输油管道地质灾害风险分级方案研究

输油管道地质灾害风险分级方案研究

近年来，兰（州）-成（重庆）-重庆油气管道（2002年交付）、西京东输（新疆塔利木-上海，2004年交付）和楚县-武汉输气管道（2004年交付）的管道相继投入运行，引起了人们的注意。随着我国在山区大规模铺设管道的开始,影响管道安全的地质灾害问题开始涌现。以忠县—武汉输气管道为例,根据2007年底的调查,在输气管道沿线,总共发现了各类地质灾害点225处。如此众多的地质灾害,不可能全部投资进行工程治理,需要确定地质灾害轻重缓急,制定分期整治规划,因此需要对地质灾害进行分级。为此,笔者提出了一种基于风险的管道地质灾害分级方案。1自然灾害风险评价与评估目前已有多种关于地质灾害危害性或重要性等级划分(分类)的方案(表1),如《地质灾害防治条例》按照人员伤亡、经济损失的大小将地质灾害分为特大型、大型、中型和小型4个等级,《地质灾害危险性评估技术要求》按地质灾害危险性将地质灾害分为危险性大、中、小3级,《岩土工程勘察规范》[GB50021-2001]及《建筑边坡工程技术规范》[GB50330-2002]按破坏后果的严重性划分工程安全等级分(三级),《崩塌滑坡泥石流详细调查规范》根据受威胁人数及直接经济损失进行灾害程度分级(分四级)。上述的地质灾害分类(分级)均是从地质灾害产生的后果即损失角度进行划分的。然而只有能够反映地质灾害轻重缓急特性、便于决策部门根据优先排序并采取相应的治理、搬迁避让、监测等措施的分级,才可能更有效地满足管理部门决策的需要,这样的分级应包括灾害体稳定性或活动性状态、危害性大小及可能造成的损失程度等,也就是既应包括致灾体本身的特征,也应包括危害对象或承灾体的特征。表1中的地质灾害分级(分类)是从地质灾害产生的确定性事件进行划分的。通常情况下,未来可能发生的地质灾害是不确定性事件。风险是针对不确定事件而言的,这就提出了地质灾害风险和地质灾害风险分析的问题。地质灾害风险评估管理是近一二十年来在地质灾害评价管理中逐步得到重视的领域。20世纪90年代开始,围绕国际减灾十年计划行动,北美及欧洲许多国家在原滑坡稳定性分区研究的基础上开展了斜坡稳定性与土地使用关系的风险评价研究,把原来单纯的滑坡稳定性研究拓展到了综合减灾效益研究,相应地在地质灾害风险理论和风险评估方法等方面都进行了探索;国内马宗晋提出了用灾度表示自然灾害破坏损失的规模;张梁等根据环境经济学理论,初步论证了地质灾害的属性特征和风险评价的经济分析方法;基于风险管理的理念和方法在输油气管道地质灾害管理中已得到较好的发展和应用,并构建了定性、半定量及定量的风险评估方法。总结近10年来国内外地质灾害风险评价及发展,关于地质灾害风险的看法比较趋于一致,即地质灾害风险包括灾害发生破坏的可能性及其所产生的后果(损失)两方面。因此从地质灾害风险角度对地质灾害进行分级,并作为工程防治规划的依据,更具有合理性。最近张茂省等在相关地质灾害风险调查中,从地质灾害风险分级角度进行了有益的尝试。2管道一种特殊的灾害风险对自然地质灾害,根据其发生的地理位置,即有山地、平原、滨海和海洋等地质灾害之分。山地地质灾害主要包括崩塌、滑坡、泥石流、活断层错动、采空区或岩溶塌陷等类型;平原地质灾害主要包括地面沉降、地裂缝、土地盐渍化等;滨海地质灾害主要包括海水入侵、海岸侵蚀等;海洋地质灾害主要包括海底滑坡等。从目前我国长输油气管道地质灾害危害现状看,主要是山地地质灾害。在笔者讨论管道地质灾害的风险分级中,重点考虑的地质灾害类型是山区较为常见的崩塌、滑坡和泥石流。进行管道地质灾害风险分级需要突出考虑以下几点原则:①立足于定性分析,力求直观、简便、快速,实用性和可操作性强;②反映地质灾害主体特点,如易发性(崩滑体稳定性、泥石流易发性)等;③反映对管道构成危害的大小,如可能导致管道破裂、变形或防护层损伤等;④反映地质灾害发生后因管道泄漏对周围环境的影响,如周围是否存在城镇、生命线工程等。笔者提出的管道地质灾害风险分级立足于地质灾害调查识别阶段,以野外地质灾害调查获得的基本数据为依据,通过宏观分析与定性判断进行定性的分级。管道地质灾害风险分级必须考虑管道地质灾害的特殊性,即管道具有埋深浅、线状、薄壳结构及内含高压易燃易爆介质的性质。较小规模的地质灾害,也可能对管道造成重大危害,如对于危岩体,一块小至不足1m3的坠落岩块,也可能砸损管道,因此致灾体体积是一个影响因素,但不是决定性的因素;一些地质灾害尚未失稳破坏或爆发,但只要达到一定程度的位移变形就可能会对管道构成严重威胁,因此对于处在滑坡体中的管道,应关注滑坡变形过程中管道破坏的可能性。构成管道地质灾害,必要条件是存在灾害的主体,充分条件是管道在灾害影响范围内。同样在地质灾害危害范围内的管道,危害程度也会因为地质灾害与管道的空间关系、是否有管道保护措施等因素而存在差异,因此管道地质灾害风险等级的高低与管道受危害的程度是密切相关的。在地质灾害风险分级标准中对管道受危害程度的衡量,参考了管道事故一级应急预案的事故分类方案。进行管道地质灾害风险分级,有必要考虑灾害周围的社会经济环境,管道事故一级应急预案的事故分类及国际上推行的输油气管道完整性管理也将作为重要因素加以考虑。在笔者的地质灾害风险分级中,将城镇、交通干线(如铁路、高等级公路、主要通航河道等)纳入地质灾害风险分级的考虑要素之一。在以上原则的基础上,将致灾体的稳定性(或易发性)、管道可能遭受的危害性及环境影响3因素,根据各自程度由高到低分为3级(表2)。综合影响管道地质灾害风险的3因素,且突出管道承受的危害性,将管道地质灾害风险分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3级。Ⅰ级风险:①对管道的危害性为Ⅰ级,其他两因素至少有一种为Ⅰ级且地质灾害的稳定性(或易发性)不出现低于Ⅱ级的因素;②对管道的危害性为Ⅱ级,其他两因素为Ⅰ级。Ⅱ级风险:不能归入Ⅰ或Ⅲ级风险者。Ⅲ级风险:①对管道的危害性为Ⅱ级,其他两因素均为Ⅲ级;②对管道的危害性为Ⅲ级,其他两因素至少有一种为Ⅲ级且地质灾害的稳定性(或易发性)不出现高于Ⅱ级的因素。3忠县至武汉输气管道灾害风险分类3.1自然灾害多发区忠县—武汉输气管道干线从重庆忠县至武汉,支线辐射至湖南长沙、湖北黄石和襄樊,2004年底建成通气,总长1375km,其中400km管线穿越渝东、鄂西山区。起伏变化大的地形、复杂的地层组合与构造变形条件、多变的气象及近期人类工程活动的加剧等,使该区成为地质灾害多发区。近年来管道干线已经出现了危岩坠落砸损管道、滑坡损伤管道、山洪及泥石流导致漂管等事件,同时管道公司已陆续投入了大量资金进行地质灾害整治。根据2007年野外调查,忠县到宜昌山区段管道沿线共查出225处(线段)地质灾害点(线段),其中,滑坡34处,崩塌(危岩体)32处,水工点(包括挡墙、排水渠、过河硬覆盖等)损毁159处。3.2要按近期、中期、远期3阶段进行规划,分别对应、、级风险按表2的管道地质灾害风险分级指标,对调查的滑坡和崩塌(危岩)逐个确定其风险等级,部分结果列于表3。34个滑坡风险分级结果中,属于Ⅰ级的9个,占26%;属Ⅱ级的19个,占56%;属Ⅲ级的6个,占18%。32处崩塌风险分级结果中,属于Ⅰ级的4个,占12%;属Ⅱ级的23个,占72%;属Ⅲ级的5个,占16%。按照风险分级结果,对地质灾害进行整治规划,按近期、中期、远期3阶段进行规划,分别对应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级风险。风险等级划分较好地满足了整治规划的编制工作,目前忠县—武汉输气管道沿线被纳入近期规划的、属于Ⅰ级风险等级的地质灾害防治工作已经开始落实。4分级结果分析我国穿越山区的长输油气管道近年来快速增加,与此相伴随的威胁管道安全的管道地质灾害开始涌现,防治管道地质灾害将成为管道管理部门的一项重要任务。笔者提出了基于风险的管道地质灾害分级方案,将风险等级由高到低分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。风险等级划分指标因素包括:①地质灾害致灾体因素,即