西部管道工程建设生态保护与植被恢复模式探究

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　　摘要：近年来，随着西气东输工程的实施，大量的管道建设扰动地表，造成水土流失和植被破坏，尤其在西部生态脆弱区，植被恢复困难，因此研究和探讨西部管道工程建设的生态保护和植被恢复模式，对保护和维护西部地区生态安全具有十分重要的意义。本文以西部长输管道经过的天山地区山地亚区，河西走廊地区平原亚区，河西走廊地区荒漠戈壁亚区，河西走廊及黄土高原干草原区域等四个区域作为生态恢复典型区域，提出其生态保护和植被恢复模式。
　　关键词：天山地区;河西走廊;黄土高原;生态恢复
　　近年来，随着我国西部地区大量的管道工程建设，管道铺设的过程中，不可避免地对沿线的植被造成不同程度的破坏，由于西部地区生态环境脆弱，植被恢复困难，由此产生的生态破坏越来越引起人们的关注[1]，也引发了对于植物恢复措施的大量探讨，哈岸英等[2]提出剥蚀残丘、山前洪积扇、山前洪积平原、沙滩地、沙丘和黄土梁峁六个立地条件类型的植物恢复措施;白玉等[3]采用实地监测，筛选出4个草种作为西气东输二线工程（西段）管道绿化用草。张秀珍等[4]根据西气东输（陕西靖边至甘肃瓜州段）的植被恢复工作，提出了因地制宜、保护性治理、注重促进原生植被发育的建设思路。郑锟[5]针对新疆油气管道工程，结合不同立地类型区，从植物措施入手进行了管道水土保持研究。沈中原等[6]提出应根据“适地适树、适地适草”原则对不同侵蚀区类型采取不同的植被恢复方案。上述研究基本上都是按照立地条件，提出植被恢复措施，本文从管道工程区生态保护和植被恢复模式的角度，进一步探讨不同类型区所采取的对策，为西部管道工程建设中的生态保护和植被恢复提供借鉴。
　　1西部管道工程所经区域生态环境特点
　　1.1天山地区山地区
　　天山地区山地区处于温带荒漠地带，林草覆盖率10%。植物种类以灌木、小乔木为主，具有明显旱生植被特征：叶片缩小，叶子退化成刺，叶片完全退化，茎、叶被有密集绒毛，或出现肉质茎和肉质叶等，同时根系特别发达。
　　天山地区水文环境恶劣，径流以天山的融雪和大气降水为水源，具有比降大、暴雨洪水洪峰量流量大的特点。一般情况下，山区降雨量是平原区的 5～6 倍。尤其是 6～9 月，中低山区骤降暴雨，由于植被贫乏，沟道坡道较大，保水蓄水能力差，极易在短时间内形成洪水径流。
　　该区域生态恢复难点在于，管道沿线气候条件恶劣，降水量介于150mm-290mm，降水不足并且水文条件恶劣，土壤以粘粒较少的灰钙土、灰漠土为主，土壤贫瘠，适生树种草种有限，且荒漠草地植被稀疏，加之土壤养分含量低，致使荒漠生态系统弹性较小，容易受到外界因素的干扰。
　　1.2河西走廊地区荒漠戈壁区
　　河西走廊地区荒漠戈壁亚区处于温带荒漠地带，荒漠戈壁地貌是该地区的主要地貌类型，年降雨量只有6～38mm，年大风天数达到25～45d，林草覆盖率低于10%。荒漠地区气候干旱，温差大，风沙多，土层质地粗糙，缺乏有机质，强度盐渍化，降水稀少，年降水量少于100毫米，年蒸发量大于降水量数倍至几十倍，植被稀疏且种类贫乏。荒漠植被在温带以藜科、柽柳科、菊科、豆科为主，为适应严酷的生态条件，植物有的叶面缩小或退化，呈鳞片状、刺状或呈无叶类型，以减少蒸发;有的具肉质茎或叶，以贮存水分;有的茎叶被茸毛，以抵抗灼热;大多数植物具发达根系，以利从深层土中吸收水分;也有在春或夏秋完成生长，旱季或冬季来临，以种子或根茎、块茎和鳞茎生存。荒漠植被生产量很低，生物物质积累缓慢。荒漠植被是由超旱生的半乔木，半灌木和灌木或者旱生的肉质植物占优势的稀疏植被。主要土壤类型为灰漠土、风沙土。
　　该区域生态恢复难点在于，管道沿线气候条件恶劣，土壤贫瘠，水土流失及沙漠化嚴重，生态系统非常脆弱，植被生长环境恶劣，自然恢复的能力很弱，且道路沿线由于干旱、大风等自然因素，风蚀沙化现象严重，对植被造成极大破坏。
　　1.3河西走廊荒漠草原区
　　河西走廊地区荒漠草原区处于温带荒漠地带，林草覆盖率20～30%。植物种类以灌木、小乔木为主，具有明显旱生植被特征：叶片缩小，叶子退化成刺，叶片完全退化，茎、叶被有密集绒毛，或出现肉质茎和肉质叶等，同时根系特别发达。
　　该区域生态恢复难点在于，管道沿线经过的区域土地利用类型多样，除了荒漠草地之外还有盐碱地等敏感地区。在这些敏感区域环境恶劣，土壤贫瘠，植被生长环境差且易于受到干扰导致生态环境恶化。荒漠草地植被稀疏，土壤养分含量低，受干扰后恢复能力低。
　　1.4河西走廊及黄土高原干草原区
　　河西走廊及黄土高原干草原区域属于河西走廊及黄土高原之间的过度区域，属于温带草原地带，该地区的土壤主要为灰钙土、黄绵土，林草覆盖率30～40%。该区域年降水量180～400mm，降雨主要集中在7-9月。本地区水土流失以风力侵蚀为主，水力侵蚀也较为普遍。管道沿线主要经过腾格里沙漠边缘，间有滩地，总体地势相对平坦，局部丘陵。本区域的土地利用类型以草地为主，零星分布耕地，林地较少。
　　生态修复难点是水分缺乏。
　　2工程建设对生态环境造成的危害
　　2.1天山地区山地亚区
　　管线施工时期，工程施工干扰地表，对沿线施工地区的土壤和植物造成破坏，破坏土地的利用及植被的生长，使植被覆盖和生长受到了影响。天山地区山地亚区属于荒漠草原地带，当管线经过这个植被带时，管线开挖扰动地表，破坏土壤结构和减少土壤中固有水分、养分含量，另外蒸发远大于降水，会引起风蚀的加剧，植物不宜生长。在该区植被恢复的影响因子主要是气候干旱、地表物质组成疏松、大风日多且集中。伴随工程进行本身水资源开采利用对区域水环境、生态环境的综合性、长期性、系统性的影响。工程临时占地的影响从施工期已经开始，并且随着工程的不断进行对生态环境会造成越来越明显的影响。因为临时措施的建设，导致这一部分立地的利用方式和功能发生了改变，从而影响了植被的生长发育，易引起水土流失，土地荒漠化。工程实施过程中，营地及站场的生活垃圾等人为活动对营地生态环境造成污染，伴行道路车辆的减压以及渣土场建设对施工区域内的地被植物造成一定程度的损害。开挖过程中产生的沟道更容易使得坡面汇流，并且疏松的地表在水力作用更容易随着坡面径流运动，不仅仅使得土壤物质快速流失，更可能使得泥石流的产生风险增大。 　　而在管线施工结束后，开挖扰动地表，地表物质疏松，受到的风力侵蚀和水力侵蚀可能会使得项目区风蚀作用和水蚀作用加剧，加剧水土流失，造成地表细粒物质和土壤养分、有机质的大量流失，生物赖以生存的土壤环境造成了严重损害，从而影响了植被的生长发育，易引起水土流失，土地荒漠化。
　　2.2 河西走廊地区平原亚区
　　在河西走廊平原亚区冲洪积平原区地面裸露，植被稀疏，气候干燥。在河西走廊低于平原亚区，降水量介于100mm-200mm之间，属于荒漠草原带。由于土壤多为质地疏松的土壤，所以在大风作用下极易随风扬起，造成风蚀。在对作业区进行表土剥离后，土地表面结构被破坏，结构松散，容易加剧风蚀和水蚀作用的发生管线施工时期，工程施工干扰地表，对沿线施工地区的土壤和植物造成破坏，破坏土地的利用及植被的生长，使植被覆盖和生长受到了影响。伴随工程进行本身水资源开采利用对区域水环境、生态环境的综合性、长期性、系统性的影响。工程临时占地的影响从施工期已经开始，并且随着工程的不断进行对生态环境会造成越来越明显的影响。必然有大量的车辆通行，无论修建正规公路还是简易公路，都要用推土机推两侧的土来垫路基，从而破坏了地表植被。有的大型车辆不按规定的线路行驶，随意碾压地表植被，使之遭受严重破坏。在营地等临时工程修建过程中，占用了大面积的沙地草地，场地清理会清除地面植被的地上部分，地面挖掘破坏植被的地下部分，材料堆存会影响植被的生长，造成了植物生产能力下降，植被覆盖率下降，生物多样性减少，从而导致其环境功能的下降，系统的总生物量减少。尤其是沙地生态环境较脆弱，植被覆盖度低，施工时草本植物被大量铲除破坏，减少了物种丰富度，降低了生物多样性。在铺设输气管线过程中，开挖管沟、施工工作带的平整以及施工人员的活动等，都会破坏自然植被。同时，在河西走廊地区平原亚区存在着农地以及盐碱地，管线开挖在经过少量的农田和盐碱地时，在这些地区进行作业必然会对其占用的农田生态系统等造成一定程度的破坏。农田防护林工程的施工时对原有树木可能造成破坏，使得地表的抗侵蚀能力变弱，风蚀作用增强。管线施工对于渠系造成破坏。管线的开挖会导致原有农田的破坏，风力侵蚀作用使得地表细粒物质和土壤养分、有机质的大量流失，农用地的土地生产力降低。施工结束后，疏松的地表容易受到风力作用侵蚀，造成地表物质的流失，水土流失加剧。盐沼地植被稀少，生态环境脆弱，管线的施工容易破坏地表植物，引起生态环境恶化。管线的施工可能加剧盐沼地盐碱化加剧。盐渍土地基遇水产生冻胀作用和松胀作用引起管线区域管沟沉降，土壤结构变得疏松。风蚀作用的加强使得盐沼地盐碱化恶化，可能产生坍塌。
　　沿线的气候条件和土壤条件恶劣，开挖管线对于沿线土地的破坏扰动和植物的破坏使得地表物质疏松，在施工完成后若不进行相应措施建设，容易受到风力侵蚀使得水土流失加重，造成地表细粒物质和土壤养分、有机质的大量流失，生物赖以生存的土壤环境造成了严重损害，从而影响了植被的生长发育，易引起水土流失，土地荒漠化，扬起的风沙造成能见度降低，导致大气污染。
　　2.3 河西走廊地区荒漠戈壁区
　　河西走廊地区荒漠戈壁区是河西走廊地区降水低于100mm的区域，生态环境脆弱，尤其是经过该区域内的沙漠段，生态环境极其脆弱。平原戈壁区域沿线植被主要为灌木，小乔木的旱生树种，沿线的气候条件和土壤条件恶劣。管线施工时期，工程施工干扰地表，对沿线施工地区的土壤和植物造成破坏，破坏土地的利用及植被的生长，使植被覆盖和生长受到了影响。敷设管道将施工所用材料运至施工现场，在现场进行组对焊接、补口、管道回填作业中，修建临时营地，开辟临时进场道路，平整场地，开挖管沟，用设备、车辆进行运输，大量的人员、机具在作业带施工等这些作业都不可避免对沿线原始地貌造成一定的破坏，破坏原有的生态环境、作业带内的植被或树木，导致水土流失。
　　管线的开挖过程扰动地表，对于沿线土地的破坏扰动和植物的破坏使得地表物质疏松，在施工完成后若不进行相应措施建设，容易受到风力侵蚀使得水土流失加重，造成地表细粒物质和土壤养分、有机质的大量流失，扬起的风沙造成能见度降低，导致大气污染。
　　2.4 河西走廊及黄土高原干草原区
　　该区域处于河西走廊与黄土高原过渡区域，降水量介于180mm-400mm，植被类型为温带草原地带。工程的施工干扰，如管沟开挖、作业带、伴行公路修建会破坏地表的植被、土壤，改变微地貌，使管道沿线地区生态系统的结构和功能发生变化并形成障碍，加重该区脆弱的生态环境，导致生态系统退化。
　　当管线经过这个植被带时，地表扰动，破坏表层植被，干旱草原的温度变化大，降水少，植被也稀疏矮小，破坏影响更大。其主要影响植被恢复的因子有温度变化大、气候干旱等。管线施工结束后，开挖扰动地表，地表物质疏松，受到的风力侵蚀和水力侵蚀可能会使得项目区风蚀作用和水蚀作用加剧，加剧水土流失，造成地表细粒物质和土壤养分、有机质的大量流失，生物赖以生存的土壤环境造成了严重损害，从而影响了植被的生长发育，易引起水土流失，土地荒漠化。
　　3 生态恢复模式
　　基于西部脆弱的生态环境，生态恢复模式可以分成2类，一类为预防保护模式，一类为植被恢复模式。
　　3.1 天山山地区
　　3.1.1 预防保护模式
　　（1）控制扰动面积。为了控制项目建设区域对原有立地的扰动面积，在施工开始前，根据输油管道路线图，确定合理的施工范围，使用彩条旗对施工区域进行严格划分，在确保不影响施工的情况下尽量减少施工面积，减少机械及人工活動范围，减轻施工过程中一系列的施工活动对项目区域的地面扰动及破坏，保护施工活动原有立地的生态环境。
　　（2）降低地表扰动。在时间上，为了减少施工过程对项目区的地表扰动，对施工工艺进行优化，加快施工速度，缩短施工工期，减少对项目区立地的扰动。 　　在施工过程中，针对该地区管道沿线气候条件恶劣，土壤贫瘠，适生树种草种有限，且荒漠草地植被稀疏，土壤养分含量低的特点，对于管沟开挖部位，为了尽可能减少对施工作业区域植物的破坏，施工作业应坚决贯能移不毁的原则加强对施工现场的植被保护，将开挖部位植被连带土壤层推至管沟沟边集中堆放，施工结束后使用原植被进行地表植被的恢复。山区作业坡下部植被难于保存，对立地原表土进行保存。
　　（3）减少外部环境对施工区域影响。针对天山地区的山地坡地区域水文环境恶劣，降雨集中，具有比降大、暴雨洪水洪峰量流量大的特点，对于横坡敷设的管线区域，为减小坡面汇水冲刷对项目区的影响，设置截水沟、护坡等措施进行防护疏导，减少坡面径流的动能，可以有效地分散、减少和疏导了降雨径流，减少由于管道建设诱发的人为水土流失，保护当地的生态环境，减少水土流失对管道造成的危害。
　　（4）减少施工区域对外部环境影响。为了减少项目区对坡下部的影响，在管道横坡敷设时，管沟开挖土体于距管线开挖边坡下方堆放，土体回覆后将管道作业带修建为梯级缓坡，缓坡下侧修建挡渣墙。
　　3.1.2 生态恢复模式
　　（1）自然恢复模式。针对管沟开挖区域和机械施工区，将在开挖过程中连带土壤层推至管沟沟边集中堆放的植被，在施工结束后使用原植被进行地表植被的自然恢复。
　　对于堆土区域，表层土壤尽可能推到合适的地方并集中起来，待施工结束后，再施用到进行植被恢复的地段，使其得到充分、有效的利用，促使植被自然恢复。
　　（2）人工促进恢复模式。在立地条件不足以依靠自然恢复完全恢复生态环境的管沟开挖区域和机械作业带区域，除去在对施工后项目区原有植被的恢复上，根据立地条件，采取播撒草籽、种植灌草等生物措施及时恢复植被，人工促进项目区的植被恢复。
　　3.2 河西走廊荒漠戈壁区
　　（1）减少扰动面积。在施工开始前，根据输油管道路线图，确定合理的施工及配套设施的范围，使用彩条旗对施工区域进行严格划分，在确保不影响施工的情况下尽量减少施工面积，减少机械及人工活动范围，减轻施工过程中一系列的施工活动对项目区域的地面扰动及破坏，保护施工活动原有立地的生态环境。
　　（2）降低地表扰动。为了减少该地区对于地表的扰动，对该地区的临时堆土区域进行先土工膜覆盖后堆土的形式，减少堆土区域的地表扰动。
　　（3）降低外部环境对施工区影响。在管沟开挖完成后，对管沟作业区域进行砾石压盖，减小风蚀对项目区的影响。
　　3.3 河西走廊荒漠草原区
　　3.3.1 预防保护模式
　　（1）减少扰动面积。在施工开始前，根据输油管道路线图，确定合理的施工及配套设施的范围，使用彩条旗对施工区域进行严格划分，在确保不影响施工的情况下尽量减少施工面积，减少机械及人工活动范围，减轻施工过程中一系列的施工活动对项目区域的地面扰动及破坏，保护施工活动原有立地的生态环境。
　　（2）降低地表扰动。针对该地区管道沿线环境恶劣，土壤贫瘠，植被生长环境差且易于受到干扰导致生态环境恶化的特点，在施工过程中，对项目建设区域采取地膜覆盖，尽可能的减少施工过程中对地表土壤以及植被的扰动。对于管沟开挖部位，为了尽可能减少对施工作业区域植物的破坏，施工作业应坚决贯能移不毁的原则加强对施工现场的植被保护，将开挖部位植被连带土壤层推至管沟沟边集中堆放，施工结束后使用原植被进行地表植被的恢复。在管道沿盐沼湿地敷设时，应注重盐结皮保护。
　　（3）降低外部影响。在该区域管道施工对原有立地的干扰主要是加大项目区的风蚀，针对该地区风大且地表物质疏松的特点，在项目建设过程中，根据风向等条件设置生物沙障，一般垂直于风向布置沙障，固定沙丘，降低风力侵蚀对于施工地区的影响，材料以柽柳科植物为主或者当地适合树种。
　　3.3.2 生态恢复模式
　　（1）植被自然恢复模式。针对管沟开挖以及机械作业带区域，将在开挖过程中连带土壤层推至管沟沟边集中堆放的植被，在施工结束后使用原植被进行地表植被的恢复。
　　对于堆土区，以自然恢复模式为主，将原有植被及表层0.3m厚的土壤尽可能推到合适的地方并集中起来，待施工结束后，再施用到进行植被恢复的地段，使其得到充分、有效的利用。
　　（2）人工促进恢复模式。对于管沟开挖位置以及机械作业带，以人工促进恢复为主。人工促进恢复以草方格固沙的工程固沙措施为主，条件适宜时辅以植物措施。
　　在沙漠边缘区管道穿越固定、半固定沙丘，风蚀强烈，设置草方格低立式沙障固沙，增加管线地表粗糙度，形成风蚀基准面，削减风速、阻挡蠕动沙粒，减缓或阻止沙丘移动。管道敷设完毕后，对作业带进行平整，根据立地条件和沙地特性沿主风向在作业带中心线两侧各20～25m范围内采取草方格沙障固沙。沙障设计为直立式柴草沙障，网格尺寸1.0～1.5m，网格内可播撒草种或栽植灌木。
　　针对该地区所经过的盐碱地地区，除了对立地原有植被进行保护外，可采取人工种植聚盐植物进行生态恢复。河西走廊上的聚盐植物主要有碱蓬属、滨藜属的一些植物。
　　3.4 河西走廊及黄土高原干草原区
　　3.4.1预防保护模式
　　（1）减少扰动面积。在施工开始前，根据输油管道路线图，确定合理的施工及配套设施的范围，使用彩条旗对施工区域进行严格划分，在确保不影响施工的情况下尽量减少施工面积，减少机械及人工活动范围，减轻施工过程中一系列的施工活动对项目区域的地面扰动及破坏，保护施工活动原有立地的生态环境。
　　（2）降低地表扰动。针对该地区管道沿线环境恶劣，土壤贫瘠，植被生长环境差且易于受到干扰导致生态环境恶化的特点，在施工过程中，对项目建設区域采取地膜覆盖，尽可能的减少施工过程中对地表土壤以及植被的扰动。对于管沟开挖部位，为了尽可能减少对施工作业区域植物的破坏，施工作业应坚决贯能移不毁的原则加强对施工现场的植被保护，将开挖部位植被连带土壤层推至管沟沟边集中堆放，施工结束后使用原植被进行地表植被的恢复。 　　（3）降低外部影响。在该区域管道施工对原有立地的干扰主要是加大项目区的风蚀，针对该地区风大且地表物质疏松的特点，在项目建设过程中，根据风向等条件设置生物沙障，一般垂直于风向布置沙障，固定沙丘，降低风力侵蚀对于施工地区的影响，材料当地适合树种。
　　3.4.2生态恢复模式
　　（1）自然恢复模式。针对堆土作业区，将在开挖过程中连带土壤层推至管沟沟边集中堆放的植被，在施工结束后使用原植被进行地表植被的恢复。
　　对于堆土区，以自然恢复模式为主，将原有植被及表层0.3m厚的土壤尽可能推到合适的地方并集中起来，待施工结束后，再施用到进行植被恢复的地段，使其得到充分、有效的利用。对施工作业后的区域进行围栏封禁，草场围封对退化草场恢复效果显著，松土、围封使植物群落发生变化，植被的高度、盖度、密度均有所增加，加大优良植物的比例，植物群落向着良性发展。
　　（2）人工促进恢复模式。对于管沟开挖位置以及机械作业带，以人工促进恢复为主。
　　①根据立地条件，采取播撒草籽、栽植草等生物措施及时恢复植被，人工促进项目区的植被恢复。
　　②对施工作业后的区域进行围栏封禁，草场围封对退化草场恢复效果显著，松土、围封使植物群落发生变化，植被的高度、盖度、密度均有所增加，加大优良植物的比例，植物群落向着良性发展。
　　4 结论与建议
　　4.1 结论
　　本研究以安全性和生态性为原则，结合水工保护措施，以径流调控为目标，针对新疆天山地区不同的地形地貌特点，提出了四种模式体系。
　　（1）管道横坡敷设于山区坡面时，采用“上截下拦”的径流调控模式，由护坡、排水渠、截水墙、挡渣墙和植物措施五部分组成;管道纵坡敷设于山区坡面时，采用“侧排中挡”的径流调控模式，由排水沟、护坡、成套的挡水埂和截水墙四部分组成。
　　（2）管道敷设于戈壁冲洪积扇区时，采用“以挡为主，以导为辅”的径流调控模式，由截水墙、过水面、齿墙和一套导流堤四部分组成。
　　（3）管道敷设于河沟道区时，并采用“防冲护岸”的径流调控模式，由凹岸防冲墙、丁坝、防汛挡墙、过水面、坡式护岸、地下防冲墙和植生带护坡组成，兼顾临时措施的围堰和导流堤，可以根据实际情况按需求调整措施。
　　4.2 建议
　　在具体应用时，应根据所在地区的具体情况，进一步细化、核定每种措施的材料、规格和工程量，确定适宜于不同情形的措施设计标准、规格，最终形成管道工程建设规范或者管道建设水土保持指南，从而提升管道工程水土流失灾害防治能力，保障管道工程运营安全。
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