劉小暉，張滿銀（通訊作者），王得楷，孫志忠

（1.中石油西南管道公司蘭州輸油氣分公司，蘭州 730000；2.甘肅省科學院 地質自然災害防治研究所，蘭州 730000；3.蘭州大學 環(huán)境遙感與地質災害研究中心，蘭州 730000）

管道地質災害是在自然地質或人為（或綜合作用）作用下形成或誘發(fā)的，并對管道及其附屬構筑物的安全、社會經濟以及環(huán)境等造成破壞和損失的地質作用（現象）［1]。國內外對管道地質災害的研究［2－10]，一方面集中于對埋地管線進行荷載力方面的力學分析；另一方面專注于管道風險管理和評價，傾向于事故前控制。在地質災害防治的影響下管道地質災害的防治隨著管道的發(fā)展而發(fā)展，但直至今日仍未形成比較系統(tǒng)的防治體系，而是依托于傳統(tǒng)的地質災害防治而存在。對于管道地質災害的發(fā)育機理以及防治措施，則主要集中于某某管線沿程地質災害的相關研究，鮮有系統(tǒng)研究“河溝谷區(qū)管道地質災害和敷設方式關系”；同時，對不同管線地質災害危險度識別區(qū)劃結果均顯示，地質災害危險度高的區(qū)段多為河溝谷地區(qū)，管道地質災害在河溝谷區(qū)呈現出發(fā)育密度高、對管道的威脅較大、災害后果較為嚴重等特征，藉此，本文對管線穿越河溝谷地帶時不同敷設方式與地質災害發(fā)育程度間的響應機制進行初步探討，以期對管道地質災害發(fā)育分布機制有更深入、系統(tǒng)的認識，也將對管道穿越河溝谷階地帶時建設期的選線和運營期地質災害的防治等工作產生一定指導意義。

1 河溝谷區(qū)的定義和主要敷設方式

根據相關文獻對河谷和溝谷概念的界定［1－15]，結合我國油氣長輸管道所處的特殊地質地貌、地層巖性、氣象環(huán)境條件和管道地質災害發(fā)育及其對管線安全影響的風險等級等情況，作者本著以管道及其附屬設施的完整性和最大安全性為原則，將河溝谷區(qū)定義為管線穿越于構造侵蝕山丘區(qū)、黃土溝壑區(qū)的天然河道、溝道以及排洪道，以及管線穿越沖洪積、湖積等山前傾斜平原區(qū)、戈壁荒漠區(qū)和湖相沉積的各種盆地中以及高山草甸（凍土）區(qū)、人工灌溉農田區(qū)現狀水力侵蝕最大下切寬度大于50 m、深度大于1.0 m（管線埋深一般大于1.4 m）局部具有天然匯水條件（槽形洼地）或固定沖刷侵蝕路徑的沖溝，以及人工引水、排洪（水）未加防滲鋪襯的河渠等微地貌類型。

長輸管道穿越河溝谷地帶時，與河溝谷的相對空間關系一般有“交切”或“平行”兩種模式。根據管道在河谷和溝谷橫斷面上的相對位置不同，交切方式又可分為穿越和跨越兩種類型。其中穿越分為斜穿和橫穿，即管線與河谷之間以一定夾角（斜穿時45°＜α＜90°、橫穿時α≈90°）穿過河道向目的地繼續(xù)延伸的敷設方式（圖1）；跨越是指管線橫跨河溝道兩岸，標高在洪水線以上通過新建管橋（或纜索管架）、或在已建橋梁側面（或底面）依附性通過的敷設方式。

平行通常是指管道以一定夾角（0°≤α＜30°）順河溝谷走向于谷底或谷坡（階地）或山脊（墚）上溝埋敷設。根據管道與溝岸的空間位置關系，平行溝谷敷設還可細分為順河溝凹岸邊谷坡（階地）敷設、順河溝凸岸邊谷坡（階地）敷設和順河（溝）道谷底河漫灘或河床敷設等多種類型（圖1、圖2）。

圖1 管道沿河溝谷不同敷設方式示意平面圖Fig.1 Different methods for pipe laying

圖2 管道平行河溝谷敷設方式斷面示意圖Fig.2 Valley－paralleling pipe laying

2 澀寧蘭管線概括和研究區(qū)選擇

澀北－西寧－蘭州輸氣管道（簡稱“澀寧蘭輸氣管道”）由一、二線兩條輸氣管道組成，兩條管道基本并行或伴行，長度總計1 983.89 k m，其中一線1 062.49 k m（含支線131.2 k m），二線921.4 k m。西起青海省柴達木盆地東部的澀北一號氣田，沿線經過青海、甘肅兩省共20個縣、市（區(qū)），最終連接至甘肅省蘭州市西固區(qū)。澀寧蘭輸氣管道解決青海氣田天然氣外輸問題；也將澀寧蘭管道與西氣東輸管道、長寧輸氣管道連接起來，實現了我國西部的青海氣田、長慶氣田、塔里木氣田三大主力氣田的聯(lián)網，是一項重要的能源供給工程，也是我國“九五”計劃期間的十項重點建設工程之一。

本文從探討管道地質災害的發(fā)育特征和防治的重要性和強迫性等角度出發(fā)，也為保證研究的連貫性和系統(tǒng)性，論文選取管線K670～K932段共計長約262 k m作為研究對象，即澀寧蘭輸氣管道日月山至蘭州末站段，分別占全線總長和全線河溝谷地段的28.11%和63.43%。

3 研究區(qū)河溝谷區(qū)

按照以上對管道工程沿河溝谷地區(qū)不同敷設方式的劃分，經現場調查確認，研究段管道穿越河溝谷地區(qū)基本均為溝埋敷設穿越，跨越敷設段很少（累計長度不超過1 k m），故論文中不單獨對跨越敷設進行專門分析研究。經統(tǒng)計，管線交切穿越段累計總長度為4.0 k m，穿越單條河（溝）道的長度一般介于10～300 m之間。其中，穿越河溝谷寬約100 m左右時多為橫穿，200～300 m間的較大型河溝谷時多為斜穿。管線交切河溝谷穿越長度占管線沿河溝谷段穿越總長度（262.0 k m）的1.02%；其余敷設于河溝谷段的管線均為平行穿越，累計長度約有257.6 k m，占河溝谷段敷設長度的98.32%，占管線總長的27.64%。其中，平行于谷底順河床和河漫灘地帶穿越段長9.7 k m、沿谷坡和階地帶穿越段長174.6 k m、沿谷緣和山脊山墚帶穿越長73.7 k m，分別占管線沿河溝谷地帶穿越區(qū)長度的3.70%、66.64%和28.09%，詳見表1。

表1 河溝谷地帶管線不同敷設方式統(tǒng)計表Table 1 Statistical table for different pipe laying methods in ravines and river valleys

表2 研究區(qū)管道不同敷設方式下地質災害風險等級評價表Table 2 Risk scale of geo－h(huán)azards

研究區(qū)交切的管道長4.0 k m，共發(fā)育管道地質災害76個，發(fā)育密度為19個／k m；平行的管道長257.9 k m，發(fā)育管道地質災害86個，發(fā)育密度為0.34個／k m，所以交切時敷設發(fā)育密度要遠遠大于平行時敷設。

圖3 研究區(qū)管道不同敷設方式下地質災害風險評價對比圖Fig.3 Comparison by risk evaluation

管道地質災害點的風險等級除與所處自然地質環(huán)境因素有關外，還受管道敷設方式的影響制約，采用“定性分析為主，定量評價為輔”的原則，不同敷設方式下管道地質災害的風險等級評價結果見表2和圖3。由評價結果可知，交切河溝谷敷設中管道地質災害風險以較高－中－較低型為主，管線安全性較差。平行河溝谷谷底敷設時遭受管道地質災害的風險級別為高；平行谷坡敷設中呈高－較高－中－較低型，且以較高－中型為主導；平行谷緣敷設呈高－中－較低型，且以較低為主。由此對比說明研究區(qū)管線平行敷設時沿谷底埋穿越時可能遭受管道地質災害的類型復雜，風險級別分布從高到較低均有，總體上以風險級較高－中型為主，管線安全性較差。而當管線沿谷緣溝埋穿越時其遭受的管道地質災害類型較之谷坡單一，風險級別以較低為主，管線安全性較好。

綜上對比分析，研究區(qū)沿程發(fā)育的管道地質災害風險等級自高到低均有分布，但總體上呈較高－中－較低型、且以中占主導。說明管線安全性一般。一般地，地形變差大、坡度陡、人類工程活動強烈的地區(qū)其風險級別會明顯增大；同時交切敷設橫斜穿溝谷，其風險相對較大，呈較高－中－較低型；平行敷設中以沿谷緣穿越時風險級別最低；而管線平行谷底順河溝床敷設其遭受水毀、崩滑流、人類工程活動等管道地質災害的風險達最高。因此，單從風險控制角度來說油氣長輸管道在類似自然地質環(huán)境中選線時，建議以平行河溝谷敷設為主，且盡量考慮沿谷緣山梁帶敷設穿越為最佳。

4 結論

（1）管道地質災害危險度高的區(qū)段多為河溝谷地區(qū)，管道地質災害在河溝谷區(qū)呈現出發(fā)育密度高、對管道的威脅較大、災害后果較為嚴重等特征。

（2）河溝谷區(qū)為管線穿越于構造侵蝕山丘區(qū)、黃土溝壑區(qū)的天然河道、溝道以及排洪道等，以及管線穿越沖洪積、湖積等山前傾斜平原區(qū)、戈壁荒漠區(qū)和湖相沉積的各種盆地中以及高山草甸（凍土）區(qū)、人工灌溉農田區(qū)現狀水力侵蝕最大下切寬度大于50 m、深度大于1.0 m（管線埋深一般大于1.4 m），局部具有天然匯水條件（槽形洼地）或固定沖刷侵蝕路徑的沖溝，以及人工引水、排洪（水）未加防滲鋪襯的河渠等微地貌類型。

（3）管道交切敷設的管道地質災害的發(fā)育密度和風險等級遠遠大于平行管道敷設。

（4）單從風險控制角度來說油氣長輸管道在類似自然地質環(huán)境中選線時，建議以平行河溝谷敷設為主，且盡量考慮沿谷緣山梁帶敷設穿越為最佳。

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