油氣管道沿線地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價

蒲秀超 安春琴

摘要 針對油氣管道等線性工程，應(yīng)綜合考慮各類地質(zhì)災(zāi)害疊加引發(fā)的區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，以達(dá)到有效的巡防和治理的目的。根據(jù)管道沿線地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境、誘發(fā)條件和災(zāi)害類型及特征對影響管道地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性、易損性和管道失效后果三項指標(biāo)進(jìn)行定性分析，采用證據(jù)權(quán)法對管道沿線的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行定量評價，運(yùn)用GIS系統(tǒng)對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分級和制圖，定量分析管道沿線的風(fēng)險水平。結(jié)果表明：中緬管道都凱支線沿線存在中風(fēng)險段3個區(qū)，較低風(fēng)險段4個區(qū)，低風(fēng)險段3個區(qū)。

關(guān)鍵詞 油氣管道；定性分析；定量分析；證據(jù)權(quán)法；風(fēng)險分級

中圖分類號：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）04–0185-03

地質(zhì)災(zāi)害是自然因素和人類活動因素的耦合體，是由人類工程活動或者天然因素誘發(fā)從而危害人民群眾生命財產(chǎn)安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等災(zāi)害的總和[1-2]。在管道敷設(shè)的過程中，不可避免地會經(jīng)過山區(qū)地形，地質(zhì)災(zāi)害所引發(fā)的管道事故較多。在管道施工擾動和降雨、地震等因素的影響下，滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，在管道敷設(shè)完成后，在外界誘發(fā)因素的影響下形成災(zāi)害體，破壞管道[3]。管道地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生對人民群眾的生命財產(chǎn)造成的損失往往比其他類別的事故更大[4-5]。統(tǒng)計近10年來我國油氣管網(wǎng)發(fā)生的安全事件，共發(fā)生管道泄漏事故370余起，特大事故4起，造成人員死亡共計75人，直接造成經(jīng)濟(jì)損失共超過100億元，造成重大環(huán)境污染10次，相當(dāng)一部分事故是由地質(zhì)災(zāi)害引起的[6]。例如，2016年7月20日06：30左右，“川氣東送”管道恩施市崔家壩鎮(zhèn)由于滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生爆炸燃燒，造成2死3傷[7]。

以中緬管道都凱支線為研究對象，先對管道沿線地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行劃分，然后選取管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價的方法和評價因子，根據(jù)風(fēng)險評價方法，選取評價因子對風(fēng)險后果進(jìn)行評價，進(jìn)一步劃分風(fēng)險與風(fēng)險分級，最后根據(jù)風(fēng)險分級劃分風(fēng)險區(qū)域。

1 管道地質(zhì)災(zāi)害劃分

中緬管道都凱支線管道地質(zhì)災(zāi)害主要包括滑坡、崩塌、泥石流、水毀等，根據(jù)都凱支線的主要地質(zhì)災(zāi)害情況，主要分為以下幾種災(zāi)害類型。

1.1 滑坡

滑坡體與管道的空間位置決定了滑坡地質(zhì)災(zāi)害對管道的危害程度，主要有4種空間共存方式。（1）管道通過滑坡體上部：當(dāng)坡體產(chǎn)生滑動變形下移時，若繼續(xù)發(fā)展，后緣會擴(kuò)大并向后方管道延伸，從而造成管道懸空變形甚至被損壞。（2）管道通過滑坡體中部：當(dāng)管道通過的坡體失穩(wěn)時，災(zāi)害體的下滑力將作用于管道。在變形初期，作用于管道的力相對較小，管道則產(chǎn)生相應(yīng)的協(xié)調(diào)彎曲、剪切等彈性變形。（3）管道通過滑坡體下部：滑坡體壓覆在管道上部，同時改變管道位置的微地貌，容易形成新的不穩(wěn)定斜坡。若受強(qiáng)降雨、地震等外在誘發(fā)因素的影響可發(fā)展成滑坡，一旦變形發(fā)展，則有剪斷管道的可能性。（4）管道沿著滑坡方向：管道沿著滑坡滑動方向敷設(shè)，當(dāng)滑坡體滑動時，會對管道產(chǎn)生一定的沖刷、沖擊作用，在強(qiáng)降雨、地震等外部誘發(fā)因素的影響下可能使管道發(fā)生變形。

1.2 崩塌

崩塌地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在具臨空面陡崖或坡腳沿線地段，危害主要表現(xiàn)為對管道的沖擊作用。當(dāng)危巖體體積較大或相對高差較大時，危巖體崩落產(chǎn)生的沖擊力較大，會直接導(dǎo)致管道受力面發(fā)生變形甚至被破壞；當(dāng)一些危巖體體積較小或相對高差較小時，危巖體崩落產(chǎn)生的沖擊力較小，但是會堆積在管道上方從而對管道產(chǎn)生壓覆作用。

1.3 泥石流

泥石流災(zāi)害為西南山區(qū)常見的一種地質(zhì)災(zāi)害，管道受泥石流影響主要發(fā)生以下幾種情況。（1）管道敷設(shè)方向與泥石流溝谷垂直：在強(qiáng)降雨條件下，泥石流沿著溝谷產(chǎn)生下蝕作用，使管道受到剪切作用，從而導(dǎo)致管道被破壞；（2）管道敷設(shè)方向與泥石流溝谷方向一致：當(dāng)形成泥石流時會對管道產(chǎn)生一定的沖刷、沖擊作用，改變管道微地貌，同時泥石流沖刷也會使管道發(fā)生漏管、懸空、變形甚至被破壞。

1.4 其他災(zāi)害

除了滑坡、崩塌、泥石流3種地質(zhì)災(zāi)害會對管道產(chǎn)生危害外，常見的地質(zhì)災(zāi)害還有水毀。其分布廣泛但是總體危害較小。因為管道線路較長，沿線山勢延綿、河谷深切、地貌復(fù)雜多變，而管道的布設(shè)不可避免要經(jīng)過松散堆積體斜坡，且全線基本沒有修建截排水工程。因此，在坡面堆積物松散回填、失效或無水工設(shè)施等的影響下，都會造成水流集中、有規(guī)律地沖刷管道，從而形成水毀。

2 管道風(fēng)險評價方法與因子的選取

2.1 管道風(fēng)險評價方法

針對油氣管道的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法，主要用定性評價方法和定量評價方法進(jìn)行研究。定性方法是根據(jù)單點災(zāi)害體的風(fēng)險性進(jìn)行疊加的，從而劃分區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險性，采用證據(jù)權(quán)法對管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行定量分析。

2.1.1 定性分析風(fēng)險評價方法 根據(jù)災(zāi)害的易發(fā)性、管道的易損性及災(zāi)害發(fā)生的后果評價進(jìn)行分級，按高、中、低3個等級劃分，再將風(fēng)險等級劃分為5個等級。在油氣管道沿線地質(zhì)災(zāi)害隱患點各單點的風(fēng)險等級和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害點的形成類型、災(zāi)害點數(shù)量進(jìn)行綜合劃分。根據(jù)該區(qū)域單點地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險程度劃分管道沿線區(qū)域，將風(fēng)險區(qū)劃分為高風(fēng)險段（SS）、較高風(fēng)險段（S）、中風(fēng)險段（A）、較低風(fēng)險段（B）、低風(fēng)險段（C）5種級區(qū)、15個亞區(qū)。

2.1.2 基于證據(jù)權(quán)法定量分析 證據(jù)權(quán)法是一種綜合統(tǒng)計各種證據(jù)來論證一種假設(shè)的定量方法，該方法最初被用于醫(yī)療診斷。然后被加拿大的地質(zhì)學(xué)家Agterberg應(yīng)用于地質(zhì)領(lǐng)域，應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)景預(yù)測研究。作為一種定量評價方法，近20年來也被引用于地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險性評價的研究。該方法以貝葉斯統(tǒng)計模型為理論基礎(chǔ)，通過研究地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性和影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的相關(guān)因子（即坡度、地理、坡向、地層巖性等）進(jìn)行時空關(guān)聯(lián)分析，求取各個影響因子的貢獻(xiàn)率（即權(quán)重），再對各影響因子賦予相應(yīng)的權(quán)重，并進(jìn)行疊加，計算出地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)。

評價單元采用柵格單元，用GIS軟件分析計算，劃分研究區(qū)面積，劃分成相等的評價單元，用不同等級劃分每個因子圖層，將每個評價因子圖層與歷史發(fā)生災(zāi)害點數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，計算該評價因子中各個等級的權(quán)重值。計算公式如下：

式中，上劃線表示因子等級不曾出現(xiàn)或者滑坡災(zāi)害不發(fā)生，C表示因子的等級，L表示滑坡災(zāi)害。W+為正相關(guān)所占權(quán)重，W -為負(fù)相關(guān)所占權(quán)重，當(dāng)W+> 0或者W - < 0時，影響因子與滑坡災(zāi)害呈正相關(guān)，當(dāng)W +<0或者W -> 0時，影響因子與滑坡災(zāi)害呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)W +=0或者W -=0時，影響因子與滑坡災(zāi)害呈不相關(guān)。Wf為正相關(guān)權(quán)重與負(fù)相關(guān)權(quán)重之差，數(shù)值表示該因子等級對滑坡災(zāi)害發(fā)生的影響權(quán)重值。將每個影響因子等級的Wf相加，即可得到該柵格危險性系數(shù)的最終值。

2.2 評價因子選取

2.2.1 定性分析評價因子選取 定性分析評價的因子選取是從地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性、油氣管道的易損性和油氣管道的失效后果評價3個方面進(jìn)行選取。

（1）災(zāi)害易發(fā)性評價因子的選取。災(zāi)害點主要從滑坡、崩塌、泥石流及水毀等管道常見地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行評價因子選取。其中，滑坡選取因子主要為地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、含水情況、裂隙發(fā)育情況、坡度大小及臨空條件等。

（2）管道易損性評價因子的選取。將管道的危害性作為管道易損性分級的評價因子，油氣管道管壁發(fā)生破裂或斷裂都將發(fā)生油氣泄漏，管道的嚴(yán)重扭曲變形會造成輸油氣輸送中斷，將易損性定義為高；對油氣管道安全造成危害性較大的，如管道的裸露、管道懸空、漂浮、變形及部分管壁損傷等，可能引起油氣的少量泄漏，可以在不停輸?shù)那闆r下補(bǔ)焊和進(jìn)行事故處理，將易損性定義為中；對管道不構(gòu)成明顯危害的，將易損性定義為低。主要有以下幾種情況作為評定標(biāo)準(zhǔn)：管道與滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的相對位置；管道的布置情況；管道是否存在懸空、漂浮等情況。

（3）管道失效后果評價因子選取。管道失效后對附近的城鎮(zhèn)、交通、河流及自然保護(hù)區(qū)等的影響，將直接影響管道失效后的后果，因此，將管道災(zāi)害點附近的危害對象作為管道失效后后果評價因子。

2.2.2 定量分析評價因子選取 地質(zhì)災(zāi)害主要受內(nèi)外2種控制因素，外因主要包括降雨、人類工程活動、地震動等，內(nèi)因主要包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌等。選取定量評價因子應(yīng)滿足滿足性和可行性的要求，既要保證評價因子能根據(jù)不同等級劃分，且各個評價因子的等級對災(zāi)害產(chǎn)生的影響存在明顯的差異，又能滿足該因子能定量化，且易獲取評價因子數(shù)據(jù)。結(jié)合前人的相關(guān)研究成果，結(jié)合研究區(qū)的具體情況，擬選取以下幾個要素作為評價因子。

（1）地層巖性。按照巖體的工程特性，將各項目所在地的地層單元共劃分為3類巖組：硬質(zhì)基巖體、軟質(zhì)巖體、軟硬互層巖體。

（2）地質(zhì)構(gòu)造。研究區(qū)部分處于都勻南北向隔槽式褶皺變形區(qū)，區(qū)內(nèi)線性構(gòu)造優(yōu)選方向有近南北向、北東向、近東西向，其中都勻斷層等地貌表現(xiàn)為直谷，控制一些晚白堊世山間磨拉石盆地和現(xiàn)代山間盆地的產(chǎn)出，沿斷裂帶局部有溫泉出露、地震活動較頻繁，近年有多次地震記錄，最大震級達(dá)6.5級。將管道處于構(gòu)造帶的位置和距離作為評價因子。

（3）地形地貌。中緬天然氣管道都凱支線管道起點位于黔南州都勻市，終點止于黔東南州凱里市。線路由南向北至麻江，再轉(zhuǎn)向東至凱里市。據(jù)貴州省地貌圖，管道跨越黔南中、低山盆谷地亞區(qū)。將管道所處位置地形起伏（坡度）情況和地面高差情況作為評價因子。

3 風(fēng)險與風(fēng)險區(qū)域分級

油氣管道地質(zhì)災(zāi)害安全風(fēng)險是指管道受所在地地質(zhì)災(zāi)害作用造成管道損壞的可能性，然后根據(jù)可能造成管道安全的后果劃分風(fēng)險。

根據(jù)沿線災(zāi)害隱患點單點風(fēng)險等級，采用證據(jù)權(quán)法分析單點，利用GIS進(jìn)行計算，對單點地質(zhì)災(zāi)害體進(jìn)行風(fēng)險等級劃分。在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)分區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合災(zāi)害點的類型、數(shù)量劃分風(fēng)險等級，將同一風(fēng)險等級較多的地段整合成同一風(fēng)險段，而將風(fēng)險等級不相似的地段劃分為另一風(fēng)險段。根據(jù)上述原則，將沿線管道劃分為中風(fēng)險段（A）、較低風(fēng)險段（B）、低風(fēng)險段（C）3種級區(qū)、10個亞區(qū)。其中，中風(fēng)險段3個亞區(qū)，較低風(fēng)險段4個亞區(qū)，低風(fēng)險段3個亞區(qū)（表2）。

4 結(jié)論

（1）在管道敷設(shè)和后期管道運(yùn)營期間，地質(zhì)災(zāi)害都是一種威脅管道運(yùn)營安全的重要因素。通過評價中緬管道都凱支線沿線的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，為管道地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行專項治理和線路巡線提供建議。

（2）針對管道工程風(fēng)險性評價方法，利用定性和定量的方法進(jìn)行評價。定性分析方法是以管道單點地質(zhì)點的易發(fā)性、管道的易損性和管道損毀后果的評價、分級，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性、油氣管道的易損性和油氣管道危害后果分級結(jié)果綜合確定地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險分級?；谧C據(jù)權(quán)法對管道地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行定量分析，通過對管道沿線已發(fā)生的災(zāi)害與管道沿線影響地質(zhì)災(zāi)害形成的相關(guān)因子（坡度、坡向、地層巖性等）利用空間關(guān)聯(lián)分析，計算出各個影響因子對災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)率（即權(quán)重），最后疊加各個影響因子的貢獻(xiàn)率，得到管道沿線的地質(zhì)災(zāi)害危險性指數(shù)，該指數(shù)的高低表示該區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害可能性的大小。

（3）通過對中緬管道都凱支線進(jìn)行風(fēng)險評價和區(qū)域分級，將沿線管道劃分為中風(fēng)險段（A）3個亞區(qū)、較低風(fēng)險段（B）4個亞區(qū)、低風(fēng)險段（C）3個亞區(qū)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊宗佶，丁朋朋，喬建平，等.重大線性工程沿線滑坡災(zāi)害風(fēng)險評價：以路茂線500千伏輸電線路為例[C]//2017年全國工程地質(zhì)學(xué)術(shù)年會論文集.2017.

[2] 馬寅生，張業(yè)成，張春山，等.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價的理論與方法[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2004（1）：7-18.

[3] 帥健，王曉霖，左尚志.地質(zhì)災(zāi)害作用下管道的破壞行為與防護(hù)對策[J].焊管， 2008（5）：9-15，93.

[4] 賀劍君，馮偉，劉暢.基于管道應(yīng)變監(jiān)測的滑坡災(zāi)害預(yù)警與防治[J].天然氣工業(yè)，2011，31（1）：100-103，119.

[5] 羅小蘭，向啟貴，銀小兵，等.關(guān)于天然氣管道環(huán)境風(fēng)險評價的認(rèn)識[J].石油與天然氣化工，2008，37（6）：452，532-534.

[6] 鄭洪龍，黃維和.油氣管道及儲運(yùn)設(shè)施安全保障技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].油氣儲運(yùn)，2017，36（1）：1-7.

[7] 鄧清祿，荊宏遠(yuǎn)，王學(xué)平.近年油氣管道地質(zhì)災(zāi)害重大案例分析[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2018.

責(zé)任編輯：黃艷飛

AbstractFor linear projects such as oil and gas pipelines， the regional geological hazard risk caused by the superposition of various geological hazards should be comprehensively considered to achieve effective patrol and control. According to the disaster environment， induced conditions， disaster types and characteristics of geological disasters along the pipeline， qualitative analysis was made on the three indicators that affect the vulnerability， vulnerability and pipeline failure consequences of geological disasters along the pipeline. The evidence weight method was used to quantitatively evaluate the geological hazards along the pipeline， and the GIS system was used to grade and map the geological hazards， and the risk level along the pipeline was quantitatively analyzed. The analysis results show that there are three areas in the middle risk section， four areas in the lower risk section and three areas in the lower risk section along the Dukai Branch of the Myanmar-China Pipeline.

Key words Oil and gas pipeline; Qualitative analysis; Quantitative analysis; Law on the right of evidence; Risk classification

作者簡介 蒲秀超（1993—），男，貴州遵義人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)研究。