油氣管道沿線地質災害風險評價

蒲秀超 安春琴

摘要 針對油氣管道等線性工程，應綜合考慮各類地質災害疊加引發的區域性地質災害風險，以達到有效的巡防和治理的目的。根據管道沿線地質災害的孕災環境、誘發條件和災害類型及特征對影響管道地質災害的易發性、易損性和管道失效后果三項指標進行定性分析，采用證據權法對管道沿線的地質災害進行定量評價，運用GIS系統對地質災害進行分級和制圖，定量分析管道沿線的風險水平。結果表明：中緬管道都凱支線沿線存在中風險段3個區，較低風險段4個區，低風險段3個區。

關鍵詞 油氣管道；定性分析；定量分析；證據權法；風險分級

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

地質災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從而危害人民群眾生命財產安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等災害的總和[1-2]。在管道敷設的過程中，不可避免地會經過山區地形，地質災害所引發的管道事故較多。在管道施工擾動和降雨、地震等因素的影響下，滑坡、崩塌等地質災害的應力狀態發生改變，在管道敷設完成后，在外界誘發因素的影響下形成災害體，破壞管道[3]。管道地質災害發生對人民群眾的生命財產造成的損失往往比其他類別的事故更大[4-5]。統計近10年來我國油氣管網發生的安全事件，共發生管道泄漏事故370余起，特大事故4起，造成人員死亡共計75人，直接造成經濟損失共超過100億元，造成重大環境污染10次，相當一部分事故是由地質災害引起的[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由于滑坡地質災害發生爆炸燃燒，造成2死3傷[7]。

以中緬管道都凱支線為研究對象，先對管道沿線地質災害進行劃分，然后選取管道地質災害風險評價的方法和評價因子，根據風險評價方法，選取評價因子對風險后果進行評價，進一步劃分風險與風險分級，最后根據風險分級劃分風險區域。

1 管道地質災害劃分

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

1.1 滑坡

滑坡體與管道的空間位置決定了滑坡地質災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：當坡體產生滑動變形下移時，若繼續發展，后緣會擴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：當管道通過的坡體失穩時，災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，管道則產生相應的協調彎曲、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，容易形成新的不穩定斜坡。若受強降雨、地震等外在誘發因素的影響可發展成滑坡，一旦變形發展，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，當滑坡體滑動時，會對管道產生一定的沖刷、沖擊作用，在強降雨、地震等外部誘發因素的影響下可能使管道發生變形。

1.2 崩塌

崩塌地質災害多發生在具臨空面陡崖或坡腳沿線地段，危害主要表現為對管道的沖擊作用。當危巖體體積較大或相對高差較大時，危巖體崩落產生的沖擊力較大，會直接導致管道受力面發生變形甚至被破壞；當一些危巖體體積較小或相對高差較小時，危巖體崩落產生的沖擊力較小，但是會堆積在管道上方從而對管道產生壓覆作用。

1.3 泥石流

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

1.4 其他災害

除了滑坡、崩塌、泥石流3種地質災害會對管道產生危害外，常見的地質災害還有水毀。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、地貌復雜多變，而管道的布設不可避免要經過松散堆積體斜坡，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、失效或無水工設施等的影響下，都會造成水流集中、有規律地沖刷管道，從而形成水毀。

2 管道風險評價方法與因子的選取

2.1 管道風險評價方法

針對油氣管道的地質災害風險評價方法，主要用定性評價方法和定量評價方法進行研究。定性方法是根據單點災害體的風險性進行疊加的，從而劃分區域的地質災害風險性，采用證據權法對管道地質災害風險進行定量分析。

2.1.1 定性分析風險評價方法 根據災害的易發性、管道的易損性及災害發生的后果評價進行分級，按高、中、低3個等級劃分，再將風險等級劃分為5個等級。在油氣管道沿線地質災害隱患點各單點的風險等級和地質災害易發分區的基礎上，根據地質災害點的形成類型、災害點數量進行綜合劃分。根據該區域單點地質災害風險程度劃分管道沿線區域，將風險區劃分為高風險段（SS）、較高風險段（S）、中風險段（A）、較低風險段（B）、低風險段（C）5種級區、15個亞區。

2.1.2 基于證據權法定量分析 證據權法是一種綜合統計各種證據來論證一種假設的定量方法，該方法最初被用于醫療診斷。然后被加拿大的地質學家Agterberg應用于地質領域，應用于地質礦產資源遠景預測研究。作為一種定量評價方法，近20年來也被引用于地質災害風險性評價的研究。該方法以貝葉斯統計模型為理論基礎，通過研究地質災害發生可能性和影響地質災害發生的相關因子（即坡度、地理、坡向、地層巖性等）進行時空關聯分析，求取各個影響因子的貢獻率（即權重），再對各影響因子賦予相應的權重，并進行疊加，計算出地質災害危險性指數。

評價單元采用柵格單元，用GIS軟件分析計算，劃分研究區面積，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生災害點數據關聯分析，計算該評價因子中各個等級的權重值。計算公式如下：

式中，上劃線表示因子等級不曾出現或者滑坡災害不發生，C表示因子的等級，L表示滑坡災害。W+為正相關所占權重，W -為負相關所占權重，當W+> 0或者W - < 0時，影響因子與滑坡災害呈正相關，當W +<0或者W -> 0時，影響因子與滑坡災害呈負相關，當W +=0或者W -=0時，影響因子與滑坡災害呈不相關。Wf為正相關權重與負相關權重之差，數值表示該因子等級對滑坡災害發生的影響權重值。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災害的易發性、油氣管道的易損性和油氣管道的失效后果評價3個方面進行選取。

（1）災害易發性評價因子的選取。災害點主要從滑坡、崩塌、泥石流及水毀等管道常見地質災害進行評價因子選取。其中，滑坡選取因子主要為地層巖性、坡體結構、含水情況、裂隙發育情況、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，油氣管道管壁發生破裂或斷裂都將發生油氣泄漏，管道的嚴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，可以在不停輸的情況下補焊和進行事故處理，將易損性定義為中；對管道不構成明顯危害的，將易損性定義為低。主要有以下幾種情況作為評定標準：管道與滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的相對位置；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、交通、河流及自然保護區等的影響，將直接影響管道失效后的后果，因此，將管道災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 地質災害主要受內外2種控制因素，外因主要包括降雨、人類工程活動、地震動等，內因主要包括地層巖性、地質構造、地形地貌等。選取定量評價因子應滿足滿足性和可行性的要求，既要保證評價因子能根據不同等級劃分，且各個評價因子的等級對災害產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據。結合前人的相關研究成果，結合研究區的具體情況，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：硬質基巖體、軟質巖體、軟硬互層巖體。

（2）地質構造。研究區部分處于都勻南北向隔槽式褶皺變形區，區內線性構造優選方向有近南北向、北東向、近東西向，其中都勻斷層等地貌表現為直谷，控制一些晚白堊世山間磨拉石盆地和現代山間盆地的產出，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6.5級。將管道處于構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，再轉向東至凱里市。據貴州省地貌圖，管道跨越黔南中、低山盆谷地亞區。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 風險與風險區域分級

油氣管道地質災害安全風險是指管道受所在地地質災害作用造成管道損壞的可能性，然后根據可能造成管道安全的后果劃分風險。

根據沿線災害隱患點單點風險等級，采用證據權法分析單點，利用GIS進行計算，對單點地質災害體進行風險等級劃分。在地質災害易發分區的基礎上，結合災害點的類型、數量劃分風險等級，將同一風險等級較多的地段整合成同一風險段，而將風險等級不相似的地段劃分為另一風險段。根據上述原則，將沿線管道劃分為中風險段（A）、較低風險段（B）、低風險段（C）3種級區、10個亞區。其中，中風險段3個亞區，較低風險段4個亞區，低風險段3個亞區（表2）。

4 結論

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

（2）針對管道工程風險性評價方法，利用定性和定量的方法進行評價。定性分析方法是以管道單點地質點的易發性、管道的易損性和管道損毀后果的評價、分級，根據地質災害的易發性、油氣管道的易損性和油氣管道危害后果分級結果綜合確定地質災害風險分級。基于證據權法對管道地質災害進行定量分析，通過對管道沿線已發生的災害與管道沿線影響地質災害形成的相關因子（坡度、坡向、地層巖性等）利用空間關聯分析，計算出各個影響因子對災害發生的貢獻率（即權重），最后疊加各個影響因子的貢獻率，得到管道沿線的地質災害危險性指數，該指數的高低表示該區發生地質災害可能性的大小。

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

參考文獻

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責任編輯：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、工程地質研究。