河溝谷區(qū)管道敷設方式和地質(zhì)災害的關(guān)系探析

劉小暉，張滿銀（通訊作者），王得楷，孫志忠

（1.中石油西南管道公司蘭州輸油氣分公司，蘭州 730000；2.甘肅省科學院 地質(zhì)自然災害防治研究所，蘭州 730000；3.蘭州大學 環(huán)境遙感與地質(zhì)災害研究中心，蘭州 730000）

管道地質(zhì)災害是在自然地質(zhì)或人為（或綜合作用）作用下形成或誘發(fā)的，并對管道及其附屬構(gòu)筑物的安全、社會經(jīng)濟以及環(huán)境等造成破壞和損失的地質(zhì)作用（現(xiàn)象）［1]。國內(nèi)外對管道地質(zhì)災害的研究［2－10]，一方面集中于對埋地管線進行荷載力方面的力學分析；另一方面專注于管道風險管理和評價，傾向于事故前控制。在地質(zhì)災害防治的影響下管道地質(zhì)災害的防治隨著管道的發(fā)展而發(fā)展，但直至今日仍未形成比較系統(tǒng)的防治體系，而是依托于傳統(tǒng)的地質(zhì)災害防治而存在。對于管道地質(zhì)災害的發(fā)育機理以及防治措施，則主要集中于某某管線沿程地質(zhì)災害的相關(guān)研究，鮮有系統(tǒng)研究“河溝谷區(qū)管道地質(zhì)災害和敷設方式關(guān)系”；同時，對不同管線地質(zhì)災害危險度識別區(qū)劃結(jié)果均顯示，地質(zhì)災害危險度高的區(qū)段多為河溝谷地區(qū)，管道地質(zhì)災害在河溝谷區(qū)呈現(xiàn)出發(fā)育密度高、對管道的威脅較大、災害后果較為嚴重等特征，藉此，本文對管線穿越河溝谷地帶時不同敷設方式與地質(zhì)災害發(fā)育程度間的響應機制進行初步探討，以期對管道地質(zhì)災害發(fā)育分布機制有更深入、系統(tǒng)的認識，也將對管道穿越河溝谷階地帶時建設期的選線和運營期地質(zhì)災害的防治等工作產(chǎn)生一定指導意義。

1 河溝谷區(qū)的定義和主要敷設方式

根據(jù)相關(guān)文獻對河谷和溝谷概念的界定［1－15]，結(jié)合我國油氣長輸管道所處的特殊地質(zhì)地貌、地層巖性、氣象環(huán)境條件和管道地質(zhì)災害發(fā)育及其對管線安全影響的風險等級等情況，作者本著以管道及其附屬設施的完整性和最大安全性為原則，將河溝谷區(qū)定義為管線穿越于構(gòu)造侵蝕山丘區(qū)、黃土溝壑區(qū)的天然河道、溝道以及排洪道，以及管線穿越?jīng)_洪積、湖積等山前傾斜平原區(qū)、戈壁荒漠區(qū)和湖相沉積的各種盆地中以及高山草甸（凍土）區(qū)、人工灌溉農(nóng)田區(qū)現(xiàn)狀水力侵蝕最大下切寬度大于50 m、深度大于1.0 m（管線埋深一般大于1.4 m）局部具有天然匯水條件（槽形洼地）或固定沖刷侵蝕路徑的沖溝，以及人工引水、排洪（水）未加防滲鋪襯的河渠等微地貌類型。

長輸管道穿越河溝谷地帶時，與河溝谷的相對空間關(guān)系一般有“交切”或“平行”兩種模式。根據(jù)管道在河谷和溝谷橫斷面上的相對位置不同，交切方式又可分為穿越和跨越兩種類型。其中穿越分為斜穿和橫穿，即管線與河谷之間以一定夾角（斜穿時45°＜α＜90°、橫穿時α≈90°）穿過河道向目的地繼續(xù)延伸的敷設方式（圖1）；跨越是指管線橫跨河溝道兩岸，標高在洪水線以上通過新建管橋（或纜索管架）、或在已建橋梁側(cè)面（或底面）依附性通過的敷設方式。

平行通常是指管道以一定夾角（0°≤α＜30°）順河溝谷走向于谷底或谷坡（階地）或山脊（墚）上溝埋敷設。根據(jù)管道與溝岸的空間位置關(guān)系，平行溝谷敷設還可細分為順河溝凹岸邊谷坡（階地）敷設、順河溝凸岸邊谷坡（階地）敷設和順河（溝）道谷底河漫灘或河床敷設等多種類型（圖1、圖2）。

圖1 管道沿河溝谷不同敷設方式示意平面圖Fig.1 Different methods for pipe laying

圖2 管道平行河溝谷敷設方式斷面示意圖Fig.2 Valley－paralleling pipe laying

2 澀寧蘭管線概括和研究區(qū)選擇

澀北－西寧－蘭州輸氣管道（簡稱“澀寧蘭輸氣管道”）由一、二線兩條輸氣管道組成，兩條管道基本并行或伴行，長度總計1 983.89 k m，其中一線1 062.49 k m（含支線131.2 k m），二線921.4 k m。西起青海省柴達木盆地東部的澀北一號氣田，沿線經(jīng)過青海、甘肅兩省共20個縣、市（區(qū)），最終連接至甘肅省蘭州市西固區(qū)。澀寧蘭輸氣管道解決青海氣田天然氣外輸問題；也將澀寧蘭管道與西氣東輸管道、長寧輸氣管道連接起來，實現(xiàn)了我國西部的青海氣田、長慶氣田、塔里木氣田三大主力氣田的聯(lián)網(wǎng)，是一項重要的能源供給工程，也是我國“九五”計劃期間的十項重點建設工程之一。

本文從探討管道地質(zhì)災害的發(fā)育特征和防治的重要性和強迫性等角度出發(fā)，也為保證研究的連貫性和系統(tǒng)性，論文選取管線K670～K932段共計長約262 k m作為研究對象，即澀寧蘭輸氣管道日月山至蘭州末站段，分別占全線總長和全線河溝谷地段的28.11%和63.43%。

3 研究區(qū)河溝谷區(qū)

按照以上對管道工程沿河溝谷地區(qū)不同敷設方式的劃分，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查確認，研究段管道穿越河溝谷地區(qū)基本均為溝埋敷設穿越，跨越敷設段很少（累計長度不超過1 k m），故論文中不單獨對跨越敷設進行專門分析研究。經(jīng)統(tǒng)計，管線交切穿越段累計總長度為4.0 k m，穿越單條河（溝）道的長度一般介于10～300 m之間。其中，穿越河溝谷寬約100 m左右時多為橫穿，200～300 m間的較大型河溝谷時多為斜穿。管線交切河溝谷穿越長度占管線沿河溝谷段穿越總長度（262.0 k m）的1.02%；其余敷設于河溝谷段的管線均為平行穿越，累計長度約有257.6 k m，占河溝谷段敷設長度的98.32%，占管線總長的27.64%。其中，平行于谷底順河床和河漫灘地帶穿越段長9.7 k m、沿谷坡和階地帶穿越段長174.6 k m、沿谷緣和山脊山墚帶穿越長73.7 k m，分別占管線沿河溝谷地帶穿越區(qū)長度的3.70%、66.64%和28.09%，詳見表1。

表1 河溝谷地帶管線不同敷設方式統(tǒng)計表Table 1 Statistical table for different pipe laying methods in ravines and river valleys

表2 研究區(qū)管道不同敷設方式下地質(zhì)災害風險等級評價表Table 2 Risk scale of geo－h(huán)azards

研究區(qū)交切的管道長4.0 k m，共發(fā)育管道地質(zhì)災害76個，發(fā)育密度為19個／k m；平行的管道長257.9 k m，發(fā)育管道地質(zhì)災害86個，發(fā)育密度為0.34個／k m，所以交切時敷設發(fā)育密度要遠遠大于平行時敷設。

圖3 研究區(qū)管道不同敷設方式下地質(zhì)災害風險評價對比圖Fig.3 Comparison by risk evaluation

管道地質(zhì)災害點的風險等級除與所處自然地質(zhì)環(huán)境因素有關(guān)外，還受管道敷設方式的影響制約，采用“定性分析為主，定量評價為輔”的原則，不同敷設方式下管道地質(zhì)災害的風險等級評價結(jié)果見表2和圖3。由評價結(jié)果可知，交切河溝谷敷設中管道地質(zhì)災害風險以較高－中－較低型為主，管線安全性較差。平行河溝谷谷底敷設時遭受管道地質(zhì)災害的風險級別為高；平行谷坡敷設中呈高－較高－中－較低型，且以較高－中型為主導；平行谷緣敷設呈高－中－較低型，且以較低為主。由此對比說明研究區(qū)管線平行敷設時沿谷底埋穿越時可能遭受管道地質(zhì)災害的類型復雜，風險級別分布從高到較低均有，總體上以風險級較高－中型為主，管線安全性較差。而當管線沿谷緣溝埋穿越時其遭受的管道地質(zhì)災害類型較之谷坡單一，風險級別以較低為主，管線安全性較好。

綜上對比分析，研究區(qū)沿程發(fā)育的管道地質(zhì)災害風險等級自高到低均有分布，但總體上呈較高－中－較低型、且以中占主導。說明管線安全性一般。一般地，地形變差大、坡度陡、人類工程活動強烈的地區(qū)其風險級別會明顯增大；同時交切敷設橫斜穿溝谷，其風險相對較大，呈較高－中－較低型；平行敷設中以沿谷緣穿越時風險級別最低；而管線平行谷底順河溝床敷設其遭受水毀、崩滑流、人類工程活動等管道地質(zhì)災害的風險達最高。因此，單從風險控制角度來說油氣長輸管道在類似自然地質(zhì)環(huán)境中選線時，建議以平行河溝谷敷設為主，且盡量考慮沿谷緣山梁帶敷設穿越為最佳。

4 結(jié)論

（1）管道地質(zhì)災害危險度高的區(qū)段多為河溝谷地區(qū)，管道地質(zhì)災害在河溝谷區(qū)呈現(xiàn)出發(fā)育密度高、對管道的威脅較大、災害后果較為嚴重等特征。

（2）河溝谷區(qū)為管線穿越于構(gòu)造侵蝕山丘區(qū)、黃土溝壑區(qū)的天然河道、溝道以及排洪道等，以及管線穿越?jīng)_洪積、湖積等山前傾斜平原區(qū)、戈壁荒漠區(qū)和湖相沉積的各種盆地中以及高山草甸（凍土）區(qū)、人工灌溉農(nóng)田區(qū)現(xiàn)狀水力侵蝕最大下切寬度大于50 m、深度大于1.0 m（管線埋深一般大于1.4 m），局部具有天然匯水條件（槽形洼地）或固定沖刷侵蝕路徑的沖溝，以及人工引水、排洪（水）未加防滲鋪襯的河渠等微地貌類型。

（3）管道交切敷設的管道地質(zhì)災害的發(fā)育密度和風險等級遠遠大于平行管道敷設。

（4）單從風險控制角度來說油氣長輸管道在類似自然地質(zhì)環(huán)境中選線時，建議以平行河溝谷敷設為主，且盡量考慮沿谷緣山梁帶敷設穿越為最佳。

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