油气管道滑坡灾害风险评价指标体系的建立

林 冬，张锦涛

（1.中国石油西南油气田安全环保与技术监督研究院，成都610041；2.中国石油西南油气田公司，成都610041）

油气管道滑坡灾害风险评价指标体系的建立

林 冬1，张锦涛2

（1.中国石油西南油气田安全环保与技术监督研究院，成都610041；2.中国石油西南油气田公司，成都610041）

为了对油气输送管道滑坡灾害风险进行较准确的评价，从地形地貌、坡体特征、管道敷设特点、其他诱发因素、管道保护状况等几个方面入手，利用层次分析法对各因素重要性进行分析。分析结果表明，地形地貌一级指标的风险影响最大，二级指标对风险影响程度依次为地形坡度、地面裂缝等迹象、坡顶堆渣与坡脚开挖。在分析结果的基础上，建立了包含一级指标和二级指标及其权重的油气管道滑坡灾害风险评价指标体系。

油气管道；滑坡；风险评价；层次分析法

Abstract:In order to accurately evaluate the disaster risk of oil and gas pipeline landslide,it used analytic hierarchy process to analyze the importance of various factors from several aspects,such as landform,slope characteristics,pipe laying features,other factors,pipeline protection etc.The analysis results showed that the effect of the first level indexes of landform to risk was the greatest,the effect degree of the second level indexes respectively were the terrain slope,ground cracks and other signs,top slag and slope toe excavation.Based on the analysis of results,the risk assessment index system of oil and gas pipeline landslide disaster was established,which included two level indexes and the weight.

Key words:oil and gas pipeline;landslide;risk assessment;analytic hierarchy process

油气管道是目前最重要的能源运输方式之一，具有输送、存储石油和天然气、调节管网压力等重要作用，其安全与否直接影响油气管网的稳定运行。目前我国陆上油气管道总里程已超过12万km，形成了横跨东西、纵贯南北、连通海外的油气管网格局。油气管道输送事业飞快发展的同时，陆上埋地管道受地质灾害影响的安全问题也随之而来[1-3]。管道建设不可避免地会通过一些不良地质地段，由于降雨、人类工程活动等因素触发的滑坡时有发生，如何现场判断管道所经过地段的滑坡风险程度是管道管理者面临的一道难题[4-6]。以往的文献多集中在对滑坡体本身的研究，将管道和滑坡作为整体综合研究其风险状况的文献相对较少。因此，针对油气管道滑坡灾害建立一个风险评价指标体系具有重要的现实意义。

1 油气管道滑坡的类型

油气管道滑坡是发生于管道敷设段的斜坡土体移动现象。判断滑坡对油气管道的影响，不仅要考虑滑坡体本身结构特点，还需要考虑管道在坡体内的敷设情况。确定一个管道滑坡的类型，可根据滑坡体物质组成、滑坡规模、动力成因等滑坡特征，以及管道是否通过滑体、管道埋深、走向等敷设特点进行分类，油气管道滑坡分类如图1所示[7]。在实际生产运用中，一个清晰的分类方式便于管理者准确描述油气管道滑坡的类型特点，从而进一步开展风险分析。

图1 油气管道滑坡分类

2 影响管道滑坡的风险因素

2.1 地形地貌

只有具备一定坡度的斜坡才有土体移动的空间，才可能发展为滑坡。因此，表征地形条件的指标―坡体坡度是影响滑坡形成的重要因素。不同的地貌特点滑坡形成的可能性也不相同，高山丘陵、河岸边坡和高陡黄土塬等地貌相比平原、沙漠等平坦地貌更容易发生滑坡。

2.2 坡体特征

坡体特征指斜坡体的物质组成、结构、滑体规模和范围、坡面植被特征、坡面张拉裂缝情况等因素。组成斜坡的岩体或土体一旦存在破碎和松散，则易形成不稳定条件。坡面上的植被如呈现马刀树、醉汉林等形态，则提示斜坡土体存在缓慢移动；坡面如存在张拉裂缝等明显的土体位移，则说明斜坡体已处于滑动状态。

2.3 管道敷设特点

管道敷设特点直接影响管道的受力状态，决定管道的承载形式及破坏模式。根据管道是否通过滑体，可将滑坡分为靠近滑坡前缘、靠近滑坡后缘、位于滑坡侧方等几类，不同类型具有不同的受力形式[2]。管道埋深的不同关系到管道是处于滑带之上还是滑带之下。滑带之上的管道受到的滑体下滑的作用力很大，极易产生变形破坏。管道与坡体不同的空间位置也造成了管道不同的受力形式[8]。管道走向与主滑方向垂直（横穿）时管体主要承受管径方向推力，在滑坡边缘还受到剪切作用；管道走向与主滑方向平行（纵穿）时滑坡下滑力使管道外壁受到轴向摩擦，在坡顶和坡脚管道两端分别形成拉、压作用，在滑坡边缘处，管道还受到剪切作用；管道走向与主滑方向呈一定夹角（斜穿）时，管道受力可分解为垂直和平行管道两个方向，滑坡体对管道既有推挤又有拉压，同时在滑坡边缘也存在剪切。

2.4 其他诱发因素

斜坡在一定的条件下形成可能发生滑坡的条件，但最终形成滑坡往往需要一定的诱发因素触动。自然诱发因素包括降雨、河岸冲刷、地质活动等，人工诱发因素主要有坡脚开挖、堆渣、采矿、爆破震动、植被破坏等。这些诱发因素促使滑坡形成的机制，都是由于外界破坏了原来虽有滑坡形成条件但还保持着力学平衡的坡体。

2.5 管道保护状况

处于滑坡区域的管道受到来自土体移动的影响，容易产生弯曲变形、管壁屈曲、破裂、防腐层剥离等损坏，管道自身的保护状况也是考察管道滑坡风险的评价指标之一。采取加装保护层等防护措施，可以有效降低管道受滑坡灾害的影响。

3 基于层次分析法的油气管道滑坡灾害风险评价指标体系

3.1 层次分析法的基本理论

层次分析法（analytic hierarchy process，简称AHP）是美国著名运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的一种定性与定量分析相结合的多准则决策方法。该方法的特点是，在对复杂决策问题的本质、影响因素以及内在联系等进行深入分析后，构建一个层次结构模型，然后利用较少的定量信息，把决策的思维过程数学化，从而为求解多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供一种简便的决策方法[9]。其基本原理是，比较n个因素对决策目标z的影响，对n个因素两两比较。全部比较结果用成对比较矩阵表示，求成对比较矩阵的最大特征值λmax、相应于λmax标准化的特征向量ω（又称权重向量）及一致性指标CI，根据CI与随机性指标CR值之比，对CI/CR值和权重向量ω进行分析，将分析结果用于判断和决策[10]。

层次分析法的基本步骤为：

（1）明确分析目标，建立层次结构。在全面分析问题的基础上，明确分析总目标A，确定影响决策目标的多个因素Bi（i=1，2，……，n）及下一层级的指标 Ci（i=1，2，……，n）等。 将分析系统分为几个等级的层次，如目标层、准则层、指标层等，形成因素从属关系，建立层次结构模型。

（2）建立判断矩阵。对各层元素两两比较，根据1～9及其倒数的标度方法，表示出元素之间的相对重要性，建立起判断矩阵。

（3）层次单排序并进行一致性检验。对应于判断矩阵最大特征根λmax的特征向量，经归一化（使向量中各元素之和等于1）记为W。W的元素为同一层次因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，这一过程为层次单排序。层次单排序能否确立还需要进行一致性检验，一致性不好则表示各因素的判断存在逻辑矛盾。使用式（1）

衡量判断举证是否具有 “满意一致性”，还需引入平均随机一致性指标RI。RI对应1～9阶判断矩阵分别为0、0、0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41和1.45[3]。当阶数大于2时，判断矩阵的CI与RI之比称为随机一致性比率CR，当CR小于0.1则认为矩阵具有满意的一致性，视为通过一致性检验。

（4）层次总排序。计算某一层次所有因素对于最高层（总目标）相对重要性的权值，称为层次总排序。排序从最高层次到最低层次逐层进行。

3.2 建立层次结构

通过前文所述，油气管道滑坡风险影响因素主要有地形地貌、坡体特征、管道敷设特点、其他诱发因素、管道保护状况几个方面。据此可建立油气管道滑坡风险评价指标层次结构模型，如图2所示。该模型分为目标、一级指标、二级指标3个层次，分别对应了油气管道滑坡风险评价的目标、5项评价一级指标及13项二级指标。

3.3 建立判断矩阵并做一致性检验

建立层次结构模型后，根据表1所示判断矩阵标度，在各层元素中进行两两比较，构造出比较判断矩阵，见表2至表7。在判断矩阵建立的基础上，为了不致出现逻辑错误，对各矩阵做一致性检验，其结果标于各表注释中。各判断矩阵随机一致性比率CR小于0.1，说明各矩阵所做判断未出现矛盾结果。

3.4 层次单排序和总排序

由各判断矩阵可求得层次单排序为：作为度量判断矩阵偏离一致性的指标。CI越大，表明判断矩阵偏离完全一致性的程度越大，CI越小，表形判断矩阵的一致性越好。当判断矩阵具有完全一致性时，CI=0；CI接近于0，表示矩阵具有满意的一致性；CI越大，矩阵不一致性越严重。

图2 油气管道滑坡风险评价指标层次结构

表1 判断矩阵标度

表2 判断矩阵A－B

表3 判断矩阵B1－C

表4 判断矩阵B2－C

表5 判断矩阵B3－C

表6 判断矩阵B4－C

表7 判断矩阵B5－C

在图1结构中，计算13个二级指标（C）相对总目标“油气管道滑坡风险”的合成权重即层次总排序，结果如下：

3.5 油气管道滑坡风险评价指标体系的建立

依据风险评价层次结构及各指标权重，可以建立油气管道滑坡风险评价指标体系，见表8。从表8可以看出，在5个一级评价指标中，地形地貌权重最大，而权重占比最大的三个二级指标依次是地形坡度、地面裂缝等迹象、坡顶堆渣与坡脚开挖。

表8 安全风险评估指标及风险防控体系

4 结束语

评价油气管道滑坡风险主要可从地形地貌、坡体特征、管道敷设特点、其他诱发因素、管道保护状况几个方面考虑。通过对其进行层次分析可知，地形地貌对管道滑坡风险评价影响最大，影响油气管道滑坡风险最重要的三个二级指标依次是地形坡度、地面裂缝等迹象、坡顶堆渣与坡脚开挖。利用层次分析法建立的油气管道滑坡风险评价指标体系能够指出不同评价指标的重要性权重，便于现场管理人员对管道滑坡风险进行快速评价。

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Establishment of Risk Assessment Index System for Oil and Gas Pipeline Landslide

LIN Dong1,ZHANG Jintao2
（1.Institute of Safety,Environment Protection and Technical Supervision,Petrochina Southwest Oil and Gas field Company,Chengdu 610041,China;2.Petrochina Southwest Oil and Gas field Company,Chengdu 610041,China）

TE88

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.01.001

2016-10-18

编辑：黄蔚莉

林 冬（1977—），男，2007年毕业于四川大学，工学博士，高级工程师/副科长，主要从事油气管道检测评价及完整性管理研究、科研管理工作。