魏良帥， 陳國(guó)輝， 王正平， 王佃明

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所,四川 成都 611734； 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)中心,四川 成都 611734； 3.四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072； 4.中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田普光分公司，四川 達(dá)州 635002)

油氣管道經(jīng)常不可避免地穿越一些地形地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)，而這些地區(qū)往往又是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)，不同類型的地質(zhì)災(zāi)害以不同的方式威脅著管道的安全運(yùn)營(yíng)。管道地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生往往會(huì)導(dǎo)致管道輸送介質(zhì)的泄漏，帶來(lái)巨大的財(cái)產(chǎn)損失與環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)：美國(guó)天然氣管道事故的8.5%是由地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的；西歐管道地質(zhì)災(zāi)害造成的事故率為7%；加拿大管道地質(zhì)災(zāi)害造成的事故占12%；南美洲安第斯山區(qū)的Andean天然氣管道，地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的事故率高達(dá)50%[1]。因此，針對(duì)管道沿線地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)保障油氣管道安全運(yùn)營(yíng)，減少地質(zhì)災(zāi)害對(duì)管道的危害具有重要意義。

1 管道沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育概況

普光氣田位于四川省達(dá)州市宣漢縣普光鎮(zhèn)，屬超深、高含硫、高壓、復(fù)雜山地氣田。普光氣田是中國(guó)目前發(fā)現(xiàn)的最大規(guī)模海相整裝高含硫氣田，截至目前已探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量4122億m3。根據(jù)中國(guó)石油天然氣行業(yè)氣藏分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于特大氣藏。為有效開(kāi)發(fā)利用高含硫天然氣資源，國(guó)務(wù)院將“川氣東送”工程列為“十一五”國(guó)家重大工程，將普光氣田作為工程的主供氣源。作為氣田內(nèi)集輸氣工程的天然氣管線共計(jì)64.49 km。管道沿線地形起伏大，地形坡度一般25°以上，相對(duì)高差達(dá)800 m。管道穿越區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均降水量達(dá)1213.5 mm；管道沿線地質(zhì)環(huán)境條件整體較為復(fù)雜，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育創(chuàng)造了有利的條件，也為管道的安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了隱患[2]。

根據(jù)2017年汛期管道沿線地災(zāi)排查資料顯示[2]，此次排查共發(fā)現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)63處，類型涉及滑坡、崩塌(危巖)、水毀(坡面水毀、河溝道水毀、臺(tái)田地水毀)、地面塌陷和潛在不穩(wěn)定斜坡共7種災(zāi)害類型，其中滑13坡處，不穩(wěn)定斜坡22處，崩塌17處，水毀9處，地面塌陷1處(圖1)。

圖1 管道沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布圖

2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

通常情況下，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指對(duì)不良結(jié)果或事件發(fā)生的概率進(jìn)行定量描述的過(guò)程。亦或說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)一特定時(shí)期內(nèi)健康、安全、環(huán)境、生態(tài)等受損傷的可能性大小及可能程度作出的評(píng)估過(guò)程[3-4]。對(duì)區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)而言，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以定義為：是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性和災(zāi)害損失(包括管道因地質(zhì)災(zāi)害破壞泄漏造成的后果損失)的可能性做出的綜合性分析評(píng)價(jià)。它是地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性、易損性的組合，災(zāi)害的易損不僅包括災(zāi)害本身造成的損失，還包括管道因地質(zhì)災(zāi)害破壞泄漏造成的后果損失。因此區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)要綜合考慮危險(xiǎn)性與易損性兩方面的影響[4]：

風(fēng)險(xiǎn)(R)=危險(xiǎn)性(H)×易損性(V)

本次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用該模型作為區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性、易損性評(píng)價(jià)采用基于GIS多因子綜合疊加模型[5-9]，其計(jì)算公式如下：

H=ωihi

(1)

V=ωjvj

(2)

式中：H——地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)值；ωi——第i個(gè)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；hi——第i個(gè)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的狀態(tài)值；V——管道地質(zhì)災(zāi)害的易損值；ωj——第j個(gè)易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；vj——第j個(gè)易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)的狀態(tài)值。

本次評(píng)價(jià)以管道為中心線，管道兩側(cè)1 km范圍作為評(píng)價(jià)區(qū)，采用30 m×30 m的規(guī)則柵格格網(wǎng)單元作為此次管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最小單元。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)從地質(zhì)環(huán)境及誘發(fā)因素角度盡量全面地考慮影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的各種影響因素，從宏觀上主要分為兩類：基本因素和影響(誘發(fā))因素?；疽蛩厥侵复_定地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生背景的基本地質(zhì)因素，如地形、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等。影響因素指影響和誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害向不利方向演化的各種外動(dòng)力和人類活動(dòng)因素。根據(jù)野外調(diào)查及室內(nèi)分析研究，綜合考慮現(xiàn)有數(shù)據(jù)與GIS技術(shù)功能的局限性等因素，采用兩兩對(duì)比法對(duì)指標(biāo)篩選優(yōu)化，最終選取坡度、高差、匯流面積、災(zāi)害點(diǎn)密度、斜坡結(jié)構(gòu)類型、坡面形態(tài)等6個(gè)因子構(gòu)建管道沿線地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(圖2)。

圖2 區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害易損性不僅僅包括地質(zhì)災(zāi)害本身對(duì)承載體的破壞，還包括管道在遭受地質(zhì)災(zāi)害破壞后，導(dǎo)致的管道破裂造成油氣泄漏對(duì)周圍人口、道路、環(huán)境等的破壞。分析輸氣管道泄漏后對(duì)周圍人口、道路、環(huán)境等造成的影響，綜合考慮現(xiàn)有數(shù)據(jù)與GIS技術(shù)功能的局限性等條件，最終構(gòu)建的區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖3所示。

圖3 區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

本次指標(biāo)權(quán)重的確定采用貢獻(xiàn)率模型，分析管道沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及易損程度，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)在每個(gè)災(zāi)害的影響程度進(jìn)行打分(1分為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)災(zāi)害的影響小或易損小，2分影響中等或易損中等，3分影響大或易損大)，然后匯總各災(zāi)害對(duì)每種指標(biāo)的貢獻(xiàn)總值，通過(guò)歸一化處理，最終確定的各因子的權(quán)重(表1、表2)[10]。

(3)

(4)

式中：rij——第j災(zāi)害樣本中第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分值；n——災(zāi)害樣本的個(gè)數(shù)；ri——第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)總值；m——評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；Si——第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

表1 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表2 地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化與分級(jí)

3.1 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化與分級(jí)

在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系后，進(jìn)一步要確定他們的分級(jí)，一般情況下，指標(biāo)的分級(jí)應(yīng)與危險(xiǎn)性分級(jí)相對(duì)應(yīng)。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分為高危險(xiǎn)、較高危險(xiǎn)區(qū)、中等危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)五級(jí)，分別賦值為5、4、3、2、1，相應(yīng)地將評(píng)價(jià)指標(biāo)也用五級(jí)來(lái)描述。危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)如表3所示，分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果參見(jiàn)圖4。

表3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化與分級(jí)

易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)同樣相應(yīng)地將評(píng)價(jià)指標(biāo)也用五級(jí)來(lái)分級(jí)描述，分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果參見(jiàn)圖5。

表4 地質(zhì)災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖4 管道地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)分區(qū)

圖5 管道地質(zhì)災(zāi)害易損分區(qū)

4 管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)

4.1 管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

基于GIS多因子綜合疊加模型，利用柵格計(jì)算器將獲取到的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性、易損性各指標(biāo)與其對(duì)應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，然后綜合兩方面的評(píng)價(jià)成果，最終完成區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算。

合理地確定地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)界線值是風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，一般采用自然斷點(diǎn)法和等間距法[11-12]，本次采用前者，將管道沿線地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)劃分為地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)五個(gè)不同等級(jí)[13-14],各單元確定的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表5，最終得到管道沿線地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)圖(圖6)。

表5 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)等級(jí)分區(qū)

圖6 管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)、分段

4.2 管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分段

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分區(qū)圖對(duì)管道進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分段，將管道劃分成了50個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)段，其中：高風(fēng)險(xiǎn)段2段，較高風(fēng)險(xiǎn)段14段，中風(fēng)險(xiǎn)段20段，較低風(fēng)險(xiǎn)段14段(表6)。

表6 管道沿線地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分段評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)

4.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

將現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)圖層與各管道地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖疊加，結(jié)果顯示災(zāi)害大多落在中等～高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段。同時(shí)，將評(píng)價(jià)分區(qū)分段結(jié)果與野外調(diào)查分段結(jié)果對(duì)比，評(píng)價(jià)結(jié)果與調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果相符(圖6)。

5 結(jié)論

(1)區(qū)域管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性、易損性的組合，災(zāi)害的易損不僅包括災(zāi)害本身造成的損失，還包括管道因地質(zhì)災(zāi)害破壞泄漏造成的后果損失。

(2)采用貢獻(xiàn)率模型作為確權(quán)方法，利用管道沿線地質(zhì)災(zāi)害作為統(tǒng)計(jì)樣本點(diǎn)，有效避免了人為因素的影響。

(3)完成了普光氣田地面集輸氣管線地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，將管道沿線地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)劃分為地質(zhì)災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)五個(gè)不同等級(jí),并根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分區(qū)圖對(duì)管道進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分段，將管道劃分成了53個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)段，其中：高風(fēng)險(xiǎn)段2段，較高風(fēng)險(xiǎn)段14段，中風(fēng)險(xiǎn)段20段，較低風(fēng)險(xiǎn)段14段。