甘肅省管道保護協(xié)會(huì )

 

由中石油管道有限責任公司西部分公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西部分公司）委托甘肅省管道保護協(xié)會(huì )開(kāi)展的甘肅境內輸油氣管道上方深根植物對管道防腐層和運維影響研究，已于2017年9月19日在烏魯木齊市通過(guò)驗收評審。與會(huì )專(zhuān)家一致認為：研究報告技術(shù)路線(xiàn)合理、現場(chǎng)調查全面、資料詳實(shí)可靠，是國內迄今為止比較全面、深入地對輸油氣管道占壓樹(shù)木根系分布規律的研究，研究結論為指導輸油氣管道上方深根植物占壓清理和種植提供了科學(xué)依據，既有實(shí)踐性又有超前性。

1  研究背景

西部分公司在甘肅境內管轄西氣東輸一、二、三線(xiàn)管道，澀寧蘭、甘西南、甘南、蘭銀等天然氣管道，鄯蘭原油管道、烏蘭成品油管道，總長(cháng)度5 939.91 km，是西氣東輸、西油東送的重要能源通道�！妒�油天然氣管道保護法》第三十條規定：“在管道線(xiàn)路中心線(xiàn)兩側各五米地域范圍內，禁止種植喬木、灌木、藤類(lèi)、蘆葦、竹子或者其他根系深達管道埋設部位可能損壞管道防腐層的深根植物”。該款規定對保障管道安全運行發(fā)揮了積極作用。但由于近10多年來(lái)大多數新建管道均采用了3PE防腐層，深根植物根系對其影響尚不十分明確。管道經(jīng)過(guò)的多數地段屬于當地規劃發(fā)展的特色經(jīng)濟林區域，多數經(jīng)濟林樹(shù)種屬于深根植物，若完全在管道上方禁止種植，極易造成管道運行保護與地方政府的種植規劃、與群眾的切身利益發(fā)生矛盾和沖突，既不利于土地的有效利用，又影響企地關(guān)系和管道的安全運行。為了準確執行有關(guān)法律規定，保障管道安全運行和群眾的合法利益，西部分公司委托甘肅省管道保護協(xié)會(huì )開(kāi)展了深根植物對管道3PE防腐層影響研究，并結合管道運行維護的實(shí)際需要，對輸油氣管道上方深根植物種植和占壓清理提出指導意見(jiàn)。

2  研究方法  

2016年12月―2017年6月，課題組先后到甘肅省酒泉、張掖、武威、金昌、白銀、蘭州、臨夏、甘南、隴南、天水、平?jīng)�、慶陽(yáng)等12個(gè)市、州，累計調查樣木85株，樣木分屬18科、29屬、43種（含變種），其中喬木或亞喬木類(lèi)樹(shù)種40種、灌木類(lèi)樹(shù)種3種。在調查樣木分布中，西部管道甘肅輸油氣分公司、酒泉輸油氣分公司、蘭州輸氣分公司共占62.4%，西南管道蘭州輸油氣分公司占22.4%，西氣東輸甘陜管理處占7.1%，中國石油管道西安輸油氣分公司占8.2%。

與目前已公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)研究方法有所不同，本研究課題調查地域廣泛，選取樹(shù)木樣本較為豐富，與管道安全運行結合比較緊密。針對甘肅境內采用3PE防腐層的油氣長(cháng)輸管道，選擇管道上方代表性樹(shù)木，通過(guò)大量不同樹(shù)種開(kāi)挖，測量取樣，對其根系生長(cháng)狀況、根系分泌物pH值、調查樣地土壤含水量、容重等進(jìn)行檢測，對比分析樹(shù)木根系垂直和水平分布規律、土壤含水量和容重對植物根系分布影響，觀(guān)察并掌握植物根系與埋地管道之間的相互關(guān)系，結合3PE管道防腐層相關(guān)性能測試數據，得出深根植物對管道防腐層和管道運維影響的科學(xué)結論。

3 根系開(kāi)挖結果分析

  3.1  樹(shù)木根系垂直分布規律分析

對現場(chǎng)開(kāi)挖樣木根系調查數據分析發(fā)現：根系垂直分布深度超過(guò)1.5 m的樣木14株，占開(kāi)挖樣木的17.07%；深度超過(guò)2.0 m的1株，占1.22%，深度小于1.5 m的占82.93%。輸油氣管道埋深大都超過(guò)1.5 m，因此，絕大多數的樣木根系未達管道表層，或距離管道尚有一定的水平距離，沒(méi)有觸及管道防腐層。即便少數樣木根系生長(cháng)深度超過(guò)了管道埋深，也沒(méi)有發(fā)現根系對管道防腐層產(chǎn)生侵害。

進(jìn)一步分析發(fā)現， 超過(guò)1.5 m的14株樣木，其深根距離樹(shù)干垂直中心點(diǎn)的水平距離大多在1.2 m范圍之內，水平距離大于1.5 m的3株分別為青楊（編號：6-1）根下扎深度1.6 m，距樹(shù)干垂直中心點(diǎn)的水平距離2.0 m；國槐（編號：17）根下扎深度1.50 m，水平距離1.6 m；雜交柳J172（編號：14）根下扎深度1.60 m，水平距離2.0 m。這3株樹(shù)根垂直與水平的交叉點(diǎn)均位于埋設管道的上方或邊側，證明深扎根系距樹(shù)干垂直中心點(diǎn)距離延長(cháng)是由于開(kāi)挖和埋設管道時(shí)疏松了管道上方和邊側的土壤，為根系生長(cháng)提供了適宜的土壤環(huán)境條件。此現象在小于1.5 m樣木根系中也有發(fā)生，本來(lái)水平生長(cháng)的根系群體，有1~2條根轉向埋設管道的方向下扎生長(cháng)，有的下扎深度超過(guò)1.5 m，有的抵達管道表層。

  3.2  樹(shù)木根系水平分布規律分析

對根系水平分布分析發(fā)現，水平分布長(cháng)度達到2.0 m的樣木占總調查樣木的45.12%；達到3.0 m的樣木1株，為李子（編號：28），這是因其處于耕地邊緣，旁邊為匯集雨水和多余灌溉水的自然排泄通道，根系沿著(zhù)通道不斷延伸生長(cháng)所致。另外還發(fā)現，正常情況下樹(shù)齡15年以上的樣木根系，水平分布長(cháng)度均可達到2.0 m。

對水平分布長(cháng)度達到2.0 m的根徑粗度進(jìn)行分析，其根徑小于1.0 cm的占總根數的63.53%；1.0~2.0 cm的占24.70%； 大于2.0 cm的占11.76%，其中最大的根徑為2.7 cm，意味著(zhù)即使若干年后樹(shù)木根系的水平分布達到了2.0 m，但其根徑大多數不會(huì )超過(guò)2.0 cm，對開(kāi)挖管道和維搶險作業(yè)不構成障礙。因此，可適當放寬管道上方深根植物的種植距離。

 

 

  3.3  土壤含水量和容重對植物根系分布的影響

對土壤含水量和土壤容重的檢測結果，驗證了土壤水分含量高，植物根系分布深度較淺，反之，植物根系分布較深；土壤容重小，植物根系分布深度較淺，反之，植物根系分布較深的生長(cháng)規律。

西部管道通過(guò)區域大多為干旱、半干旱地區，若沒(méi)有灌溉條件，多數樹(shù)種難以成活、生長(cháng)。本次開(kāi)挖樣地大多有灌溉條件，或當地降水量較為充沛，比較適宜樹(shù)木生長(cháng)，所以樣木根系的水平生長(cháng)優(yōu)于垂直生長(cháng)。

自然狀態(tài)下，土壤容重隨土層加深不斷增大。但因開(kāi)挖敷設管道時(shí)擾動(dòng)了原土壤的結構層次，多數樣地土壤容重呈現出不規則變化規律�？傮w看，土壤容重小的樣地，其樹(shù)木和根系的生長(cháng)優(yōu)于土壤容重大的樣地。

  3.4  防腐層主要類(lèi)型及相關(guān)性能測試

本次研究調查管道均采用3PE防腐層。3PE防腐層結構組成為：第一層（底層）環(huán)氧粉末層（FBE大于100 um）；第二層（中間層）為帶有分支結構功能團的共聚膠粘劑（AD，170~250 um）；第三層（外層）聚乙烯（PE， 2.5~3.7 mm）。羅鋒等【1】研究認為，在植物適宜生長(cháng)的溫度范圍內（一般不超過(guò)45℃），植物根系分泌物很難對聚乙烯材料產(chǎn)生溶脹、溶解等破壞作用。

同時(shí)，模擬防腐層外層PE材料在土壤環(huán)境中可能遭受的植物根系生長(cháng)發(fā)育產(chǎn)生的頂壓狀況進(jìn)行壓痕試驗測試，結果表明：23℃時(shí)，5 MPa頂推壓力對PE防腐層產(chǎn)生不足2.00%的壓深比，10 MPa時(shí)最大壓深比為3.32%；50℃時(shí)，10 MPa壓深比僅為5%。植物根系生長(cháng)適宜溫度通常在35℃以下，生長(cháng)發(fā)育產(chǎn)生的擴展力最大為3 MPa，因此采用3PE為管道外防腐層時(shí)可不必過(guò)多考慮植物根系生長(cháng)擴展及根系分泌物對管道防腐層的影響[1] 。

本次研究過(guò)程中，用pH試紙檢測了大部分樣木根系分泌物的pH值，結果在6.0~7.0之間，認為其不會(huì )對管道3PE防腐層表面產(chǎn)生侵蝕危害。（圖5-28）

4  結論與建議

4.1  深根植物根系對管道防腐層的影響

研究過(guò)程中，未發(fā)現開(kāi)挖樹(shù)種的根系對管道防腐層及本體有刺破、侵蝕、擠壓、纏繞等現象，所有開(kāi)挖樣木的根系沒(méi)有對管道防腐層造成直接或間接的危害。

與羅鋒等【1】提出的：植物根系對管道防腐層的損傷僅限于石油瀝青管道防腐層，迄今為止尚未發(fā)現3PE管道防腐層被植物根系破壞的事件，故對管道保護法具體條款應慎重執行；楊印臣[2]認為的：隨著(zhù)3PE和FBE的推廣應用，在2000年以后，國內外都不再有相關(guān)植物根系對管道防腐層破壞方面的報道，結論是一致的。

這一研究結論與甘肅的自然景觀(guān)、環(huán)境特征有關(guān)，與輸油氣管道通過(guò)地域立地特點(diǎn)和主要分布的深根植物的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性有直接關(guān)系。輸油氣管道通過(guò)地區除了隴南地區屬暖溫帶濕潤地區外，大多數為黃土高原中溫帶半濕潤和半干旱地區；河西走廊為中溫帶干旱地區，降水量整體比較匱乏，且多為高原海拔較高地帶，區域分布的樹(shù)種大多數為中型喬木或小喬木、灌木，大型以上的喬木很少，大多數樹(shù)種年生長(cháng)量低，比較高大的樹(shù)木偏少。加之近年來(lái)管道運營(yíng)單位清理管道上方占壓深根植物的力度較大，整個(gè)研究過(guò)程中，樹(shù)齡超過(guò)20年的樣木比例偏少，沒(méi)有發(fā)現一例樣木根系直接抵達管道防腐層、纏繞管道本體的情況。因此，在甘肅范圍內，由于21世紀以來(lái)敷設的輸油氣管道均采用了3PE防腐層，至今未發(fā)現樹(shù)木根系對管道防腐層及本體直接危害的實(shí)例，可以不作為影響管道安全的重要因素來(lái)考慮。

 

  4.2  深根植物根系對管道運維的影響

根據研究結果，樹(shù)木種植在管道邊緣外側水平距離2.0 m外，水平分布超過(guò)2.0 m的根系不會(huì )對地面開(kāi)挖、管道檢查和搶險作業(yè)構成障礙。因此在執行管道保護法的時(shí)候，可根據甘肅的具體情況，從合理利用耕地，兼顧群眾的利益出發(fā)，適當放寬管道上方種植深根植物的距離限制，應該可行。

  4.3  深根植物影響評級與種植清理建議

根據研究結果，從深根植物根系對管道防腐層影響、管道運行、管道搶險等多因素綜合考慮，將其對管道安全的影響程度劃分為4個(gè)級別，并對管道上方占壓清理與樹(shù)種種植提出建議。

（1）Ⅰ級（安全）

樹(shù)種植株低矮，多為灌木，根系不發(fā)達，比較細，具有肉質(zhì)性，易于機械清除，樹(shù)高不超過(guò) 2.0 m�；螂m根系發(fā)達但多為須根、毛根，根徑不超過(guò)1.0 cm，生長(cháng)深度很少超過(guò)1.5 m；或根系發(fā)達，生長(cháng)深度超過(guò)1.5 m，但此時(shí)根徑小于0.5 cm，且根系木質(zhì)化程度低，極易斷裂。對管道防腐層無(wú)影響，基本不妨礙管道正常巡護、檢測、維修作業(yè)，也不影響管道搶修作業(yè)。如果需要種植時(shí)，允許其種植，但應調節間距，在管道中心線(xiàn)上方地面留出1~2 m寬的巡護、作業(yè)通道。

樹(shù)種：枸杞（包括寧夏枸杞、黑枸杞）、甘草、自然生長(cháng)的白刺及紫葉小檗、金葉女貞、小葉女貞、小葉黃楊、冬青衛矛、沙冬青、金葉蕕、紫斑牡丹、牡丹、苦水玫瑰、玫瑰、月季、豐花月季、黃刺玫等。

（2）Ⅱ級（低等危害）

樹(shù)種多為灌木或小喬木，樹(shù)高不超過(guò)15.0 m。主根生長(cháng)弱化，側根發(fā)育，主根與側根夾雜生長(cháng)，根系生長(cháng)深度不超過(guò)2.0 m，大多不會(huì )超過(guò)管道埋深，或雖抵達管道表層，但此時(shí)根徑小于0.5 cm；根系單側水平分布雖可達2.0 m，但此時(shí)根徑一般小于2.0 cm。對管道防腐層基本無(wú)影響，但有可能妨礙管道正常巡護、檢測、維修作業(yè)和管道搶修作業(yè)�？稍试S在管道邊緣水平方向2.0 m以外種植，在2.0 m以?xún)纫逊N植的應進(jìn)行清理。

樹(shù)種：蘋(píng)果、皇冠梨、早酥梨、杜梨、曹杏、山杏、山楂、桃樹(shù)、山桃、核桃、李子樹(shù)、布朗李、棗樹(shù)、花椒、桑樹(shù)、枳椇、櫻桃、歐李、枇杷、大櫻桃、黑果腺肋花楸、葡萄、沙棗、沙棘、甘蒙檉柳、多枝檉柳、杞柳、沙柳、梭梭、花棒、構樹(shù)、紅葉李、紫葉稠李、連翹、榆葉梅、紫丁香、暴馬丁香、水蠟、木槿、紫薇、珍珠梅、繡線(xiàn)菊、水栒子、灰栒子、香莢蒾、金銀花、金葉榆、黃櫨、日本櫻花、紫葉矮櫻、紅瑞木、文冠果、夾竹桃、金銀忍冬、合歡、絲棉木、五葉地錦、山蕎麥等。

（3）Ⅲ級（中等危害）

樹(shù)種多為中等喬木，樹(shù)高15.0~20.0 m。主根不明顯，側根發(fā)達、粗壯，根系生長(cháng)深度少數可達2.0 m，超過(guò)管道埋深，但此時(shí)根徑小于1.0 cm；根系單側水平分布可達2.0 m，但此時(shí)根徑粗度多小于3.0 cm。對管道防腐層基本無(wú)影響，但會(huì )妨礙管道正常巡護、檢測、維修作業(yè)，并對開(kāi)展管道搶修作業(yè)有輕度影響�？稍试S在管道邊緣水平方向3.0 m以外種植，在3.0 m內已種植的應進(jìn)行清理。

樹(shù)種：臭椿、旱柳、蘇柳172、垂柳、白榆、青楊、小青楊、新疆楊、二白楊、毛白楊、河北楊、冬瓜楊、銀白楊、山楊、小葉楊、加楊、冬瓜楊、楓楊、國槐、刺槐、香花槐、紅花槐、蘭考泡桐、毛泡桐、光泡桐、灰楸、法國梧桐、欒樹(shù)、梓樹(shù)、復葉槭、白蠟、云杉、圓柏、刺柏、側柏、青海云杉、紫果云杉、青杄、油松、華山松、樟子松、白皮松、華北落葉松、杜松等。

（4）Ⅳ級（高危害）

樹(shù)種為高大喬木，成齡樹(shù)樹(shù)高20 m以上，主根特別發(fā)達，根系垂直生長(cháng)深度大于2.0 m；根系單側水平分布大于3.0 m。對管道防腐層基本無(wú)影響，但會(huì )妨礙管道正常巡護、檢測、維修作業(yè)，并對開(kāi)展管道搶修作業(yè)有較大影響�？稍试S在管道邊緣水平方向4.0 m以外種植，在4.0 m內已種植的應進(jìn)行清理。

樹(shù)種：，樹(shù)高超過(guò)20 m以上的喬木。

參考文獻：

[1] 羅鋒 ， 王國麗 ， 劉俊峰 ，等. 植物根系對管道防腐層的影響及對策（J）. 《油氣儲運》 , 2013 , 32 (11) :1175-1178.

[2]楊印臣. 城鎮燃氣管道地表植物的探討[C].2014年全國管道腐蝕控制與檢測評價(jià)技術(shù)應用研討會(huì )論文集.天津:中國腐蝕與防護學(xué)會(huì )防腐蝕施工與技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì ),2014.

《管道保護》2017年第6期（總第37期）