徐 江，羅本全，李卿辰，朱登科，葉小兵

（四川省地質(zhì)工程勘察院集團有限公司，成都 610072）

水毀災(zāi)害是長輸油氣管道最主要的地質(zhì)災(zāi)害類型，由于其具有多發(fā)性和突發(fā)性，對管道運行安全形成重大威脅[1]。水毀災(zāi)害治理，也是管道管理部門投入防治資源最多的災(zāi)害類型，約占災(zāi)害防治投資總額的80%[2-3]。

國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司近年來為防范各類水毀災(zāi)害對管道線路的威脅，新建和維建了大量的防治工程，為保障管道安全平穩(wěn)運營發(fā)揮了重要作用，尤其部分在役重點防治工程發(fā)揮作用更加顯著。為進一步了解上述防治工程的防護效果、工程質(zhì)量，以及部分在役時間較長防治工程繼續(xù)發(fā)揮防護效果的能力，查找防治工程在設(shè)計、施工中的經(jīng)驗和不足，指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害、水毀災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)工作，需針對部分在役重點防治工程開展有效性評價工作。

近年來，蘭成渝管道、中緬管道等項目在建設(shè)和維護過程中，均組織開展過相關(guān)的研究：冼國棟等[4]通過災(zāi)害影響因素分析，確定評價指標體系因子，并分析影響因子的敏感性；穆樹懷等[5]結(jié)合不同施工階段，通過對比分析，對典型地質(zhì)災(zāi)害危險性進行評估，提出針對性防治方法；鐘威等[6]基于地質(zhì)災(zāi)害對管道的危害形式分析，計算各影響因素的權(quán)重，建立管道地質(zhì)災(zāi)害危險性評價指標體系；趙園園等[7]通過現(xiàn)場踏勘和資料識別潛在地質(zhì)災(zāi)害點，對沿線的災(zāi)害分布規(guī)律進行研究，分析各點的發(fā)育情況和危險性，提出相對應(yīng)措施。上述評價方法主要針對管道地質(zhì)災(zāi)害建立評價體系，而通過近10 年對各處管道的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，水工保護工程中存在著非因地制宜、施工質(zhì)量參差不齊、項目評價未得到重視等問題[8]，因此，針對上述問題，需建立一套完整的管道水工保護工程有效性的評價體系。

1 常見水毀災(zāi)害對油氣管道的危害

1.1 臺田地水毀災(zāi)害

臺田地災(zāi)害是一種最為常見的水毀災(zāi)害，管道沿臺田地鋪設(shè)，尤其在臺階狀田地下，發(fā)育有暗溝等病害，在局部段中，由于施工時回填夯實不足等原因，在農(nóng)田灌溉水和雨水作用下形成類似管涌的病害，并產(chǎn)生淺埋、外露、懸空等威脅管道安全，此類災(zāi)害管道危害長度適中。

1.2 河溝道水毀災(zāi)害

河溝道水毀災(zāi)害是一種季節(jié)性災(zāi)害，管道穿越或平行鋪設(shè)于河道。由于溝床堆積層較淺、河道蜿蜒曲折、溝道縱坡較大等問題，在河溝道水流作用下，下切作用危害性較大，易發(fā)生沖毀管線或管堤，造成露管、懸空、斷管等病害，嚴重威脅管道安全，此類災(zāi)害管道危害長度較大，與河道寬度和長度有關(guān)。

1.3 坡面水毀災(zāi)害

坡面水毀災(zāi)害的規(guī)模性一般較大，管道沿斜坡順向或橫向鋪設(shè)，在具有一定坡度的山嶺地段，其地表土體較為松散，植被稀少，在雨水或山間沖溝作用下，對坡面產(chǎn)生較強的侵蝕和沖刷作用，沖毀表面管堤和覆土，造成淺埋、露管、懸空等病害，威脅管道安全，此類災(zāi)害管道危害長度較長，與地貌特征、坡度等因素有關(guān)。

2 水毀災(zāi)害有效性評價方法

2.1 有效性評價指標體系

基于“輸入-輸出”評價模式[9]，并考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性和可操作性，排除了對效能水平影響不大且非共性因素，提出了以下效能評價模式，如圖1 所示。

圖1 防治工程有效性評價模式

根據(jù)防治工程有效性評價的原理和指標體系的建立準則，使用層次分析法來建立防治工程有效性評價的指標體系。該指標體系包括4 個層次：目標層、準則層、指標層和變量層。各層次數(shù)據(jù)見表1。

表1 有效性評價指標體系結(jié)構(gòu)

目標層代表課題研究的總體目標。準則層涵蓋了有效性評價所包含的不同指標類別。指標體系在準則層被劃分為3 個部分。

1）防治工程投入準則層。由于本項目是管道水毀災(zāi)害防治工程的有效性評價，不涉及項目投資，故本次評價不考慮工程投入準則層。

2）風(fēng)險減緩效益準則層。根據(jù)管道系統(tǒng)面臨的風(fēng)險類型，本次評價準則層共建立了3 個指標層（管道風(fēng)險減緩效益、附屬設(shè)施風(fēng)險減緩效益、第三方風(fēng)險減緩效益），總計包含14 個變量層。

3）工程可用性準則層。工程可用性準則層用于評估防治工程在有效性評價時間點之后繼續(xù)發(fā)揮效能的能力。該準則層包含5 個指標層和28 個變量層，具體細節(jié)參見表2。同時，為了評估不同類型結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量，設(shè)立了4 種主流結(jié)構(gòu)的評價指標。

表2 有效性評價各工程現(xiàn)狀質(zhì)量指標

2.2 風(fēng)險減緩效益計算

對于風(fēng)險減緩效益準則層進行評價，發(fā)生概率分為“高”“中”“低”“無”4 個等級，嚴重程度分為“高”“中”“低”3 個等級。其中原風(fēng)險和現(xiàn)風(fēng)險的最大值和最小值均為10 和0，中間還有分值8、6、4、2等。防治工程風(fēng)險減緩效益指數(shù)RRI 的取值范圍為0～10。

風(fēng)險減緩效益指數(shù)（RRI）由式（1）計算

式中：wj為第j個指標的權(quán)重；wji為第j個指標中第i個變量的權(quán)重；ryji為第j個指標中第i個變量的原風(fēng)險值；rxji為第j個指標中第i個變量的現(xiàn)風(fēng)險值。借助層次分析法[10]和專家咨詢，確定了各指標下 變量之間的權(quán)重關(guān)系，見表3。

表3 風(fēng)險減緩準則層各指標下變量間的權(quán)重關(guān)系

2.3 工程可用性效益計算

對于工程現(xiàn)狀質(zhì)量指標中的各變量進行評估。3個等級的劃分標準為：好（無需設(shè)置）、一般、差，分別對應(yīng)得分10、8、4。5 個等級的劃分標準為：好、較好、一般、較差、差，分別對應(yīng)得分10、8、6、4、2。對于工程后期維護水平指標中的各變量，劃分為好、一般、差或好、一般、差、無，分別賦予得分10、8、4 或10、8、4、0。

防治工程可用性指數(shù)AI 介于0～10 之間，計算公式見式（2）。

式中：wj為工程可用性準則層中第j個指標的權(quán)重；wji為第j個指標中第i個變量的權(quán)重；uji為第j個指標中第i個變量的分值。

其中，工程現(xiàn)狀質(zhì)量權(quán)重為0.9，工程維護水平權(quán)重為0.1（防止人為破壞0.2，維護局部損害0.5，清除淤積障礙0.3）。工程現(xiàn)狀質(zhì)量下各指標下變量之間的權(quán)重關(guān)系見表4。

表4 可用性準則層（工程現(xiàn)狀質(zhì)量）各指標下變量間的權(quán)重關(guān)系

2.4 有效性評價標準

對防治工程進行有效性評價，最直觀的評價結(jié)果主要由以下2 個指標體現(xiàn)。

1）風(fēng)險減緩效益指數(shù)RRI。RRI 指數(shù)的滿分為10 分，分數(shù)越高表示工程的作用越大。較高的RRI 值反映了工程在保護管道系統(tǒng)方面取得的效果越為明顯。這意味著工程所采取的防治措施和策略成功地降低了潛在風(fēng)險的發(fā)生概率和嚴重程度，從而保障了管道系統(tǒng)的安全運行。RRI 指數(shù)的評估結(jié)果可以為工程管理人員提供重要的參考，以評估工程的整體效益，并為未來的風(fēng)險管理決策提供指導(dǎo)。通過不斷提高RRI指數(shù)，工程管理者可以進一步改進防治工程措施，確保管道系統(tǒng)在面對風(fēng)險時能夠更有效地應(yīng)對，提高整體安全性和可靠性。一般而言，RRI 超過4 分的即是風(fēng)險減緩效益非常好的防治工程，低于2 分的可認為該防治工程防護效果不良。

2）工程可用性指數(shù)AI。工程可用性AI 指數(shù)是工程質(zhì)量現(xiàn)狀和工程維護水平的綜合反映，前者占90%權(quán)重，后者占10%權(quán)重。AI 指數(shù)滿分是10 分，分數(shù)越高，質(zhì)量越好，工程可維護水平也越好。質(zhì)量較好的工程AI 指數(shù)大體在8 分以上，如果AI 指數(shù)在6 分以下，說明工程質(zhì)量不盡如人意。

3 應(yīng)用與驗證

該工程位于云南省大理州漾濞縣龍?zhí)多l(xiāng)水竹坪村中緬天然氣管道某點處，管道穿越吐嚕河，穿越段河道寬約20 m，河流為常年流水，水流較急，汛期水量較大，管道曾出現(xiàn)部分露管現(xiàn)象。穿越段河道兩岸修建有漿砌石護岸擋墻，共長90 m，高2.5 m，管道下游修建有混凝土淤土壩，長約20 m，深約1.5 m，淤土壩下游修建鋼筋石籠護坦，長20 m，寬1 m，高1.5 m（圖2）。從防護效果看，護岸擋墻有效地保護了河水對岸坡的沖蝕，淤土壩對管道穿越段的淤積效果明顯，提高了管道埋深。目前，護岸擋墻基礎(chǔ)局部掏蝕，淤土壩大面積垮塌，下游鋼筋石籠護坦已完全損壞，已喪失防護能力。

圖2 油氣管道某點水工保護工程損毀現(xiàn)場

經(jīng)過計算得出，風(fēng)險減緩效益指數(shù)RRI=4.18，說明該工程修建后防護非常明顯，很好地防止了河岸的側(cè)蝕和河床的下切，保證了管道埋深。防治工程可用性指數(shù)AI=5.94，說明該工程質(zhì)量與工程維護性均較差，繼續(xù)發(fā)揮防護效果的潛力較低，建議重建淤土壩以及鋼筋石籠護坦。

4 結(jié)束語

本文在明確水毀災(zāi)害類型的基礎(chǔ)上，采用“生產(chǎn)函數(shù)”模式，建立多個指標層下的變量指標，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計、施工人員的建議和指導(dǎo)，確定各指標的權(quán)重，建立油氣管道水工保護工程有效性評價。通過實際案例的應(yīng)用，反應(yīng)該有效性評價的準確性和可靠性。結(jié)合該水工保護工程有效性評價體系，可指導(dǎo)相關(guān)單位在進行調(diào)查、勘察過程中詳細了解水毀危害的類型、威脅管道方式、災(zāi)害體與管道位置關(guān)系、管道周圍巖土體類型等，對災(zāi)害點進行風(fēng)險評價，并根據(jù)風(fēng)險大小進行排序，制定更加完善的水工保護規(guī)劃。