油气管道水工保护工程有效性评价方法研究

徐 江，罗本全，李卿辰，朱登科，叶小兵

（四川省地质工程勘察院集团有限公司，成都 610072）

水毁灾害是长输油气管道最主要的地质灾害类型，由于其具有多发性和突发性，对管道运行安全形成重大威胁[1]。水毁灾害治理，也是管道管理部门投入防治资源最多的灾害类型，约占灾害防治投资总额的80%[2-3]。

国家石油天然气管网集团有限公司近年来为防范各类水毁灾害对管道线路的威胁，新建和维建了大量的防治工程，为保障管道安全平稳运营发挥了重要作用，尤其部分在役重点防治工程发挥作用更加显著。为进一步了解上述防治工程的防护效果、工程质量，以及部分在役时间较长防治工程继续发挥防护效果的能力，查找防治工程在设计、施工中的经验和不足，指导地质灾害、水毁灾害防灾减灾工作，需针对部分在役重点防治工程开展有效性评价工作。

近年来，兰成渝管道、中缅管道等项目在建设和维护过程中，均组织开展过相关的研究：冼国栋等[4]通过灾害影响因素分析，确定评价指标体系因子，并分析影响因子的敏感性；穆树怀等[5]结合不同施工阶段，通过对比分析，对典型地质灾害危险性进行评估，提出针对性防治方法；钟威等[6]基于地质灾害对管道的危害形式分析，计算各影响因素的权重，建立管道地质灾害危险性评价指标体系；赵园园等[7]通过现场踏勘和资料识别潜在地质灾害点，对沿线的灾害分布规律进行研究，分析各点的发育情况和危险性，提出相对应措施。上述评价方法主要针对管道地质灾害建立评价体系，而通过近10 年对各处管道的现场调研发现，水工保护工程中存在着非因地制宜、施工质量参差不齐、项目评价未得到重视等问题[8]，因此，针对上述问题，需建立一套完整的管道水工保护工程有效性的评价体系。

1 常见水毁灾害对油气管道的危害

1.1 台田地水毁灾害

台田地灾害是一种最为常见的水毁灾害，管道沿台田地铺设，尤其在台阶状田地下，发育有暗沟等病害，在局部段中，由于施工时回填夯实不足等原因，在农田灌溉水和雨水作用下形成类似管涌的病害，并产生浅埋、外露、悬空等威胁管道安全，此类灾害管道危害长度适中。

1.2 河沟道水毁灾害

河沟道水毁灾害是一种季节性灾害，管道穿越或平行铺设于河道。由于沟床堆积层较浅、河道蜿蜒曲折、沟道纵坡较大等问题，在河沟道水流作用下，下切作用危害性较大，易发生冲毁管线或管堤，造成露管、悬空、断管等病害，严重威胁管道安全，此类灾害管道危害长度较大，与河道宽度和长度有关。

1.3 坡面水毁灾害

坡面水毁灾害的规模性一般较大，管道沿斜坡顺向或横向铺设，在具有一定坡度的山岭地段，其地表土体较为松散，植被稀少，在雨水或山间冲沟作用下，对坡面产生较强的侵蚀和冲刷作用，冲毁表面管堤和覆土，造成浅埋、露管、悬空等病害，威胁管道安全，此类灾害管道危害长度较长，与地貌特征、坡度等因素有关。

2 水毁灾害有效性评价方法

2.1 有效性评价指标体系

基于“输入-输出”评价模式[9]，并考虑到数据的可获取性和可操作性，排除了对效能水平影响不大且非共性因素，提出了以下效能评价模式，如图1 所示。

图1 防治工程有效性评价模式

根据防治工程有效性评价的原理和指标体系的建立准则，使用层次分析法来建立防治工程有效性评价的指标体系。该指标体系包括4 个层次：目标层、准则层、指标层和变量层。各层次数据见表1。

表1 有效性评价指标体系结构

目标层代表课题研究的总体目标。准则层涵盖了有效性评价所包含的不同指标类别。指标体系在准则层被划分为3 个部分。

1）防治工程投入准则层。由于本项目是管道水毁灾害防治工程的有效性评价，不涉及项目投资，故本次评价不考虑工程投入准则层。

2）风险减缓效益准则层。根据管道系统面临的风险类型，本次评价准则层共建立了3 个指标层（管道风险减缓效益、附属设施风险减缓效益、第三方风险减缓效益），总计包含14 个变量层。

3）工程可用性准则层。工程可用性准则层用于评估防治工程在有效性评价时间点之后继续发挥效能的能力。该准则层包含5 个指标层和28 个变量层，具体细节参见表2。同时，为了评估不同类型结构的工程质量，设立了4 种主流结构的评价指标。

表2 有效性评价各工程现状质量指标

2.2 风险减缓效益计算

对于风险减缓效益准则层进行评价，发生概率分为“高”“中”“低”“无”4 个等级，严重程度分为“高”“中”“低”3 个等级。其中原风险和现风险的最大值和最小值均为10 和0，中间还有分值8、6、4、2等。防治工程风险减缓效益指数RRI 的取值范围为0～10。

风险减缓效益指数（RRI）由式（1）计算

式中：wj为第j个指标的权重；wji为第j个指标中第i个变量的权重；ryji为第j个指标中第i个变量的原风险值；rxji为第j个指标中第i个变量的现风险值。借助层次分析法[10]和专家咨询，确定了各指标下 变量之间的权重关系，见表3。

表3 风险减缓准则层各指标下变量间的权重关系

2.3 工程可用性效益计算

对于工程现状质量指标中的各变量进行评估。3个等级的划分标准为：好（无需设置）、一般、差，分别对应得分10、8、4。5 个等级的划分标准为：好、较好、一般、较差、差，分别对应得分10、8、6、4、2。对于工程后期维护水平指标中的各变量，划分为好、一般、差或好、一般、差、无，分别赋予得分10、8、4 或10、8、4、0。

防治工程可用性指数AI 介于0～10 之间，计算公式见式（2）。

式中：wj为工程可用性准则层中第j个指标的权重；wji为第j个指标中第i个变量的权重；uji为第j个指标中第i个变量的分值。

其中，工程现状质量权重为0.9，工程维护水平权重为0.1（防止人为破坏0.2，维护局部损害0.5，清除淤积障碍0.3）。工程现状质量下各指标下变量之间的权重关系见表4。

表4 可用性准则层（工程现状质量）各指标下变量间的权重关系

2.4 有效性评价标准

对防治工程进行有效性评价，最直观的评价结果主要由以下2 个指标体现。

1）风险减缓效益指数RRI。RRI 指数的满分为10 分，分数越高表示工程的作用越大。较高的RRI 值反映了工程在保护管道系统方面取得的效果越为明显。这意味着工程所采取的防治措施和策略成功地降低了潜在风险的发生概率和严重程度，从而保障了管道系统的安全运行。RRI 指数的评估结果可以为工程管理人员提供重要的参考，以评估工程的整体效益，并为未来的风险管理决策提供指导。通过不断提高RRI指数，工程管理者可以进一步改进防治工程措施，确保管道系统在面对风险时能够更有效地应对，提高整体安全性和可靠性。一般而言，RRI 超过4 分的即是风险减缓效益非常好的防治工程，低于2 分的可认为该防治工程防护效果不良。

2）工程可用性指数AI。工程可用性AI 指数是工程质量现状和工程维护水平的综合反映，前者占90%权重，后者占10%权重。AI 指数满分是10 分，分数越高，质量越好，工程可维护水平也越好。质量较好的工程AI 指数大体在8 分以上，如果AI 指数在6 分以下，说明工程质量不尽如人意。

3 应用与验证

该工程位于云南省大理州漾濞县龙潭乡水竹坪村中缅天然气管道某点处，管道穿越吐噜河，穿越段河道宽约20 m，河流为常年流水，水流较急，汛期水量较大，管道曾出现部分露管现象。穿越段河道两岸修建有浆砌石护岸挡墙，共长90 m，高2.5 m，管道下游修建有混凝土淤土坝，长约20 m，深约1.5 m，淤土坝下游修建钢筋石笼护坦，长20 m，宽1 m，高1.5 m（图2）。从防护效果看，护岸挡墙有效地保护了河水对岸坡的冲蚀，淤土坝对管道穿越段的淤积效果明显，提高了管道埋深。目前，护岸挡墙基础局部掏蚀，淤土坝大面积垮塌，下游钢筋石笼护坦已完全损坏，已丧失防护能力。

图2 油气管道某点水工保护工程损毁现场

经过计算得出，风险减缓效益指数RRI=4.18，说明该工程修建后防护非常明显，很好地防止了河岸的侧蚀和河床的下切，保证了管道埋深。防治工程可用性指数AI=5.94，说明该工程质量与工程维护性均较差，继续发挥防护效果的潜力较低，建议重建淤土坝以及钢筋石笼护坦。

4 结束语

本文在明确水毁灾害类型的基础上，采用“生产函数”模式，建立多个指标层下的变量指标，并结合相关设计、施工人员的建议和指导，确定各指标的权重，建立油气管道水工保护工程有效性评价。通过实际案例的应用，反应该有效性评价的准确性和可靠性。结合该水工保护工程有效性评价体系，可指导相关单位在进行调查、勘察过程中详细了解水毁危害的类型、威胁管道方式、灾害体与管道位置关系、管道周围岩土体类型等，对灾害点进行风险评价，并根据风险大小进行排序，制定更加完善的水工保护规划。