甘肅省管道保護(hù)協(xié)會

 

由中石油管道有限責(zé)任公司西部分公司（以下簡稱西部分公司）委托甘肅省管道保護(hù)協(xié)會開展的甘肅境內(nèi)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驗收評審。與會專家一致認(rèn)為：研究報告技術(shù)路線合理、現(xiàn)場調(diào)查全面、資料詳實可靠，是國內(nèi)迄今為止比較全面、深入地對輸油氣管道占壓樹木根系分布規(guī)律的研究，研究結(jié)論為指導(dǎo)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(jù)，既有實踐性又有超前性。

1  研究背景

西部分公司在甘肅境內(nèi)管轄西氣東輸一、二、三線管道，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(hù)法》第三十條規(guī)定：“在管道線路中心線兩側(cè)各五米地域范圍內(nèi)，禁止種植喬木、灌木、藤類、蘆葦、竹子或者其他根系深達(dá)管道埋設(shè)部位可能損壞管道防腐層的深根植物”。該款規(guī)定對保障管道安全運行發(fā)揮了積極作用。但由于近10多年來大多數(shù)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)過的多數(shù)地段屬于當(dāng)?shù)匾?guī)劃發(fā)展的特色經(jīng)濟(jì)林區(qū)域，多數(shù)經(jīng)濟(jì)林樹種屬于深根植物，若完全在管道上方禁止種植，極易造成管道運行保護(hù)與地方政府的種植規(guī)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(zhǔn)確執(zhí)行有關(guān)法律規(guī)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(hù)協(xié)會開展了深根植物對管道3PE防腐層影響研究，并結(jié)合管道運行維護(hù)的實際需要，對輸油氣管道上方深根植物種植和占壓清理提出指導(dǎo)意見。

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)�、慶陽等12個市、州，累計調(diào)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樹種40種、灌木類樹種3種。在調(diào)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%。

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

3 根系開挖結(jié)果分析

  3.1  樹木根系垂直分布規(guī)律分析

對現(xiàn)場開挖樣木根系調(diào)查數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：根系垂直分布深度超過1.5 m的樣木14株，占開挖樣木的17.07%；深度超過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1.5 m，因此，絕大多數(shù)的樣木根系未達(dá)管道表層，或距離管道尚有一定的水平距離，沒有觸及管道防腐層。即便少數(shù)樣木根系生長深度超過了管道埋深，也沒有發(fā)現(xiàn)根系對管道防腐層產(chǎn)生侵害。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)， 超過1.5 m的14株樣木，其深根距離樹干垂直中心點的水平距離大多在1.2 m范圍之內(nèi)，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，距樹干垂直中心點的水平距離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株樹根垂直與水平的交叉點均位于埋設(shè)管道的上方或邊側(cè)，證明深扎根系距樹干垂直中心點距離延長是由于開挖和埋設(shè)管道時疏松了管道上方和邊側(cè)的土壤，為根系生長提供了適宜的土壤環(huán)境條件。此現(xiàn)象在小于1.5 m樣木根系中也有發(fā)生，本來水平生長的根系群體，有1~2條根轉(zhuǎn)向埋設(shè)管道的方向下扎生長，有的下扎深度超過1.5 m，有的抵達(dá)管道表層。

  3.2  樹木根系水平分布規(guī)律分析

對根系水平分布分析發(fā)現(xiàn)，水平分布長度達(dá)到2.0 m的樣木占總調(diào)查樣木的45.12%；達(dá)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，根系沿著通道不斷延伸生長所致。另外還發(fā)現(xiàn)，正常情況下樹齡15年以上的樣木根系，水平分布長度均可達(dá)到2.0 m。

對水平分布長度達(dá)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(shù)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，意味著即使若干年后樹木根系的水平分布達(dá)到了2.0 m，但其根徑大多數(shù)不會超過2.0 cm，對開挖管道和維搶險作業(yè)不構(gòu)成障礙。因此，可適當(dāng)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(jié)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規(guī)律。

西部管道通過區(qū)域大多為干旱、半干旱地區(qū)，若沒有灌溉條件，多數(shù)樹種難以成活、生長。本次開挖樣地大多有灌溉條件，或當(dāng)?shù)亟邓�量較為充沛，比較適宜樹木生長，所以樣木根系的水平生長優(yōu)于垂直生長。

自然狀態(tài)下，土壤容重隨土層加深不斷增大。但因開挖敷設(shè)管道時擾動了原土壤的結(jié)構(gòu)層次，多數(shù)樣地土壤容重呈現(xiàn)出不規(guī)則變化規(guī)律。總體看，土壤容重小的樣地，其樹木和根系的生長優(yōu)于土壤容重大的樣地。

  3.4  防腐層主要類型及相關(guān)性能測試

本次研究調(diào)查管道均采用3PE防腐層。3PE防腐層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)功能團(tuán)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(rèn)為，在植物適宜生長的溫度范圍內(nèi)（一般不超過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，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發(fā)育產(chǎn)生的頂壓狀況進(jìn)行壓痕試驗測試，結(jié)果表明：23℃時，5 MPa頂推壓力對PE防腐層產(chǎn)生不足2.00%的壓深比，10 MPa時最大壓深比為3.32%；50℃時，10 MPa壓深比僅為5%。植物根系生長適宜溫度通常在35℃以下，生長發(fā)育產(chǎn)生的擴(kuò)展力最大為3 MPa，因此采用3PE為管道外防腐層時可不必過多考慮植物根系生長擴(kuò)展及根系分泌物對管道防腐層的影響[1] 。

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

4  結(jié)論與建議

4.1  深根植物根系對管道防腐層的影響

研究過程中，未發(fā)現(xiàn)開挖樹種的根系對管道防腐層及本體有刺破、侵蝕、擠壓、纏繞等現(xiàn)象，所有開挖樣木的根系沒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(xiàn)3PE管道防腐層被植物根系破壞的事件，故對管道保護(hù)法具體條款應(yīng)慎重執(zhí)行；楊印臣[2]認(rèn)為的：隨著3PE和FBE的推廣應(yīng)用，在2000年以后，國內(nèi)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(jié)論是一致的。

這一研究結(jié)論與甘肅的自然景觀、環(huán)境特征有關(guān)，與輸油氣管道通過地域立地特點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。輸油氣管道通過地區(qū)除了隴南地區(qū)屬暖溫帶濕潤地區(qū)外，大多數(shù)為黃土高原中溫帶半濕潤和半干旱地區(qū)；河西走廊為中溫帶干旱地區(qū)，降水量整體比較匱乏，且多為高原海拔較高地帶，區(qū)域分布的樹種大多數(shù)為中型喬木或小喬木、灌木，大型以上的喬木很少，大多數(shù)樹種年生長量低，比較高大的樹木偏少。加之近年來管道運營單位清理管道上方占壓深根植物的力度較大，整個研究過程中，樹齡超過20年的樣木比例偏少，沒有發(fā)現(xiàn)一例樣木根系直接抵達(dá)管道防腐層、纏繞管道本體的情況。因此，在甘肅范圍內(nèi)，由于21世紀(jì)以來敷設(shè)的輸油氣管道均采用了3PE防腐層，至今未發(fā)現(xiàn)樹木根系對管道防腐層及本體直接危害的實例，可以不作為影響管道安全的重要因素來考慮。

 

  4.2  深根植物根系對管道運維的影響

根據(jù)研究結(jié)果，樹木種植在管道邊緣外側(cè)水平距離2.0 m外，水平分布超過2.0 m的根系不會對地面開挖、管道檢查和搶險作業(yè)構(gòu)成障礙。因此在執(zhí)行管道保護(hù)法的時候，可根據(jù)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(dāng)放寬管道上方種植深根植物的距離限制，應(yīng)該可行。

  4.3  深根植物影響評級與種植清理建議

根據(jù)研究結(jié)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個級別，并對管道上方占壓清理與樹種種植提出建議。

（1）Ⅰ級（安全）

樹種植株低矮，多為灌木，根系不發(fā)達(dá)，比較細(xì)，具有肉質(zhì)性，易于機(jī)械清除，樹高不超過 2.0 m。或雖根系發(fā)達(dá)但多為須根、毛根，根徑不超過1.0 cm，生長深度很少超過1.5 m；或根系發(fā)達(dá)，生長深度超過1.5 m，但此時根徑小于0.5 cm，且根系木質(zhì)化程度低，極易斷裂。對管道防腐層無影響，基本不妨礙管道正常巡護(hù)、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，允許其種植，但應(yīng)調(diào)節(jié)間距，在管道中心線上方地面留出1~2 m寬的巡護(hù)、作業(yè)通道。

樹種：枸杞（包括寧夏枸杞、黑枸杞）、甘草、自然生長的白刺及紫葉小檗、金葉女貞、小葉女貞、小葉黃楊、冬青衛(wèi)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）

樹種多為灌木或小喬木，樹高不超過15.0 m。主根生長弱化，側(cè)根發(fā)育，主根與側(cè)根夾雜生長，根系生長深度不超過2.0 m，大多不會超過管道埋深，或雖抵達(dá)管道表層，但此時根徑小于0.5 cm；根系單側(cè)水平分布雖可達(dá)2.0 m，但此時根徑一般小于2.0 cm。對管道防腐層基本無影響，但有可能妨礙管道正常巡護(hù)、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以內(nèi)已種植的應(yīng)進(jìn)行清理。

樹種：蘋果、皇冠梨、早酥梨、杜梨、曹杏、山杏、山楂、桃樹、山桃、核桃、李子樹、布朗李、棗樹、花椒、桑樹、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(gòu)樹、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）

樹種多為中等喬木，樹高15.0~20.0 m。主根不明顯，側(cè)根發(fā)達(dá)、粗壯，根系生長深度少數(shù)可達(dá)2.0 m，超過管道埋深，但此時根徑小于1.0 cm；根系單側(cè)水平分布可達(dá)2.0 m，但此時根徑粗度多小于3.0 cm。對管道防腐層基本無影響，但會妨礙管道正常巡護(hù)、檢測、維修作業(yè)，并對開展管道搶修作業(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(nèi)已種植的應(yīng)進(jìn)行清理。

樹種：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、梓樹、復(fù)葉槭、白蠟、云杉、圓柏、刺柏、側(cè)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）

樹種為高大喬木，成齡樹樹高20 m以上，主根特別發(fā)達(dá)，根系垂直生長深度大于2.0 m；根系單側(cè)水平分布大于3.0 m。對管道防腐層基本無影響，但會妨礙管道正常巡護(hù)、檢測、維修作業(yè)，并對開展管道搶修作業(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(nèi)已種植的應(yīng)進(jìn)行清理。

樹種：，樹高超過20 m以上的喬木。

參考文獻(xiàn)：

[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(zhèn)燃?xì)夤艿赖乇碇参锏奶接慬C].2014年全國管道腐蝕控制與檢測評價技術(shù)應(yīng)用研討會論文集.天津:中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會防腐蝕施工與技術(shù)專業(yè)委員會,2014.

《管道保護(hù)》2017年第6期（總第37期）