè)，最大的特點就是長距離呈“線”狀，且沿線跨越不同地貌，泵站閘室等設(shè)施多，又呈現(xiàn)“點”狀的多樣性，這種工程產(chǎn)生的水土流失難以估計和防止，目前最科學(xué)的辦法就是根據(jù)工程實際的具體內(nèi)容，適宜采用點線面相結(jié)合的防治體系，比如加壓泵站處，閘室處等應(yīng)該在四周布置排水設(shè)施，讓施工過程中產(chǎn)生的水土流失攔截在“點”處；對沿線施工管道坡面，進(jìn)行臨時圍擋，使土不流走，不出溝，讓水土流失在“線”上被防治；同時在施工周圍進(jìn)行整治植草等面上的防治，達(dá)到“面”源防治。

如建設(shè)完成的南水北調(diào)供水工程北京段，長約80km，PCCP管道(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道)總長度54179m，其中：明挖段長度53657m，穿鐵路暗挖段長度200m，穿公路暗挖段長度322m，穿主要河溝27條，穿鐵路4處，穿現(xiàn)狀主要公路17處，對于明挖施工，屬于典型的線性工程施工，水保措施明確對于管道穿越的草地、林地、苗圃等地段施工開挖時，要先將表層30～50cm的土壤剝離，單獨存放，以備完工后對原先土地復(fù)墾之用。然后再開挖下層土體，且對挖出的土要集中堆放，高度不超過5m，并且集中覆蓋；對存放于砂石坑的棄土棄渣要進(jìn)行碾壓整治；對于堆放在距居民點和河流等處較近的臨時堆土，要在土體坡腳用裝土編織袋碼放堆置，以防土體滑坡與雨后沖蝕、滑塌；對于堆放時間較長，且要經(jīng)過一個雨季的臨時堆土，可覆蓋植物草墊，在其表面灑水或經(jīng)過雨水后即可發(fā)芽而生長，當(dāng)年就可在堆土表面形成植被。通過這種編織袋裝土攔擋，以及植草措施防御等都可大大減少建設(shè)過程中帶來的環(huán)境破壞以有效防治水土流失。

通過點線面的綜合體系，達(dá)到保護(hù)地表，改善生態(tài)環(huán)境，防治水土流失目的，使得管線工程在實施過程中的水土流失由被動治理到主動防治。

2.2 優(yōu)化作業(yè)帶寬度

對于管道工程建設(shè)而言，規(guī)劃、設(shè)計、施工、后期運行維護(hù)等四個階段要逐步明確和優(yōu)化作業(yè)帶寬度，如圖1所示。要在可研階段就明確管道的作業(yè)寬度，尤其在不同地貌段更要明確，譬如在植被良好的地段鋪設(shè)管道，要盡可能的減少對植被的破壞，減少作業(yè)寬度；在土層貧瘠區(qū)敷設(shè)時，為減少對熟土層的破壞和高生產(chǎn)力用地的影響，應(yīng)盡可能縮小作業(yè)帶占地；在生態(tài)脆弱的地區(qū)敷設(shè)時，為避免沙漠化的加劇，應(yīng)盡最大可能減少對地表的擾動。因此，管道在上述區(qū)域敷設(shè)時，其作業(yè)帶寬度一般不同于平原、盆地區(qū)，需在可行性研究階段加以明確，初設(shè)階段細(xì)化和優(yōu)化作業(yè)寬度，到施工階段，更要通過培訓(xùn)和宣傳、監(jiān)督等方式嚴(yán)格落實在規(guī)定的作業(yè)帶寬度內(nèi)施工作業(yè)，最大可能的減少管道施工過程中的管線作業(yè)范圍。

科學(xué)合理的管線作業(yè)范圍能減少很大程度上的地表擾動面積，少地表的擾動就會減少水土流失，使生態(tài)環(huán)境明顯改善。

2.3 優(yōu)化施工工藝

管道工程施工包括明挖、頂管、拉管、定向鉆穿越和盾構(gòu)等施工工藝，施工工藝不同，產(chǎn)生的水土流失大不同。大開挖造成的擾動地表比較大，能使原有地面的水土保持功能大大下降，在降雨等不利氣候條件的影響下，可能產(chǎn)生劇烈的水土流失，同時大開挖產(chǎn)生的大量的土方堆棄，也會造成水土流失嚴(yán)重，而拉管、頂管、盾構(gòu)工程等的合理選擇就會在完成任務(wù)的情況下很大程度的減少擾動地表。在建設(shè)各個階段，通過對管道工程通過不同地貌單元的勘測詳細(xì)設(shè)計管道施工工藝，譬如山體隧道穿越、大型河流盾構(gòu)、隧道鉆爆、拉管穿越等級公路、干線鐵路的頂管穿越等，基本不擾動地表，僅僅在豎井布置時擾動地表，從維護(hù)生態(tài)環(huán)境角度而言，屬提倡的施工方式。而河流圍堰大開挖穿越、山地丘陵區(qū)的爬坡、橫坡、坡腳的削坡敷設(shè)及劈山修路等施工方法，其擾動地表面積大，產(chǎn)生的棄渣多，造成的水土流失量巨大，屬盡量避免的施工方式。不同施工工藝對環(huán)境影響程度的對比見表2。

表2 不同施工工藝對環(huán)境影響程度

如順義區(qū)火寺路(六環(huán)路南-昌金路)輸配水管線工程建設(shè)，鋪設(shè)配水管道8500m，其中配水主管道約7581m。本項目地上情況及其復(fù)雜，其中設(shè)計起點30m內(nèi)有大量樹木、電線桿等，沿火寺路路向北還有六環(huán)路橋墩、橫穿火寺路的電力管、工業(yè)管道、燃?xì)夤?、雨水涵、大量電信管等，結(jié)合地上情況，鋪設(shè)管線工程時，施工以盡量減少項目實施時對附近設(shè)施功能的影響為原則，有針對性的采用明挖、暗挖施工方式。因此在鋪設(shè)配水管道時，主管道約7581m采用明挖和暗挖施工方式。明挖施工方式鋪設(shè)DN400管材為球墨鑄鐵管和鋼管，球墨鑄鐵管鋪設(shè)管道長度約6851m，鋼管鋪設(shè)管道長度約56m。暗挖施工方式分為拉管和頂管：拉管施工方式鋪設(shè)管材為給水用聚乙烯管(PE管)，鋪設(shè)管道dn450長度約518m；套管頂管φ1050為Ⅲ級鋼筋混凝土管，內(nèi)穿dn450PE管，鋪設(shè)長度約156m。配水支管鋪設(shè)總長度約905m，其中球墨鑄鐵管DN400約56m、PE管dn315管約100m、PE管dn200管約724m、PE管dn150管約25m。這種明挖、頂管、拉管等的劃分都是嚴(yán)格按照樁號長度來制定路由，原則就是保護(hù)環(huán)境，防治沿線水土流失，比如避開圍墻、樹木；避開斷裂帶、沉陷、滑坡、塌方以及易發(fā)生泥石流和高侵蝕性土壤地區(qū)；做到線路短、起伏小、土石方工程量少、少占農(nóng)田和不占農(nóng)田等。

2.4 分區(qū)域防治

管道工程一般線路較長，跨涉地貌類型多且復(fù)雜多樣，如平原、沙漠、丘陵、山地等，不同地貌土地利用現(xiàn)狀不同，有的管線還穿越密集的人口區(qū)，繁華的城市區(qū)，以及高密度的工業(yè)廠區(qū)，這些區(qū)域地下管線多，對環(huán)境和安全等要求高。①平原地區(qū)，要盡量避開城市規(guī)劃區(qū)、經(jīng)濟(jì)作物區(qū)和森林植被覆蓋較好的區(qū)域，避免建設(shè)工程產(chǎn)生的地表擾動對城市環(huán)境、經(jīng)濟(jì)作物區(qū)和綠化植被區(qū)的生態(tài)環(huán)境破壞；②山區(qū)丘陵區(qū)，盡量選擇穩(wěn)定的緩坡，山前地帶敷設(shè)，避開風(fēng)景區(qū)，自然保護(hù)區(qū)，以及一些礦產(chǎn)區(qū)等；③戈壁沙漠區(qū)，要避開綠洲，固定在沙丘區(qū)，少破壞水澆地等。④水網(wǎng)區(qū)，該區(qū)域地下水位較高，一般在管道鋪設(shè)過程中開挖的堆土區(qū)容易被水沖刷帶走，造成水土流失環(huán)境破壞；⑤地質(zhì)災(zāi)害區(qū)，反復(fù)活躍的斷裂帶，泥石流及滑坡區(qū)等的管道建設(shè)工程，必須要做好防護(hù)穩(wěn)固措施，要結(jié)合工程措施建立防護(hù)樁、擋土墻和加大管道深度等加固措施，避免災(zāi)害區(qū)發(fā)生因生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化等。

如南水北調(diào)供水工程北京段，在54179m的管道建設(shè)中，產(chǎn)生的水土流失復(fù)雜而跨度大，在經(jīng)過西甘池隧洞與崇青隧洞施工時，在隧洞進(jìn)出口處形成較大的開挖面，致使巖石出露，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生態(tài)示范區(qū)的環(huán)境造成一定的破壞，因此對隧洞進(jìn)出口處的裸巖進(jìn)行了噴涂錨固，管道沿線局部地段管頂覆土深度達(dá)到10m～23m，項目水保采取了特殊的23個區(qū)域不同的水保防治措施，具體有：①直播灌草邊坡防護(hù)；②椰纖植生毯護(hù)坡；③客土噴播邊坡防護(hù)；④植被混凝土格柵護(hù)坡；⑤漿砌石墻護(hù)坡等；除此之外還有工程措施和輔助措施相結(jié)合來對不同區(qū)域進(jìn)行不同的防治。

因而在管道的規(guī)劃設(shè)計時要考慮不同地貌下的管線鋪設(shè)路線，要分區(qū)域防治，不同的區(qū)域不同的策略，綜合考慮，統(tǒng)籌治理防治，在確保管線安全、經(jīng)濟(jì)、合理的要求下，盡可能控制工程建設(shè)造成的水土流失。

2.5 優(yōu)化管道施工組織設(shè)計

管道工程施工中，在開挖、回填、和運棄中會產(chǎn)生大量的生態(tài)環(huán)境破壞，施工組織要分析計算，讓工程施工合理利用土方，減少占地面積，讓項目余土運至棄料場進(jìn)行綜合利用及消納，不用單獨設(shè)置棄土場，減少擾動占地面積。在施工階段要進(jìn)一步細(xì)化研究工程土方自身挖填平衡及轉(zhuǎn)運方案，以減少土石方大量挖填及臨時堆放帶來的水土流失和環(huán)境破壞現(xiàn)象，同時節(jié)省工程投資。

如順義區(qū)某水利管道工程建設(shè)，鋪設(shè)輸水管道7.5km，土方開挖12.91萬m3(自然方)，回填8.96萬m3(壓實方)，土方回填全部利用開挖料，工程共余土2.37萬m3(自然方)，需要外運至棄料場，平均運距15km。經(jīng)分析計算，工程施工合理利用土方，減少了占地面積，項目余土運至棄料場進(jìn)行綜合利用及消納，無需單獨設(shè)置棄土場，減少了擾動占地面積，土石方平衡符合水土保持要求。

2.6 加強施工管理

水利管道工程建設(shè)經(jīng)過的區(qū)域復(fù)雜，要盡量選擇合理的路由，而且在長距離的施工過程中，一般都是分段施工，需要協(xié)調(diào)大量的工作，這就要求我們工作人員在現(xiàn)場指揮時要及時發(fā)現(xiàn)問題，處理問題，避免安全隱患的存在給后續(xù)運營帶來不利。另外水利管道建設(shè)大部分都在野外，遇到突發(fā)事件處理的難度比較大，因此我們管理人員要在事前制定應(yīng)急預(yù)案和嚴(yán)格的有效防治措施。

3 結(jié)論

通過分析，得出管道工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響是多方面的，產(chǎn)生的水土流失也多樣化，管道工程建設(shè)的水土流失防治勢在必行。目前，國家水網(wǎng)建設(shè)不斷在謀劃和擴(kuò)建，未來管道工程建設(shè)會愈發(fā)增加，作為典型的線性工程，要從工程建設(shè)的實際情況出發(fā)做到不同影響區(qū)域不同的防治措施，而且要從規(guī)劃階段到實施運營階段都要落實好生態(tài)環(huán)境保護(hù)和防治措施，讓水利管道工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影星降到最低，從多年工程建設(shè)中分析了水利管道工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響因素和水土流失特點，并給出了防治措施，對類似工程建設(shè)提供借鑒。