油气管道沿线地质灾害风险评价

蒲秀超 安春琴

摘要 针对油气管道等线性工程，应综合考虑各类地质灾害叠加引发的区域性地质灾害风险，以达到有效的巡防和治理的目的。根据管道沿线地质灾害的孕灾环境、诱发条件和灾害类型及特征对影响管道地质灾害的易发性、易损性和管道失效后果三项指标进行定性分析，采用证据权法对管道沿线的地质灾害进行定量评价，运用GIS系统对地质灾害进行分级和制图，定量分析管道沿线的风险水平。结果表明：中缅管道都凯支线沿线存在中风险段3个区，较低风险段4个区，低风险段3个区。

关键词 油气管道；定性分析；定量分析；证据权法；风险分级

中图分类号：P694 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）04–0185-03

地质灾害是自然因素和人类活动因素的耦合体，是由人类工程活动或者天然因素诱发从而危害人民群众生命财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等灾害的总和[1-2]。在管道敷设的过程中，不可避免地会经过山区地形，地质灾害所引发的管道事故较多。在管道施工扰动和降雨、地震等因素的影响下，滑坡、崩塌等地质灾害的应力状态发生改变，在管道敷设完成后，在外界诱发因素的影响下形成灾害体，破坏管道[3]。管道地质灾害发生对人民群众的生命财产造成的损失往往比其他类别的事故更大[4-5]。统计近10年来我国油气管网发生的安全事件，共发生管道泄漏事故370余起，特大事故4起，造成人员死亡共计75人，直接造成经济损失共超过100亿元，造成重大环境污染10次，相当一部分事故是由地质灾害引起的[6]。例如，2016年7月20日06：30左右，“川气东送”管道恩施市崔家坝镇由于滑坡地质灾害发生爆炸燃烧，造成2死3伤[7]。

以中缅管道都凯支线为研究对象，先对管道沿线地质灾害进行划分，然后选取管道地质灾害风险评价的方法和评价因子，根据风险评价方法，选取评价因子对风险后果进行评价，进一步划分风险与风险分级，最后根据风险分级划分风险区域。

1 管道地质灾害划分

中缅管道都凯支线管道地质灾害主要包括滑坡、崩塌、泥石流、水毁等，根据都凯支线的主要地质灾害情况，主要分为以下几种灾害类型。

1.1 滑坡

滑坡体与管道的空间位置决定了滑坡地质灾害对管道的危害程度，主要有4种空间共存方式。（1）管道通过滑坡体上部：当坡体产生滑动变形下移时，若继续发展，后缘会扩大并向后方管道延伸，从而造成管道悬空变形甚至被损坏。（2）管道通过滑坡体中部：当管道通过的坡体失稳时，灾害体的下滑力将作用于管道。在变形初期，作用于管道的力相对较小，管道则产生相应的协调弯曲、剪切等弹性变形。（3）管道通过滑坡体下部：滑坡体压覆在管道上部，同时改变管道位置的微地貌，容易形成新的不稳定斜坡。若受强降雨、地震等外在诱发因素的影响可发展成滑坡，一旦变形发展，则有剪断管道的可能性。（4）管道沿着滑坡方向：管道沿着滑坡滑动方向敷设，当滑坡体滑动时，会对管道产生一定的冲刷、冲击作用，在强降雨、地震等外部诱发因素的影响下可能使管道发生变形。

1.2 崩塌

崩塌地质灾害多发生在具临空面陡崖或坡脚沿线地段，危害主要表现为对管道的冲击作用。当危岩体体积较大或相对高差较大时，危岩体崩落产生的冲击力较大，会直接导致管道受力面发生变形甚至被破坏；当一些危岩体体积较小或相对高差较小时，危岩体崩落产生的冲击力较小，但是会堆积在管道上方从而对管道产生压覆作用。

1.3 泥石流

泥石流灾害为西南山区常见的一种地质灾害，管道受泥石流影响主要发生以下几种情况。（1）管道敷设方向与泥石流沟谷垂直：在强降雨条件下，泥石流沿着沟谷产生下蚀作用，使管道受到剪切作用，从而导致管道被破坏；（2）管道敷设方向与泥石流沟谷方向一致：当形成泥石流时会对管道产生一定的冲刷、冲击作用，改变管道微地貌，同时泥石流冲刷也会使管道发生漏管、悬空、变形甚至被破坏。

1.4 其他灾害

除了滑坡、崩塌、泥石流3种地质灾害会对管道产生危害外，常见的地质灾害还有水毁。其分布广泛但是总体危害较小。因为管道线路较长，沿线山势延绵、河谷深切、地貌复杂多变，而管道的布设不可避免要经过松散堆积体斜坡，且全线基本没有修建截排水工程。因此，在坡面堆积物松散回填、失效或无水工设施等的影响下，都会造成水流集中、有规律地冲刷管道，从而形成水毁。

2 管道风险评价方法与因子的选取

2.1 管道风险评价方法

针对油气管道的地质灾害风险评价方法，主要用定性评价方法和定量评价方法进行研究。定性方法是根据单点灾害体的风险性进行叠加的，从而划分区域的地质灾害风险性，采用证据权法对管道地质灾害风险进行定量分析。

2.1.1 定性分析风险评价方法 根据灾害的易发性、管道的易损性及灾害发生的后果评价进行分级，按高、中、低3个等级划分，再将风险等级划分为5个等级。在油气管道沿线地质灾害隐患点各单点的风险等级和地质灾害易发分区的基础上，根据地质灾害点的形成类型、灾害点数量进行综合划分。根据该区域单点地质灾害风险程度划分管道沿线区域，将风险区划分为高风险段（SS）、较高风险段（S）、中风险段（A）、較低风险段（B）、低风险段（C）5种级区、15个亚区。

2.1.2 基于证据权法定量分析 证据权法是一种综合统计各种证据来论证一种假设的定量方法，该方法最初被用于医疗诊断。然后被加拿大的地质学家Agterberg应用于地质领域，应用于地质矿产资源远景预测研究。作为一种定量评价方法，近20年来也被引用于地质灾害风险性评价的研究。该方法以贝叶斯统计模型为理论基础，通过研究地质灾害发生可能性和影响地质灾害发生的相关因子（即坡度、地理、坡向、地层岩性等）进行时空关联分析，求取各个影响因子的贡献率（即权重），再对各影响因子赋予相应的权重，并进行叠加，计算出地质灾害危险性指数。

评价单元采用栅格单元，用GIS软件分析计算，划分研究区面积，划分成相等的评价单元，用不同等级划分每个因子图层，将每个评价因子图层与历史发生灾害点数据关联分析，计算该评价因子中各个等级的权重值。计算公式如下：

式中，上劃线表示因子等级不曾出现或者滑坡灾害不发生，C表示因子的等级，L表示滑坡灾害。W+为正相关所占权重，W -为负相关所占权重，当W+> 0或者W - < 0时，影响因子与滑坡灾害呈正相关，当W +<0或者W -> 0时，影响因子与滑坡灾害呈负相关，当W +=0或者W -=0时，影响因子与滑坡灾害呈不相关。Wf为正相关权重与负相关权重之差，数值表示该因子等级对滑坡灾害发生的影响权重值。将每个影响因子等级的Wf相加，即可得到该栅格危险性系数的最终值。

2.2 评价因子选取

2.2.1 定性分析评价因子选取 定性分析评价的因子选取是从地质灾害的易发性、油气管道的易损性和油气管道的失效后果评价3个方面进行选取。

（1）灾害易发性评价因子的选取。灾害点主要从滑坡、崩塌、泥石流及水毁等管道常见地质灾害进行评价因子选取。其中，滑坡选取因子主要为地层岩性、坡体结构、含水情况、裂隙发育情况、坡度大小及临空条件等。

（2）管道易损性评价因子的选取。将管道的危害性作为管道易损性分级的评价因子，油气管道管壁发生破裂或断裂都将发生油气泄漏，管道的严重扭曲变形会造成输油气输送中断，将易损性定义为高；对油气管道安全造成危害性较大的，如管道的裸露、管道悬空、漂浮、变形及部分管壁损伤等，可能引起油气的少量泄漏，可以在不停输的情况下补焊和进行事故处理，将易损性定义为中；对管道不构成明显危害的，将易损性定义为低。主要有以下几种情况作为评定标准：管道与滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的相对位置；管道的布置情况；管道是否存在悬空、漂浮等情况。

（3）管道失效后果评价因子选取。管道失效后对附近的城镇、交通、河流及自然保护区等的影响，将直接影响管道失效后的后果，因此，将管道灾害点附近的危害对象作为管道失效后后果评价因子。

2.2.2 定量分析评价因子选取 地质灾害主要受内外2种控制因素，外因主要包括降雨、人类工程活动、地震动等，内因主要包括地层岩性、地质构造、地形地貌等。选取定量评价因子应满足满足性和可行性的要求，既要保证评价因子能根据不同等级划分，且各个评价因子的等级对灾害产生的影响存在明显的差异，又能满足该因子能定量化，且易获取评价因子数据。结合前人的相关研究成果，结合研究区的具体情况，拟选取以下几个要素作为评价因子。

（1）地层岩性。按照岩体的工程特性，将各项目所在地的地层单元共划分为3类岩组：硬质基岩体、软质岩体、软硬互层岩体。

（2）地质构造。研究区部分处于都匀南北向隔槽式褶皱变形区，区内线性构造优选方向有近南北向、北东向、近东西向，其中都匀断层等地貌表现为直谷，控制一些晚白垩世山间磨拉石盆地和现代山间盆地的产出，沿断裂带局部有温泉出露、地震活动较频繁，近年有多次地震记录，最大震级达6.5级。将管道处于构造带的位置和距离作为评价因子。

（3）地形地貌。中缅天然气管道都凯支线管道起点位于黔南州都匀市，终点止于黔东南州凯里市。线路由南向北至麻江，再转向东至凯里市。据贵州省地貌图，管道跨越黔南中、低山盆谷地亚区。将管道所处位置地形起伏（坡度）情况和地面高差情况作为评价因子。

3 风险与风险区域分级

油气管道地质灾害安全风险是指管道受所在地地质灾害作用造成管道损坏的可能性，然后根据可能造成管道安全的后果划分风险。

根据沿线灾害隐患点单点风险等级，采用证据权法分析单点，利用GIS进行计算，对单点地质灾害体进行风险等级划分。在地质灾害易发分区的基础上，结合灾害点的类型、数量划分风险等级，将同一风险等级较多的地段整合成同一风险段，而将风险等级不相似的地段划分为另一风险段。根据上述原则，将沿线管道划分为中风险段（A）、较低风险段（B）、低风险段（C）3种级区、10个亚区。其中，中风险段3个亚区，较低风险段4个亚区，低风险段3个亚区（表2）。

4 结论

（1）在管道敷设和后期管道运营期间，地质灾害都是一种威胁管道运营安全的重要因素。通过评价中缅管道都凯支线沿线的地质灾害风险，为管道地质灾害进行专项治理和线路巡线提供建议。

（2）针对管道工程风险性评价方法，利用定性和定量的方法进行评价。定性分析方法是以管道单点地质点的易发性、管道的易损性和管道损毁后果的评价、分级，根据地质灾害的易发性、油气管道的易损性和油气管道危害后果分级结果综合确定地质灾害风险分级。基于证据权法对管道地质灾害进行定量分析，通过对管道沿线已发生的灾害与管道沿线影响地质灾害形成的相关因子（坡度、坡向、地层岩性等）利用空间关联分析，计算出各个影响因子对灾害发生的贡献率（即权重），最后叠加各个影响因子的贡献率，得到管道沿线的地质灾害危险性指数，该指数的高低表示该区发生地质灾害可能性的大小。

（3）通过对中缅管道都凯支线进行风险评价和区域分级，将沿线管道划分为中风险段（A）3个亚区、较低风险段（B）4个亚区、低风险段（C）3个亚区。

参考文献

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[7] 邓清禄，荆宏远，王学平.近年油气管道地质灾害重大案例分析[M].北京：中国地质大学出版社，2018.

责任编辑：黄艳飞

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

作者简介 蒲秀超（1993—），男，贵州遵义人，助理工程师，主要从事水文地质、工程地质研究。