甘肃省管道保护协会

 

由中石油管道有限责任公司西部分公司（以下简称西部分公司）委托甘肃省管道保护协会开展的甘肃境内输油气管道上方深根植物对管道防腐层和运维影响研究，已于2017年9月19日在乌鲁木齐市通过验收评审。与会专家一致认为：研究报告技术路线合理、现场调查全面、资料详实可靠，是国内迄今为止比较全面、深入地对输油气管道占压树木根系分布规律的研究，研究结论为指导输油气管道上方深根植物占压清理和种植提供了科学依据，既有实践性又有超前性。

1  研究背景

西部分公司在甘肃境内管辖西气东输一、二、三线管道，涩宁兰、甘西南、甘南、兰银等天然气管道，鄯兰原油管道、乌兰成品油管道，总长度5 939.91 km，是西气东输、西油东送的重要能源通道。《石油天然气管道保护法》第三十条规定：“在管道线路中心线两侧各五米地域范围内，禁止种植乔木、灌木、藤类、芦苇、竹子或者其他根系深达管道埋设部位可能损坏管道防腐层的深根植物”。该款规定对保障管道安全运行发挥了积极作用。但由于近10多年来大多数新建管道均采用了3PE防腐层，深根植物根系对其影响尚不十分明确。管道经过的多数地段属于当地规划发展的特色经济林区域，多数经济林树种属于深根植物，若完全在管道上方禁止种植，极易造成管道运行保护与地方政府的种植规划、与群众的切身利益发生矛盾和冲突，既不利于土地的有效利用，又影响企地关系和管道的安全运行。为了准确执行有关法律规定，保障管道安全运行和群众的合法利益，西部分公司委托甘肃省管道保护协会开展了深根植物对管道3PE防腐层影响研究，并结合管道运行维护的实际需要，对输油气管道上方深根植物种植和占压清理提出指导意见。

2  研究方法  

2016年12月―2017年6月，课题组先后到甘肃省酒泉、张掖、武威、金昌、白银、兰州、临夏、甘南、陇南、天水、平凉、庆阳等12个市、州，累计调查样木85株，样木分属18科、29属、43种（含变种），其中乔木或亚乔木类树种40种、灌木类树种3种。在调查样木分布中，西部管道甘肃输油气分公司、酒泉输油气分公司、兰州输气分公司共占62.4%，西南管道兰州输油气分公司占22.4%，西气东输甘陕管理处占7.1%，中国石油管道西安输油气分公司占8.2%。

与目前已公开发表的相关研究方法有所不同，本研究课题调查地域广泛，选取树木样本较为丰富，与管道安全运行结合比较紧密。针对甘肃境内采用3PE防腐层的油气长输管道，选择管道上方代表性树木，通过大量不同树种开挖，测量取样，对其根系生长状况、根系分泌物pH值、调查样地土壤含水量、容重等进行检测，对比分析树木根系垂直和水平分布规律、土壤含水量和容重对植物根系分布影响，观察并掌握植物根系与埋地管道之间的相互关系，结合3PE管道防腐层相关性能测试数据，得出深根植物对管道防腐层和管道运维影响的科学结论。

3 根系开挖结果分析

  3.1  树木根系垂直分布规律分析

对现场开挖样木根系调查数据分析发现：根系垂直分布深度超过1.5 m的样木14株，占开挖样木的17.07%；深度超过2.0 m的1株，占1.22%，深度小于1.5 m的占82.93%。输油气管道埋深大都超过1.5 m，因此，绝大多数的样木根系未达管道表层，或距离管道尚有一定的水平距离，没有触及管道防腐层。即便少数样木根系生长深度超过了管道埋深，也没有发现根系对管道防腐层产生侵害。

进一步分析发现， 超过1.5 m的14株样木，其深根距离树干垂直中心点的水平距离大多在1.2 m范围之内，水平距离大于1.5 m的3株分别为青杨（编号：6-1）根下扎深度1.6 m，距树干垂直中心点的水平距离2.0 m；国槐（编号：17）根下扎深度1.50 m，水平距离1.6 m；杂交柳J172（编号：14）根下扎深度1.60 m，水平距离2.0 m。这3株树根垂直与水平的交叉点均位于埋设管道的上方或边侧，证明深扎根系距树干垂直中心点距离延长是由于开挖和埋设管道时疏松了管道上方和边侧的土壤，为根系生长提供了适宜的土壤环境条件。此现象在小于1.5 m样木根系中也有发生，本来水平生长的根系群体，有1~2条根转向埋设管道的方向下扎生长，有的下扎深度超过1.5 m，有的抵达管道表层。

  3.2  树木根系水平分布规律分析

对根系水平分布分析发现，水平分布长度达到2.0 m的样木占总调查样木的45.12%；达到3.0 m的样木1株，为李子（编号：28），这是因其处于耕地边缘，旁边为汇集雨水和多余灌溉水的自然排泄通道，根系沿着通道不断延伸生长所致。另外还发现，正常情况下树龄15年以上的样木根系，水平分布长度均可达到2.0 m。

对水平分布长度达到2.0 m的根径粗度进行分析，其根径小于1.0 cm的占总根数的63.53%；1.0~2.0 cm的占24.70%； 大于2.0 cm的占11.76%，其中最大的根径为2.7 cm，意味着即使若干年后树木根系的水平分布达到了2.0 m，但其根径大多数不会超过2.0 cm，对开挖管道和维抢险作业不构成障碍。因此，可适当放宽管道上方深根植物的种植距离。

 

 

  3.3  土壤含水量和容重对植物根系分布的影响

对土壤含水量和土壤容重的检测结果，验证了土壤水分含量高，植物根系分布深度较浅，反之，植物根系分布较深；土壤容重小，植物根系分布深度较浅，反之，植物根系分布较深的生长规律。

西部管道通过区域大多为干旱、半干旱地区，若没有灌溉条件，多数树种难以成活、生长。本次开挖样地大多有灌溉条件，或当地降水量较为充沛，比较适宜树木生长，所以样木根系的水平生长优于垂直生长。

自然状态下，土壤容重随土层加深不断增大。但因开挖敷设管道时扰动了原土壤的结构层次，多数样地土壤容重呈现出不规则变化规律。总体看，土壤容重小的样地，其树木和根系的生长优于土壤容重大的样地。

  3.4  防腐层主要类型及相关性能测试

本次研究调查管道均采用3PE防腐层。3PE防腐层结构组成为：第一层（底层）环氧粉末层（FBE大于100 um）；第二层（中间层）为带有分支结构功能团的共聚胶粘剂（AD，170~250 um）；第三层（外层）聚乙烯（PE， 2.5~3.7 mm）。罗锋等【1】研究认为，在植物适宜生长的温度范围内（一般不超过45℃），植物根系分泌物很难对聚乙烯材料产生溶胀、溶解等破坏作用。

同时，模拟防腐层外层PE材料在土壤环境中可能遭受的植物根系生长发育产生的顶压状况进行压痕试验测试，结果表明：23℃时，5 MPa顶推压力对PE防腐层产生不足2.00%的压深比，10 MPa时最大压深比为3.32%；50℃时，10 MPa压深比仅为5%。植物根系生长适宜温度通常在35℃以下，生长发育产生的扩展力最大为3 MPa，因此采用3PE为管道外防腐层时可不必过多考虑植物根系生长扩展及根系分泌物对管道防腐层的影响[1] 。

本次研究过程中，用pH试纸检测了大部分样木根系分泌物的pH值，结果在6.0~7.0之间，认为其不会对管道3PE防腐层表面产生侵蚀危害。（图5-28）

4  结论与建议

4.1  深根植物根系对管道防腐层的影响

研究过程中，未发现开挖树种的根系对管道防腐层及本体有刺破、侵蚀、挤压、缠绕等现象，所有开挖样木的根系没有对管道防腐层造成直接或间接的危害。

与罗锋等【1】提出的：植物根系对管道防腐层的损伤仅限于石油沥青管道防腐层，迄今为止尚未发现3PE管道防腐层被植物根系破坏的事件，故对管道保护法具体条款应慎重执行；杨印臣[2]认为的：随着3PE和FBE的推广应用，在2000年以后，国内外都不再有相关植物根系对管道防腐层破坏方面的报道，结论是一致的。

这一研究结论与甘肃的自然景观、环境特征有关，与输油气管道通过地域立地特点和主要分布的深根植物的生物学、生态学特性有直接关系。输油气管道通过地区除了陇南地区属暖温带湿润地区外，大多数为黄土高原中温带半湿润和半干旱地区；河西走廊为中温带干旱地区，降水量整体比较匮乏，且多为高原海拔较高地带，区域分布的树种大多数为中型乔木或小乔木、灌木，大型以上的乔木很少，大多数树种年生长量低，比较高大的树木偏少。加之近年来管道运营单位清理管道上方占压深根植物的力度较大，整个研究过程中，树龄超过20年的样木比例偏少，没有发现一例样木根系直接抵达管道防腐层、缠绕管道本体的情况。因此，在甘肃范围内，由于21世纪以来敷设的输油气管道均采用了3PE防腐层，至今未发现树木根系对管道防腐层及本体直接危害的实例，可以不作为影响管道安全的重要因素来考虑。

 

  4.2  深根植物根系对管道运维的影响

根据研究结果，树木种植在管道边缘外侧水平距离2.0 m外，水平分布超过2.0 m的根系不会对地面开挖、管道检查和抢险作业构成障碍。因此在执行管道保护法的时候，可根据甘肃的具体情况，从合理利用耕地，兼顾群众的利益出发，适当放宽管道上方种植深根植物的距离限制，应该可行。

  4.3  深根植物影响评级与种植清理建议

根据研究结果，从深根植物根系对管道防腐层影响、管道运行、管道抢险等多因素综合考虑，将其对管道安全的影响程度划分为4个级别，并对管道上方占压清理与树种种植提出建议。

（1）Ⅰ级（安全）

树种植株低矮，多为灌木，根系不发达，比较细，具有肉质性，易于机械清除，树高不超过 2.0 m。或虽根系发达但多为须根、毛根，根径不超过1.0 cm，生长深度很少超过1.5 m；或根系发达，生长深度超过1.5 m，但此时根径小于0.5 cm，且根系木质化程度低，极易断裂。对管道防腐层无影响，基本不妨碍管道正常巡护、检测、维修作业，也不影响管道抢修作业。如果需要种植时，允许其种植，但应调节间距，在管道中心线上方地面留出1~2 m宽的巡护、作业通道。

树种：枸杞（包括宁夏枸杞、黑枸杞）、甘草、自然生长的白刺及紫叶小檗、金叶女贞、小叶女贞、小叶黄杨、冬青卫矛、沙冬青、金叶莸、紫斑牡丹、牡丹、苦水玫瑰、玫瑰、月季、丰花月季、黄刺玫等。

（2）Ⅱ级（低等危害）

树种多为灌木或小乔木，树高不超过15.0 m。主根生长弱化，侧根发育，主根与侧根夹杂生长，根系生长深度不超过2.0 m，大多不会超过管道埋深，或虽抵达管道表层，但此时根径小于0.5 cm；根系单侧水平分布虽可达2.0 m，但此时根径一般小于2.0 cm。对管道防腐层基本无影响，但有可能妨碍管道正常巡护、检测、维修作业和管道抢修作业。可允许在管道边缘水平方向2.0 m以外种植，在2.0 m以内已种植的应进行清理。

树种：苹果、皇冠梨、早酥梨、杜梨、曹杏、山杏、山楂、桃树、山桃、核桃、李子树、布朗李、枣树、花椒、桑树、枳椇、樱桃、欧李、枇杷、大樱桃、黑果腺肋花楸、葡萄、沙枣、沙棘、甘蒙柽柳、多枝柽柳、杞柳、沙柳、梭梭、花棒、构树、红叶李、紫叶稠李、连翘、榆叶梅、紫丁香、暴马丁香、水蜡、木槿、紫薇、珍珠梅、绣线菊、水栒子、灰栒子、香荚蒾、金银花、金叶榆、黄栌、日本樱花、紫叶矮樱、红瑞木、文冠果、夹竹桃、金银忍冬、合欢、丝棉木、五叶地锦、山荞麦等。

（3）Ⅲ级（中等危害）

树种多为中等乔木，树高15.0~20.0 m。主根不明显，侧根发达、粗壮，根系生长深度少数可达2.0 m，超过管道埋深，但此时根径小于1.0 cm；根系单侧水平分布可达2.0 m，但此时根径粗度多小于3.0 cm。对管道防腐层基本无影响，但会妨碍管道正常巡护、检测、维修作业，并对开展管道抢修作业有轻度影响。可允许在管道边缘水平方向3.0 m以外种植，在3.0 m内已种植的应进行清理。

树种：臭椿、旱柳、苏柳172、垂柳、白榆、青杨、小青杨、新疆杨、二白杨、毛白杨、河北杨、冬瓜杨、银白杨、山杨、小叶杨、加杨、冬瓜杨、枫杨、国槐、刺槐、香花槐、红花槐、兰考泡桐、毛泡桐、光泡桐、灰楸、法国梧桐、栾树、梓树、复叶槭、白蜡、云杉、圆柏、刺柏、侧柏、青海云杉、紫果云杉、青杄、油松、华山松、樟子松、白皮松、华北落叶松、杜松等。

（4）Ⅳ级（高危害）

树种为高大乔木，成龄树树高20 m以上，主根特别发达，根系垂直生长深度大于2.0 m；根系单侧水平分布大于3.0 m。对管道防腐层基本无影响，但会妨碍管道正常巡护、检测、维修作业，并对开展管道抢修作业有较大影响。可允许在管道边缘水平方向4.0 m以外种植，在4.0 m内已种植的应进行清理。

树种：，树高超过20 m以上的乔木。

参考文献：

[1] 罗锋 ， 王国丽 ， 刘俊峰 ，等. 植物根系对管道防腐层的影响及对策（J）. 《油气储运》 , 2013 , 32 (11) :1175-1178.

[2]杨印臣. 城镇燃气管道地表植物的探讨[C].2014年全国管道腐蚀控制与检测评价技术应用研讨会论文集.天津:中国腐蚀与防护学会防腐蚀施工与技术专业委员会,2014.

《管道保护》2017年第6期（总第37期）