長(zhǎng)距離管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的半結(jié)構(gòu)化評(píng)價(jià)研究

晉 良 海，姜 桂 蓮，易 小 鈺，江 新，陳 述1，，4

(1.湖北省水電工程施工與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué))，湖北 宜昌 443002； 2.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002； 3.三峽大學(xué)(湖北)安環(huán)科技有限公司，湖北 宜昌 443002； 4.三峽大學(xué) 安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)審中心，湖北 宜昌 443002)

長(zhǎng)距離埋地管道的安全運(yùn)行不僅是我國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要條件，更是事關(guān)國(guó)家能源安全和群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的大事。長(zhǎng)距離埋地管道普遍具有淺埋、薄殼、線狀及內(nèi)含高壓易燃易爆介質(zhì)的特點(diǎn)，即使是較小的地質(zhì)災(zāi)害也可能造成難以估量的安全威脅。其中，管道水毀災(zāi)害是發(fā)育最普遍、數(shù)量最多、分布最廣的地質(zhì)災(zāi)害[1]，嚴(yán)重危害管道運(yùn)行安全，輕則慢性導(dǎo)致管道覆土體被沖刷、防護(hù)工程毀壞、管道裸露、懸空、漂管，出露于地表外的管道還將會(huì)遭到第三方破壞或空氣腐蝕；重則急性造成管道變形、破裂、斷裂，甚至介質(zhì)泄漏等緊急情況[2-3]。

管道水毀災(zāi)害的相關(guān)研究始于海底輸油管道沖刷。研究者發(fā)現(xiàn)滲流和渦流狀態(tài)對(duì)管道有沖刷作用[4]，采用基于能量守恒的管道和土壤相互作用模型探究管道沖刷侵蝕和管道失穩(wěn)的關(guān)系。隨后，研究者借助電子科學(xué)技術(shù)，利用有限元軟件模擬管道受力情況，開(kāi)拓了軟件模擬管道的新思路，得到了長(zhǎng)足應(yīng)用和發(fā)展，大量模擬軟件被應(yīng)用于水毀災(zāi)害導(dǎo)致的管道失效數(shù)值計(jì)算中。現(xiàn)今，已有多套有限元軟件能對(duì)管道懸空、出露、渦旋、震動(dòng)、水流沖刷等情況作數(shù)值模擬[6]。隨著西氣東輸、川氣東送等大型長(zhǎng)距離埋地管道工程的大力開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的管道水毀典型實(shí)例被調(diào)查和研究。王生新等[7]基于西北地區(qū)輸油氣管道的水毀災(zāi)害數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)的洪積扇區(qū)域管道水毀災(zāi)害類型，探討了水毀災(zāi)害對(duì)埋地管道水毀防護(hù)工程的損毀特征，提出科學(xué)適用的水毀防護(hù)工程改進(jìn)方法。王任等[8]根據(jù)對(duì)中緬輸油氣管道水毀災(zāi)害的調(diào)研和統(tǒng)計(jì)分析，得出了一種迅捷、經(jīng)濟(jì)、安全系數(shù)高、環(huán)境友好的新型管道水毀災(zāi)害治理方案。國(guó)內(nèi)外針對(duì)水毀災(zāi)害孕育特征的成果大多以實(shí)例為研究對(duì)象，結(jié)合力學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件等技術(shù)，探究管道水毀災(zāi)害的致災(zāi)因子和發(fā)育特征。相關(guān)研究成果值得借鑒，但往往具有地區(qū)局限性，缺乏普適性。也有學(xué)者借助有限元軟件模擬和GIS平臺(tái)等相對(duì)較成熟的技術(shù)進(jìn)行管道水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，但實(shí)施過(guò)程一般需要詳盡的數(shù)據(jù)庫(kù)或?qū)I(yè)操作人員，成本大。

為提高管道水毀災(zāi)害防治水平，保證長(zhǎng)距離埋地管道運(yùn)營(yíng)安全，分析管道水毀災(zāi)害的孕育特征，提出易發(fā)性和易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采取半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建FAHP綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)長(zhǎng)距離管道水毀風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)，并以川氣東送管道改遷工程為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以期為制定水毀災(zāi)害防治措施提供理論支持。

1 長(zhǎng)距離管道水毀災(zāi)害孕育特征

長(zhǎng)距離管道敷設(shè)長(zhǎng)度可達(dá)幾百上千公里，管道沿線水文、地質(zhì)和氣象等條件復(fù)雜多變。管道工程建設(shè)條件復(fù)雜，管道工程常受河流、洪水、地下水滲透、降雨、灌溉等水流動(dòng)力的沖擊侵蝕影響，加之山體滑坡、沖溝、河流改道、河床下切等作用，極易造成管道工程覆土層變薄、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性被破壞，進(jìn)而產(chǎn)生管道裸露、懸空、防腐層損壞、失穩(wěn)變形、介質(zhì)泄露等管道水毀災(zāi)害現(xiàn)象。

根據(jù)成災(zāi)原因和基本作用形式，管道水毀災(zāi)害可分為地面水毀和地下水毀兩類。地表水動(dòng)力作用對(duì)埋地管道覆土層沖刷引起地面水毀災(zāi)害，根據(jù)地形地貌不同分為坡面、河溝道和臺(tái)田地水毀[9]，表現(xiàn)為洪水沖刷、坡面沖刷、山體滑坡、沖溝、河床下切、河流改道等，導(dǎo)致管道埋深不足，出現(xiàn)裸露、懸空、游蕩、變形、斷裂等現(xiàn)象。地面水毀特征具體列于表1。

地下水動(dòng)力作用對(duì)管道巖土體侵蝕沖刷引起地下水毀災(zāi)害，根據(jù)地下水流態(tài)形式不同，分為滲流水毀和管底槽流水毀[10]，表現(xiàn)出管道底部懸空、管溝沉降、陷穴、落水洞、地面塌陷、本體下沉等現(xiàn)象。地下水毀特征具體列于表2。

2 管道水毀半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

水毀災(zāi)害危害管道運(yùn)行安全，影響居民的正常生產(chǎn)生活，甚至威脅群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，并對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)造成巨大損失。因此，做好長(zhǎng)距離管道水毀災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理工作極具必要性。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要依據(jù)，也是災(zāi)害防控管理的核心環(huán)節(jié)，推行管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是解決災(zāi)害頻發(fā)的有效手段。通過(guò)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可對(duì)存在的管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)和排序，以確定管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)控制的相對(duì)優(yōu)先度，實(shí)現(xiàn)管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是實(shí)現(xiàn)客觀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，選取指標(biāo)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系時(shí)必須遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、普適性以及定性與定量結(jié)合的原則[11]。管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)內(nèi)容需考慮災(zāi)害的易發(fā)性和易損性。易發(fā)性因素用于分析水毀災(zāi)害發(fā)生的概率，易損性因素則可評(píng)價(jià)災(zāi)害受體結(jié)構(gòu)的損失程度[12]?；陂L(zhǎng)距離管道水毀災(zāi)害孕育特征，結(jié)合實(shí)地調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及災(zāi)害分析，參考國(guó)內(nèi)外管道水毀災(zāi)害治理實(shí)例和研究成果[13-14]，建立管道水毀災(zāi)害半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素多而復(fù)雜，部分定性指標(biāo)難以量化，如地質(zhì)條件、環(huán)境敏感性等因素，因此，本文采用半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系采用定性與定量相結(jié)合的辦法，對(duì)不可量化的指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)或打分，并收集可量化的指標(biāo)數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)全面地分析管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。本方法將所有風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的評(píng)價(jià)建立在同一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)平臺(tái)上進(jìn)行綜合評(píng)判、統(tǒng)一評(píng)級(jí)，有利于管道水毀災(zāi)害的分級(jí)管理和分重點(diǎn)控制。半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)合了定性與定量分析的優(yōu)勢(shì)，使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法更具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性，適用于各種地質(zhì)災(zāi)害、工程安全、事故等影響因素眾多的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[15-16]。

表1 地面水毀災(zāi)害孕育特征Tab.1 Characteristics of surface water disasters

表2 地下水毀災(zāi)害孕育特征Tab.2 Features of groundwater disasters

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系采用管道水毀的一些關(guān)鍵性指標(biāo)，并考慮各因素的交叉性，從易發(fā)性和易損性評(píng)價(jià)兩個(gè)方面，選取9項(xiàng)指標(biāo)，建立管道水毀災(zāi)害半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

(1) 洪水流量x1。汛期管道沿線經(jīng)過(guò)的洪水流量。

(2) 水毀災(zāi)害持續(xù)時(shí)間x2。管道及其相關(guān)工程設(shè)施的被水毀災(zāi)害破壞的持續(xù)時(shí)間。

(3) 沖刷速度x3。暴雨、洪水等水動(dòng)力對(duì)管道覆土層的沖刷速度。

(4) 降雨強(qiáng)度x4。管道沿線地區(qū)單位時(shí)間內(nèi)的降雨深度或單位面積上的降雨體積。

(5) 下切深度x5。由于水流的侵蝕沖刷作用導(dǎo)致河流下向切割的深度。

(6) 地質(zhì)條件x6。沿線地區(qū)地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造條件、巖土體特性、地震參數(shù)、地表水和地下水條件等地質(zhì)現(xiàn)象，即對(duì)管道有影響的各種地質(zhì)因素的總稱。

(7) 水毀防護(hù)工程有效性x7。管道水毀災(zāi)害防護(hù)設(shè)施的完善性及有效性。

(8) 環(huán)境敏感性x8。管道周?chē)匀画h(huán)境和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境對(duì)管道水毀災(zāi)害的敏感程度。

(9) 管道易損性x9。反應(yīng)水毀災(zāi)害對(duì)管道造成的危害程度。

圖1 管道水毀災(zāi)害半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Semi-structured risk evaluation index system of pipeline water damaged disaster

9個(gè)指標(biāo)中，洪水流量、水毀災(zāi)害持續(xù)時(shí)間、沖刷速度、降雨強(qiáng)度和下切深度5個(gè)指標(biāo)易于獲取具體數(shù)值，而地質(zhì)條件、水毀防護(hù)工程有效性、環(huán)境敏感性和管道易損性4個(gè)指標(biāo)難以量化，故結(jié)合半結(jié)構(gòu)化評(píng)價(jià)方法[15]，對(duì)無(wú)法準(zhǔn)確量化的指標(biāo)采用專家評(píng)分方法。指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3所列。

表3 半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)定性指標(biāo)評(píng)分Tab.3 Qualitative index score of semi-structured risk assessment

2.2 FAHP半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

該方法的主要步驟包括：① 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；② 賦權(quán)；③ 確定評(píng)判集；④ 模糊綜合評(píng)價(jià)；⑤ 靈敏性分析。長(zhǎng)距離管道的FAHP半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法敘述如下。

2.2.1主成分分析法賦權(quán)

用x1，x2，…，x9分別表示水毀災(zāi)害的9個(gè)指標(biāo)。用i=1，2，…，l分別表示管道水毀風(fēng)險(xiǎn)測(cè)試點(diǎn)，第i個(gè)管道樁號(hào)的x1，x2，…，x9的取值分別記作[ai1，ai2，…，ai9]，構(gòu)造矩陣A=(aij)l×9。

(1)

對(duì)應(yīng)地，稱式(2)為標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)變量：

(2)

Step2：計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣R。相關(guān)系數(shù)矩陣R=(rij)9×9，有

(3)

式中：rii=1；rij=rji，rij為第i個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)。

Step3：計(jì)算特征值和特征向量。計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣R的特征值λ1≥λ2≥…≥λ9≥0，及對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化特征向量u1，u2，…，u9，其中uj=[u1j，u2j，…，u9j]T，組成9個(gè)新的指標(biāo)變量。

(4)

式中：y1為第1主成分；y2為第2主成分；…；y9為第9主成分。

Step4：選擇p(p≤5)個(gè)主成分，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值。計(jì)算特征值λj(j=1，2，…，9)的信息貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率。稱

(5)

為主成分yj的信息貢獻(xiàn)率，而且稱

(6)

為主成分y1，y2，…，yp的累積貢獻(xiàn)率。當(dāng)αp接近于1(αp=0.85，0.90，0.95)時(shí)，則選擇前p個(gè)指標(biāo)變量y1，y2，…，yp作為p個(gè)主成分，代替原來(lái)5個(gè)指標(biāo)變量，從而可對(duì)p個(gè)主成分進(jìn)行綜合分析。

計(jì)算綜合得分：

(7)

式中：bj為第j個(gè)主成分的信息貢獻(xiàn)率，根據(jù)綜合得分值就可以進(jìn)行賦權(quán)評(píng)價(jià)。

2.2.2水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

建立FAHP綜合評(píng)價(jià)模型，將管道水毀災(zāi)害依據(jù)不同的特征進(jìn)行層次劃分。

Step1：0.1～0.9標(biāo)度法。對(duì)災(zāi)害指標(biāo)進(jìn)行交叉式比較，得到指標(biāo)間定量的重要程度。

Step2：確定管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的評(píng)判集，對(duì)管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)。依據(jù)管道水毀災(zāi)害特征的水毀屬性，即洪水流量、降雨強(qiáng)度、沖刷速度等，分5級(jí)定義評(píng)判集。

Step3：確定管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)的影響因素指標(biāo)集。將分級(jí)評(píng)判指標(biāo)按照某種類型分成幾類，按類分別進(jìn)行綜合評(píng)判；隨后，對(duì)各類評(píng)判結(jié)果進(jìn)行類之間的高層次評(píng)判。對(duì)分級(jí)評(píng)判指標(biāo)集合T，按某個(gè)屬性c，將它劃分成m個(gè)子集，使其滿足：

(8)

這樣就得到了第二級(jí)評(píng)價(jià)因素集合：

T/c={T1，T2，…，Tm}

(9)

根據(jù)前文水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)的特點(diǎn)，將影響水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)的所有因素集T按水毀災(zāi)害事件易發(fā)性評(píng)價(jià)因素(T1)和易損性評(píng)價(jià)因素(T2)2個(gè)方面考慮，歸納為9個(gè)維度的影響因素指標(biāo)。

Step4：確定影響因素指標(biāo)值。對(duì)能量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其值利用數(shù)量統(tǒng)計(jì)和數(shù)值計(jì)算等方法得出指標(biāo)的量化值；難以量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其值利用模糊語(yǔ)言和專家打分等方法確定。

Step5：指標(biāo)模糊化處理。

Step6：計(jì)算低層級(jí)影響因素指標(biāo)集的每個(gè)因素以獲得高一層級(jí)中因素的指標(biāo)值，并給出隸屬度函數(shù)。建立一個(gè)從低層級(jí)影響因素指標(biāo)集U到ρ(v)的Fuzzy映射[17-18]。

V：U→ρ(v)

(10)

0≤rij≤1，0≤i≤n，0≤j≤m

由V可以誘導(dǎo)出Fuzzy關(guān)系，得到Fuzzy矩陣：

R=(rij)，0≤i≤n，0≤j≤m

(11)

其中，rij的確定在模糊數(shù)學(xué)中采用隸屬度函數(shù)的方法。管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為5級(jí)，災(zāi)害等級(jí)(R，O，Y，B，H)隸屬度函數(shù)表示為

(12)

式中：i為每一層次影響因素指標(biāo)個(gè)數(shù)；j=1，2，3，4，5；a，b，c，d為影響因素指標(biāo)臨界值。

Step7：確定影響要素權(quán)重子集。采用FAHP確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的權(quán)重系數(shù)，單個(gè)層級(jí)的n個(gè)影響因素指標(biāo)構(gòu)成一個(gè)兩兩比較的判斷矩陣A=(aij)n×n，得出最大特征根對(duì)應(yīng)的特征向量，即為管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)各影響因素指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序。

定義一致性指標(biāo)為公式(13)進(jìn)行一致性和隨機(jī)檢驗(yàn)。

(13)

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征根，m為判斷矩陣的階數(shù)。令RI為平均一致性指標(biāo)，則計(jì)算隨機(jī)一致性比率為

(14)

當(dāng)CR<0.1時(shí)，則判斷矩陣具有滿意的一致性，即管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的影響因素指標(biāo)權(quán)重分配合理；反之，需調(diào)整判斷矩陣，直到得出CR<0.1。

Step8：綜合模糊評(píng)判。由矩陣R誘導(dǎo)模糊變換為[19]

TR：F(U)→F(V)

(15)

(16)

式中：W是管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)影響因素指標(biāo)權(quán)重因子，R是管道水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模糊評(píng)判矩陣，“°”是模糊關(guān)系合成算子。模型輸出一個(gè)管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)決策B=W°R，即

[bR，bO，bY，bB，bH]=[w1，w2，…，wm]°(rij)

(17)

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)相關(guān)步驟，結(jié)合相關(guān)收集的數(shù)據(jù)，得到各個(gè)指標(biāo)的模糊綜合判斷矩陣R，綜合判斷矩陣如下：

(18)

依據(jù)綜合判斷矩陣R，求解出模糊綜合評(píng)價(jià)集B，利用相關(guān)公式對(duì)各個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)分，并根據(jù)評(píng)分結(jié)果劃分安全評(píng)價(jià)等級(jí)。長(zhǎng)距離管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示[13]。

表4 管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Criteria for classification of pipeline water damaged disaster risk levels

2.2.3靈敏度分析

對(duì)排序結(jié)果進(jìn)行靈敏度分析，即層次單排序及一次性檢驗(yàn)。

Step1：尋找影響水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最大特征根λmax和特征向量γ，即向量滿足

D×γ=λmax×γ

(19)

Step2：計(jì)算一致性指標(biāo)：

(20)

式中：n表示對(duì)應(yīng)矩陣的階數(shù)。

Step3：尋找隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的值。

3 工程案例分析

本文選取川氣東送管道改遷工程的樁號(hào)WHHNG06～WHHNG15段管道作為工程案例分析對(duì)象。川氣東送管道改遷工程位于武漢市漢南區(qū)杜家臺(tái)分蓄洪區(qū)下東城垸和紗帽保護(hù)區(qū)內(nèi)，其地理位置特殊，且三面環(huán)水、地勢(shì)低平，常年有洪澇等水毀災(zāi)害。據(jù)已調(diào)查的管道改遷工程沿線數(shù)據(jù)顯示，管道沿線遍布水毀災(zāi)害點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)地勘測(cè)數(shù)據(jù)和調(diào)查人員打分情況，得到川氣東送改遷工程管道改遷工程10個(gè)樁號(hào)段管道的水毀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)量值，如表5所列。根據(jù)管道水毀災(zāi)害的各指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行專家打分，打分結(jié)果列于表6。

表5 改遷工程管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)值Tab.5 Index values of pipeline risk assessment for relocation project

表6 改遷工程管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分值Tab.6 Scoring values of pipeline risk assessment indicators for relocation projects

基于本文構(gòu)建的FAHP半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，采用Python軟件進(jìn)行模型求解。靈敏度檢驗(yàn)中得CR取值為0.05，滿足CR<0.1的條件，所以層次總排序具有滿意的一致性，川氣東送管道改遷工程水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。

圖2 改遷工程管道水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Risk assessment results of pipeline water damaged disaster for relocation project

由FAHP半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，從整體上看，樁號(hào)WHHNG6～WHHNG15段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)評(píng)分普遍偏高，管道水毀災(zāi)害易發(fā)。其中，樁號(hào)WHHNG6，WHHNG7和WHHNG13段的管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)最大，其水毀風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)得分分別為0.88，0.89和0.86，均為高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，應(yīng)按照高風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范優(yōu)化安全管理，降低管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)水平?；诠こ瘫O(jiān)理日志和安全管理資料得知，樁號(hào)WHHNG6和WHHNG7段的管道經(jīng)過(guò)溝渠，汛期長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)沖溝，易造成管道覆土層變薄，河溝床下切等水毀現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅管道安全；樁號(hào)WHHNG13段管道布置于粉質(zhì)黏土夾粉土層中，與長(zhǎng)江大堤壓浸臺(tái)最小間距130 m，易受滲流影響，有抗?jié)B和抗浮穩(wěn)定問(wèn)題，水毀災(zāi)害持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的管道敷設(shè)段應(yīng)結(jié)合實(shí)際災(zāi)害點(diǎn)的水毀風(fēng)險(xiǎn)孕育特征，提出針對(duì)性措施防治管道水毀災(zāi)害，著重加強(qiáng)水毀災(zāi)害防控管理。樁號(hào)WHHNG8，WHHNG10，WHHNG12和WHHNG15段管道的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別為較高，部分管道敷設(shè)在蓄滯洪區(qū)內(nèi)，汛期分洪時(shí)管道被淹沒(méi)，受洪水沖刷嚴(yán)重，管道水毀災(zāi)害發(fā)生的可能性較大，應(yīng)設(shè)立管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道安全狀態(tài)，確保管道運(yùn)行安全；樁號(hào)WHHNG11和WHHNG14段管道的水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中，應(yīng)建立定期檢查機(jī)制，加強(qiáng)汛期管道水毀災(zāi)害預(yù)警和防控能力；樁號(hào)WHHNG9段管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為較低，水毀災(zāi)害發(fā)生可能性相對(duì)較小，需做好汛期災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理。綜上所述，本文建立的長(zhǎng)距離管道水毀孕育風(fēng)險(xiǎn)的半結(jié)構(gòu)化評(píng)價(jià)模型能夠有效評(píng)價(jià)管道風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相符，能夠?yàn)殚L(zhǎng)距離管道運(yùn)營(yíng)管理和管道水毀災(zāi)害治理提供理論支撐。

4 結(jié) 論

為提高長(zhǎng)距離埋地管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和防控能力，本文基于管道水毀災(zāi)害的分布特點(diǎn)、成災(zāi)機(jī)理、主要孕育因素和危害特征，確定長(zhǎng)距離埋地管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)內(nèi)容，建立管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采用FAHP半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)管道水毀災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，并選取川氣東送管道改遷工程進(jìn)行案例分析，驗(yàn)證模型有效性。主要結(jié)論如下：

(1) 案例風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，改遷工程管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)普遍較高，需采取相應(yīng)的措施進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控，確保管道運(yùn)行安全。針對(duì)不同災(zāi)害等級(jí)的管道敷設(shè)段，應(yīng)結(jié)合實(shí)際災(zāi)害點(diǎn)的水毀風(fēng)險(xiǎn)孕育特征，并采取分級(jí)分重點(diǎn)管控措施，促進(jìn)管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性和適用性。

(2) FAHP半結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法結(jié)合了定性和定量評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì)，將所有易發(fā)性和易損性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判、統(tǒng)一評(píng)級(jí)，有利于系統(tǒng)全面地分析管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素。該方法能夠客觀反映管道水毀災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，能為提升災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控能力提供參考，適用于各種地質(zhì)災(zāi)害、工程安全、事故等影響因素眾多的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

(3) 管道水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)選取雖應(yīng)結(jié)合定性和定量分析的原則，對(duì)于定性視角研究的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要依靠專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行打分，存在一定的客觀性，對(duì)于這類指標(biāo)的選取原則、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和量化機(jī)制需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。