泰青威天然气管道临朐段水毁灾害分布特征与风险评价

张成信， 魏龙飞， 唐尧， 王艳超， 代晓光， 任永健

(1.中化地质矿山总局地质研究院，北京 100101； 2.四川省安全科学技术研究院，四川 成都 610045)

0 引言

泰青威管线天然气主要来自西气二线，管道干线西起泰安市，东至威海市，途径泰安、莱芜、淄博、潍坊、青岛、烟台、威海，全线贯通胶东半岛，对保障山东地区能源供应具有重要意义[1]。2011年投产运营以来，对胶东半岛及胶州湾地区的经济发展和环境保护起到了重要作用，为山东省部分地区天然气安全平稳供应提供了保障，并将进一步助力“蓝色半岛”对接“一带一路”，为促进经济发展、提高居民生活水平提供了保障支持。

水毁灾害是地质灾害的一种特殊类型，主要是指水体流经管道及其周边岩土体时，其流动过程引发的水土流失，并引起管道覆层变薄、裸露、悬空等现象。长输油气管线，因其管道线路长，经过或跨越的场地条件复杂，常遇到各种各样的地质灾害[2]。临朐段自西向东依次跨越鲁中南丘陵区、准平原区和低山区，总长71 km，穿越大、中、小型河流及沟渠17次，地质条件复杂，沿线人类工程活动频繁。管道及其附属设施受以上环境介质中诸多因素的长期影响(干扰)，沿线突出发育坡面水毁、河沟道水毁和台田地水毁等各种地质灾害，对管道的正常营运构成严重威胁。泰青威天然气管道“2019.3.20”泄漏爆炸着火事故发生于临朐县嵩山生态旅游区朱家坡村NE方向，临朐段K160+200 m处，事故虽未造成人员伤亡，但造成直接经济损失900余万元。经专业调查，事故原因为管道施工焊接工艺不符合要求、现场管理监理不到位、检测执行标准不到位和隐患排查不力等。为最大限度降低泰青威管线承受各种自然灾害的风险，有效防止输气管道失效事故的发生[3]，及时对原油管道地质灾害风险性做出评价是风险管理和灾害管理的基础，是地质灾害防治工作中的重要环节[4]。本文在野外管道沿线地质灾害调查的基础上，对影响管道安全的风险因素进行了分析，对管道地质灾害易发程度进行了分区和风险评价，旨在为后期管道的安全运营和风险整治提供有力的技术支撑。

1 地质灾害类型及分布特征

1.1 地质灾害类型

泰青威管道临朐段自西向东依次跨越鲁中南丘陵区、准平原区和低山区。管道沿线属鲁中、鲁东暖温带季风气候区，气候温和，四季分明。受自然地理、地质环境的影响，主要发育水毁灾害，具体为坡面水毁、河沟道水毁和台田地水毁3种，同时第三方施工活动也对管线及其附属设施构成了一定程度的威胁。2019年，潍坊地区受“利马奇”台风集中性强降雨的影响，多处挡墙垮塌，河流河床冲刷下切扩宽。本文调查新发现水毁灾害15处(图1)，如临朐段三岔河河沟道水毁和柳山镇南福山坡面水毁等(图2)。其中坡面水毁6处，河沟道水毁4处，台田地水毁5处，均为中小型规模。诱发因素主要为强降雨，其导致坡面受损，原有浆砌石和干砌石挡墙垮塌且并发地面塌陷等。

1.台田地水毁及其编号； 2.坡面水毁及其编号； 3.河沟道水毁及其编号； 4.管线及输气站； 5.阀室及其编号； 6.里程桩及其编号； 7.省道及其编号； 8.低易发分区及其编号； 9.中易发分区及其编号

1.2 分布特征

临朐段管道沿线地质灾害分布广泛，空间特征复杂，展现出不同地形地貌区地质灾害的发育重点及发育密度的不均匀性，这与管道所处的地质环境条件密切相关。

通过统计分析本次水毁灾害调查成果，新发现的15处水毁灾害(隐患)中，按照地形地貌及其水毁灾害发育特征可划分为3个区段，按桩号划分，分别为K147—K180管段、K180—K190管段和K190—K215管段。其中K147—K180管段有7处，K180—K190管段有2处，K190—K215管段有6处。由管道沿线地质灾害空间分布和地质灾害(隐患)点发育密度统计表(图1、表1)可知，K147—K180管段和K190—K215管段地质灾害发育密度较高。因为其处于中低山丘陵地貌，地质环境条件较复杂，地形起伏较大，水毁灾害较发育。

表1 管线地质灾害(隐患)点发育密度统计

2 诱发因素及危害性

地质灾害的产生和发展是环境和人类活动共同作用的动态过程, 其对人类生活和城市发展具有深远的影响[5]。管道沿线跨越多个地貌单元，地形地貌、工程地质条件复杂，地质灾害发育程度有所不同。不同地质环境会诱发不同类型的地质灾害，其诱发因素主要包括集中性强降雨、地形地貌、地层结构及岩土体性质和人类工程经济活动等。

不同类型的地质灾害有不同的形成条件、孕育过程、作用方式、致灾机理和危害特点，其对管道的危害方式、危害程度和后果也不尽相同。有的长期缓慢作用于管道，累进破坏； 有的则突然发生，猛烈破坏管道； 同一种地质灾害，因灾害体与管道的位置关系不同，其对管道的危害方式和危害程度也不同。根据现场调查成果，通过对临朐段主要地质灾害与管道的相互关系、危害方式和危害后果进行综合分析，得到各类地质灾害诱发因素和危害性特征(表2)。

表2 临朐段管道沿线发育的主要地质灾害类型、诱发因素及危害概况

3 风险评价

在管道设计、施工和运行期间，管道公司会采用各种技术措施来预防管道事故的发生。为了更准确地预测管道未来运行状况，有效防止灾难性事故的发生，风险评价技术被引入到管道地质灾害管理评价中来[6]。

单体管道地质灾害风险评价通常采用定量评价法、半定量评价法和定性评价法3套标准。在管道地质灾害整治规划阶段，宜采用定性评价与半定量评价相结合的评价方法。定性评价内容包括地质灾害易发性、管道易损性以及失效后果的评价和分级，根据灾害易发性、管道易损性和后果分级结果综合确定灾害风险等级； 半定量评价内容包括风险概率和失效后果评价。本文先采用定性评价法，定性分级标准主要用于野外调查和前期资料的整理，野外调查结束后，将调查整理结果导入中石油管道公司科技研究中心开发的自然与地质灾害风险评价系统，得到评价结果，然后再根据半定量评价法对定性评价结果进行修正。

3.1 定性评价法

根据《油气管道地质灾害风险管理技术规范》(SY/T 6828—2017)[7]规定及上述分级原则，将临朐段管道沿线致灾体的稳定性或易发性、管道可能遭受危害的大小及环境影响、失效后果等因素各自划分为3级，从而适用于滑坡、河沟道水毁、坡面水毁、台田地水毁等灾害的定性评价。综合考虑以上影响地质灾害风险等级评价的因素，且突出管道工程本身的易损性和灾害体的易发性，将地质灾害风险等级分为5级，详见表3。

表3 定性评价风险等级分级[7]

3.2 半定量评价法

半定量评价法主要是利用自然与地质灾害风险评价系统得出的评价结果，具体是根据本次地质灾害排查成果信息，以横轴为后果等级，纵轴为风险概率，评价结果由系统自动生成。半定量评价内容包括风险概率评价和失效后果评价，风险概率评价由风险概率指数确定。修正的主要原则为风险等级就高不就低，分级原则详见表4，最终提交综合风险评价结果。

表4 地质灾害风险分级原则

3.3 风险评价结果

泰青威干线临朐段排查共计发现地质灾害15处，采用定性评价法对其进行风险评价，其评价结果经调查人员半定量评价修正后得到综合风险评价结果： 较高风险点1处，中等风险点4处，较低风险点10处，风险等级以较低为主。具体(表5)为： 河沟道水毁灾害风险属于较高级别的有1处，中级别的有2处，较低级别的有1处； 坡面水毁灾害风险属于中级别的有2处、较低级别的有4处； 5处台田地水毁灾害风险均属于较低级别。

表5 泰青威干线临朐段地质灾害综合风险等级一览表

4 易发程度分区

地质灾害易发程度分区主要依据灾害的线密度和危害性，同时结合近年来对管道沿线地质灾害的治理情况和灾害发展变化趋势综合确定。首先根据管线穿越的地貌单元、地质灾害分布规律等进行分段，其次统计、计算每段管道沿线地质灾害的线密度，然后再由风险评价结果中高风险、较高风险和中风险灾害点个数之和除以较低风险和低风险灾害点个数之和，得到(高+较高+中)/(较低+低)的比值，最后依据表6分区标准进行划分。

表6 输气管道地质灾害易发程度分区标准[7]

依据《油气管道地质灾害风险管理技术规范》(SY/T 6828—2017)[7]，易发程度分区宜采用1∶50 000或更大比例尺，本文采用1∶50 000数字化地形图进行分区。依据研究区管道沿线地形地貌，综合考虑管道地质灾害发育密度、风险等级等因素，分区结果以管道里程为基准，可得到易发程度分区结果(图1、表7)。

表7 泰青威干线临朐段易发程度分区情况表

5 防治消减措施

本文在总结分析已有工程损坏原因的基础上，以保护管道安全为根本，同时考虑经济因素和新技术应用，最终按照灾害种类提出了相应的、可行的防治措施与建议。

5.1 巡检与监测预警

对活动微弱的灾害体、有发展趋势的灾害隐患点等宜采用常态监测、加强巡护和预警等措施，如在大型水库泄洪道、高频发洪水沟处等地设立预警监测点，进行长期降雨量和水位数据收集与测量，为管道日常监测维护和风险评价提供依据[8]。尤其要注意对地质灾害易发段和地质灾害点进行定期巡检，地质灾害的巡检可与日常巡检相结合[9]。

5.2 工程治理措施

沿线调查所发现的相对活动明显、稳定性差的灾害点应采取工程措施进行治理，以达到彻底根治的目的。针对水毁地质灾害，常用草袋挡土墙、草袋浆砌、浆砌石挡土墙等方式完成对灾害的控制，降低对油气管道的破坏[10]。

5.2.1 河沟道水毁

临朐段管道穿越17条河流，主要危害为汛期强降雨引发洪水，对河床冲刷，导致河床拓宽、管道埋深不足、露管等。主要防治措施为: 修建浆砌石或石笼护岸、上游修建齿墙、下游修建防冲墙、上方修建过水面等。图3为三岔河河沟道水毁点消减措施示意图。

图3 三岔河河沟道水毁点消减措施示意图

5.2.2 坡面水毁

坡面水毁多是由于坡体原有应力平衡状态被人工开挖敷设管道破坏，再加上强降雨冲刷、渗透水和侵蚀，从而发生浅层滑塌、冲沟、落水洞等[1]。油气管道坡面水毁是一类久治不愈的地质灾害[11]。常见措施为素土回填，但因其结构松散，不能在短期内固结，在雨水再次冲刷下容易流失。针对临朐段，建议采用的主要防治措施有： 修建截洪沟、导洪沟或采取植物覆盖等护坡形式来挡沙固土，使地表径流速度变缓[12]，并在冲沟的沟源部位进行水泥砌护或种植根蘖性强的植物进行固土防失[13]。

5.2.3 台田地水毁

降雨或人工灌溉冲刷导致干砌石挡墙倒塌，挡墙后方形成冲沟，或水毁管道上方形成塌陷坑，造成台田地水毁。常见的防治措施有回填、夯实、支挡、加固等方式[14]。临朐段管道沿线台田地水毁风险等级均较低或低，因此建议采取“素土夯填+干砌石或浆砌石田坎护坡”相结合的防治措施。对于危害程度轻微的台田地水毁区，建议直接原土夯填。

6 结论

(1)泰青威干线临朐段共计3类灾害15处，其中坡面水毁点6处，河沟道水毁点4处，台田地水毁点5处。采用定性与半定量相结合的评价方法对15处地质灾害风险进行分级。风险等级评价结果以较低为主，其灾害点个数占灾害点总数的66.67%； 中风险等级灾害点个数占灾害点总数的26.67%； 较高风险等级灾害点个数占灾害点总数的6.66%。

(2)临朐段总长71 km，依据输气管道地质灾害易发程度分区标准，综合考虑管道沿线地形地貌、地质灾害发育密度、风险等级等因素，划分地质灾害中易发区2个，低易发区1个。地质灾害中易发区累计长61 km，占线路总长度的85.92%； 地质灾害低易发区累计长10 km，占线路总长度的14.08%。临朐段管道沿线以地质灾害中易发区为主。

(3)根据临朐段管道沿线地质灾害的主要类型、分布特征及对油气管道的危害，针对性地提出了加强巡检与监测预警和实施草袋挡土墙、干砌、浆砌石挡墙等防治消减措施，可供相关人员参考借鉴。