基于指标评分法的单体管道地质灾害风险评价
2015-12-28

      ——以土质滑坡为例

摘 要:以土质滑坡为例,介绍了基于指标评分法的单体管道地质灾害风险性评价的理论与方法基于指标评分模型将管道地质灾害风险评价划分为地质灾害风险概率评价、管道后果损失评价两部分,通过构建管道地质灾害风险性评价体系,将管道地质灾害风险评价划分为5个指标模块,采用层次分析法确定各指标模块的权重;采用后果指数评分法作为管道失效后果损失评价模型,建立风险概率和失效后果概率评价矩阵,并划分为5个风险等级、应用此方法选取4个典型土质滑坡点进行风险评价,结合野外风险定性评价与勘察成果对比,两者评价结果基本一致。

关键词:单体管道 地质灾害风险评价 地质灾害风险概率 管道后果损失评价 矩阵

0 引言

风险往往是与灾害密不可分的。管道风险常常是与地质灾害相关联的,一些管道沿线的地质环境和自然地理条件复杂多样,山高谷深、地形陡峻、地震及活动断裂十分发育,造成崩塌、滑坡、泥石流、岩溶塌陷等地质灾害,威胁着管道的运行安全。特别是在山区、丘陵区、黄土分布区、岩溶发育区等地质灾害易发区,管道的建设和运营受到地质灾害的威胁及危害情况更为严峻[1-2]。因此对管道沿线地质灾害进行风险性研究,通过了解各灾害体的诱发因子和相应的响应模式及其对管道的破坏力,建立科学的评价模型,对管道运行与维护有着重要的意义。

1 基于指标评分法的管道地质灾害风险评价模型

基于指标评分法的管道地质灾害风险评价模型是一种半定量的评价模型,它包括地质灾害风险概率与管道失效后果两部分的评价,通过构建风险概率指数与后果指数风险矩阵,用矩阵表示管道地质灾害的风险等级划分[3]。对单体管道地质灾害的风险评价,就是通过分析灾害风险概率及管道失效后果,查询分析结果在建立的风险评价矩阵中对应的等级,完成灾害体的风险评价。该评价模型可用以下关系式表达:

R=P(R)·E         (1)

式中,R为管道地质灾害风险矩阵,代表管道地质灾害风险等级;P(R)为管道地质灾害风险概率指数矩阵,代表管道地质灾害发生失稳或变形造成管道破坏的可能性分级;E为管道失效后果指数矩阵,代表管道失效后的损失的分级。

11 管道地质灾害风险概率

管道地质灾害风险概率又由地质灾害易发性(H)与管道易损性(V)两部分构成[4]。可以用以下关系式表达管道地质灾害风险概率:

P(R)=H·V        (2)

地质灾害易发性()是指地质灾害发生失稳或者变形的可能性,因此地质灾害易发性评价包含两个方面的内容:自然条件下地质灾害发牛的容易程度(H1)和人工防治措施对地质灾害发生的减缓作用(H2)HH1H2两方面共同作用的反映,可以用以下关系式表达:

 

式中,y1i为自然条件下灾害发生指标,代表影响灾害发生的自然因素,包括坡度、坡面形态等;y2i为灾害发生减缓措施指标,代表灾害已建工程对灾害发生的减缓作用,包括抗滑加固措施、风化防护措施等;w1iw2i分别为对应的指标权重;n1n2分别表示灾害发生指标个数和防治指标的个数;a为归一化因子,代表指标量化的归一化标准值,文中取10

管道易损性(V)是指管道在地质灾害作用下发生破坏的容易程度,因此管道易损性评价包含两方面的内容:地质灾害发生后,管道发生破坏的容易程度(V1)和管道防治措施对灾害破坏管道的的减缓作用(V2)VV1V2两方面共同作用的反映,可以用以下关系式表达:

 

式中,y3i为管道失效指标,代表管道发生损坏的容易程度,包括管道埋深、位置、管道敷设方式等;y4i为管道防护指标,代表管道防护措施对管道遭受灾害破坏的减缓作用,包括管沟回填、保护层等;w3iw4i分别为对应的指标权重;n3n4分别表示管道失效指标个数和管道防护指标个数;a为归一化因子,代表指标量化的归一化标准值,文中取10

12 管道失效后果

管道失效后果(E)就是指管道遭受地质灾害破坏后所产生的影响,由管道失效产品危害系数(PH)、泄漏系数(SP)、扩散系数(DI)、破坏系数(RC)4部分组成,其中PH代表管道失效后,管道内输送介质的危害性指标;即代表在设定时间内输送介质的泄漏量指标;DI代表输送介质扩散的速度指标;RC代表输送介质泄漏后扩散的影响范围以及发生泄漏后对周围人口、环境和建筑等造成的损失指标。可以用以下关系式表达:

E=PH·SP·DI·RC      (5)

2 管道地质灾害风险评价指标体系

以土质滑坡为例,结合管道沿线土质滑坡发生的机制及发育特征,综合考虑,最终选取坡度、坡面形态、高差等12个因子作为灾害发生概率指标,选取抗滑加固措施、风化防护、排水截水3个因子作为灾害防治指标,选取管道埋深、管道位置、管道敷设方式3个因子作为管道失效指标,选取管沟凹填、保护层2个因子作为管道防护指标,构建出管道地质灾害定量风险评价体系[5-7](1)

 

21 风险概率指标体系

管道地质灾害风险概率模型包括灾害发生概率、灾害防治、管道失效概率、管道防护4部分,为了求取灾害的风险概率值,需要对各评价指标进行分级,为每种评价指标的每个存在状态进行分级赋值,分数取值范围为110,对灾害发生的可能性越大分值越高。通过对现有71处单体管道滑坡灾害样本进行统计分析,对可量化的评价指标(例如坡度、高差、坡向与岩层倾向夹角等)进行定量分级;对可半定量的评价指标(坡面形态、土体密实度、土体类型等)根据其指标分类对灾害的贡献情况进行分级赋值;对不可定量的指标(地表入渗、人类工程活动、坡脚冲刷等)进行定性分级赋值。4个部分评价指标分类与赋值见表1

 

22 失效后果指标体系

管道失效后果采用WKentMuhlbauer建立的泄漏影响因子作为失效后果评价模型(后果指数评分法)。该模型包括4部分:管道失效危害系数、泄漏系数、扩散系数、破坏系数,4部分进行风险评价指标分类与赋值可参见《油气管道地质灾害风险管理技术规范》。

3 管道地质灾害风险评价实例

选取西南管道沿线4个典型土质滑坡灾害点[8-10],利用指标评分法对管道滑坡灾害风险进行评价,以验证评价模型的可行性。

1)风险指标状态数据收集。根据管道地质灾害风险指标体系指标分类与赋值表(1)对选取的4处土质滑坡灾害点进行量化打分。

2)风险概率和后果评价。利用指标评分模型分析计算管道地质灾害风险性,在进行内部指标分类赋值后,还需要对各指标进行确权,确权的方法有很多种,此次研究采用层次分析法确定地质灾害风险概率体系中各指标模块内部指标的权重,并对各内部指标进行赋值量化,根据指标评分模型求出管道地质灾害风险概率指数、管道失效后果指数(2)

 

3)风险等级的划分与确定。基于指标评分法的管道地质灾害风险评价模型是在求得风险概率指数和失效后果损失指数后,建立风险概率指数和失效后果概率指数风险评价矩阵,通过矩阵表示管道地质灾害的风险等级。根据模型可以分析出,风险概率指数范围为01,结合管道沿线地质灾害的特点与专家意见,将其划分为低(00.1)、较低[0.10.2)、中[0.20.3)、较高[0.30.4)、高[0.41]5级;失效后果损失指数范围为01450,结合管道沿线地质灾害的特点与专家意见,将其划分为低(010)、较低[1090)、中[90300)、较高[300860)、高[8601450]5级。根据以上分类分级标准,可以得出选取的4个滑坡的风险概率与失效后果损失的等级,通过构建管道地质灾害风险评价矩阵 (3),最终确定灾害的风险等级。结合野外定性风险评价与勘察成果中滑坡的稳定性计算,对比以上评价结果,基于指标评分法评价结果和野外定性评价结果及勘察成果基本一致(4),能够满足实际应用需求。

 

 

4 结论

1)基于指标评分法的管道地质灾害风险评价模型是一种半定量风险评价模型,包括灾害的风险概率与管道失效后果两个部分的评价,通过构建风险概率指数与后果指数风险矩阵,将管道地质灾害风险划分为低、较低、中、较高、高5级,最终通过矩阵表示管道地质灾害的风险等级。

2)选取西南管道沿线4个典型土质滑坡灾害点,利用指标评分法分析管道滑坡风险性,结合野外定性风险评价,对比发现基于指标评分法评价结果和野外定性评价结果及勘察成果基本一致,能够满足实际应用需求。评价结果比较满意,对管道沿线单体地质灾害风险评价具有一定的实用性。

 

参考文献

[1]吴彩燕,王青.山区灾害与环境风险研究[M].北京:科学出版社,2012

[2]陈国辉.西南管道公司管道沿线地质灾害评价体系、评价模型研究报告[R].成都:四川省地质工程勘察院,2014.

[3]国家能源局.SYT 6828—2011油气管道地质灾害风险管理技术规范[S].北京:石油工业出版社,2011

[4]王其磊.长输管道地质灾害定量风险评价技术研究[D].北京:中国地质大学,2012

[5]李水平.西气东输管道沿线环境地质灾害风险评价研究[D].成都:西南交通大学,2008

[6]李剑锋.基于GISRS技术的汶川地震与次生地质灾害评价[D].北京:中国地质大学,2010

[7]邓清禄,谭剑,王学平,等.忠武管道山区段管道敷设方式与地质灾害关系[C]//China International Oil& Gas Pipeline Conference论文集.北京:科技出版社,2013166-170

[8]钟涵翰,杨成程,王敏,等.兰成渝输油管道地质灾害调查与整治规划报告[R].成都:四川省地质工程勘察院,2013

[9]刘玉生,周游,徐硕,等.兰郑长输油管道地灾调查及整治规划报告[R].成都:四川省地质工程勘察院,2013

[10]陈向新,颜宇森,高剑锋,等.中缅油气管道地质灾害防治研究报告[R].北京:北京中地华安地质勘查有限公司,2013

 

 

 

 

本文作者:刘迎春 石云山 卢启春 肖海艳 吴森

作者单位:中国石油管道公司郑州输油气分公司

  中国石油管道公司西安输油气分公司

  中国石油管道公司

  四川省地质工程勘察院

 

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