地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿朗эL(fēng)險評估方法

侯龍飛 朱明星 朱麗榕 李潤婉

（1、安徽澤眾城市智能科技有限公司，安徽 合肥230601 2、清華大學(xué)合肥公共安全研究院，安徽 合肥230601 3、合肥市城市生命線工程安全運(yùn)行監(jiān)測中心，安徽 合肥230601）

隨著我國城市化率不斷提高，城市固有的承災(zāi)脆弱性也不斷被放大，公共安全風(fēng)險給城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了巨大威脅。由于社會是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，各組成單元之間同時存在依存和制約的關(guān)系，因此某一件公共安全事故往往會產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，這表現(xiàn)在一起災(zāi)害的發(fā)生會引發(fā)一系列次生災(zāi)害的相繼發(fā)生。當(dāng)兩種風(fēng)險交匯時，其不確定狀態(tài)會被放大，其影響也會從一個地域空間擴(kuò)散到另一個更廣闊的地域空間。

我國地域?qū)拸V，地貌形態(tài)豐富，在我國發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害種類也非常齊全。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生將會給城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來極大的毀壞性。例如，由地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)的地表形狀改變和土體位移可導(dǎo)致埋地燃?xì)夤艿腊l(fā)生變形或斷裂，從而導(dǎo)致燃?xì)庑孤３擎?zhèn)燃?xì)夤艿垒斔偷慕橘|(zhì)具有易燃爆性，一旦泄漏易造成大量的人員傷亡及財產(chǎn)損毀[1]。如7.2 貴州晴隆天然氣管道燃燒爆炸事故，就是由滑坡擠斷燃?xì)夤艿酪l(fā)的燃?xì)庑孤┤急鹿剩斐闪? 人死亡，35 人受傷。因此對地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿腊l(fā)生失效風(fēng)險評估具有相當(dāng)?shù)谋匾浴?/p>

1 地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿朗эL(fēng)險評估方法構(gòu)建思路

地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿朗Ш蟀l(fā)生事故可描述為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生并對其作用范圍內(nèi)燃?xì)夤艿涝斐捎绊懀瑢?dǎo)致燃?xì)夤艿涝谕饨鐥l件擾動下失效泄漏并進(jìn)而發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故。因此評估方法的建立首先要判定待評估的燃?xì)夤艿朗欠裎挥诘刭|(zhì)災(zāi)害影響范圍內(nèi)，再從地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、管道易損性和管道失效后果嚴(yán)重性確定風(fēng)險大小[2]。

2 地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿朗эL(fēng)險評估方法構(gòu)建

2.1 地質(zhì)災(zāi)害影響性

地質(zhì)災(zāi)害不僅會產(chǎn)生地表形狀改變和土體位移，還會形成巨大的機(jī)械破壞，如果其影響范圍內(nèi)存在燃?xì)夤艿溃蓪?dǎo)致埋設(shè)在地下的燃?xì)夤艿涝跀D壓、剪切等破壞作用下發(fā)生變形甚至斷裂，從而引發(fā)燃?xì)庑孤?，進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等事故[3]?？梢愿鶕?jù)城市地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)普查結(jié)果或者地質(zhì)災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)公式，獲取地質(zhì)災(zāi)害影響范圍，從而判斷燃?xì)夤艿朗欠裨诘刭|(zhì)災(zāi)害影響范圍內(nèi)。如果燃?xì)夤艿牢挥诘刭|(zhì)災(zāi)害范圍外，地質(zhì)災(zāi)害影響性λ 取值為0.1，如果燃?xì)夤艿牢挥诘刭|(zhì)災(zāi)害范圍內(nèi)，λ 取值為1。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性

關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性目前應(yīng)用最廣泛的定量分析方法是信息量模型。本文依據(jù)大量地質(zhì)災(zāi)害案例的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，采用地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性S、誘發(fā)因素a 和人工預(yù)防b 三個指標(biāo)定性分析地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性P：

2.2.1 地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性

地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性與該區(qū)域的地貌形態(tài)、巖土特性、地下水分布等地質(zhì)環(huán)境及人類活動有關(guān)[4]。結(jié)合該地區(qū)已有的地質(zhì)災(zāi)害類型和發(fā)育程度，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率將各區(qū)域分為高、中、低和極低四個等級，對應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性S 的風(fēng)險評估取值依次為10、7、5 和1。

實(shí)際評估中，通過調(diào)研該地區(qū)歷史地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的頻次和種類，并結(jié)合該地區(qū)所在城市出具的地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃中的等級劃分情況，對應(yīng)本文中地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行風(fēng)險取值。

2.2.2 誘發(fā)因素

誘發(fā)因素a 的取值通過天氣誘發(fā)a1和人工開挖a2的評估值相加后得到：

臺風(fēng)暴雨會降低地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)的巖體強(qiáng)度，易引發(fā)崩塌、滑坡和泥石流；在非雨季，長時間的不降雨會造成地下水補(bǔ)給量減少，易引發(fā)地面塌陷、地裂縫、地面沉降。則對于崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，天氣誘發(fā)a1的風(fēng)險取值在雨季取10，在非雨季取0，地面塌陷、地裂縫、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害在雨季時天氣誘發(fā)a1取0，在非雨季取10。

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與人類活動也存在不可忽視的關(guān)聯(lián)性，特別是人類對自然環(huán)境進(jìn)行大范圍和高強(qiáng)度開發(fā)，并且沒有進(jìn)行有效防護(hù)時，非常容易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。以100 米的范圍作為人類活動的影響半徑，當(dāng)評估點(diǎn)100 米范圍內(nèi)存在開挖活動時，人工開挖a2的風(fēng)險評估取值為10，反之則取0。

2.2.3 人工預(yù)防

地質(zhì)災(zāi)害具有不可預(yù)見性，并且我國地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)分布廣泛且問題復(fù)雜，想要逐一排查并采取有效措施消除隱患不具有可操作性，因此主要還是以預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害為主。人工預(yù)防b主要可以從評估區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害防治管理b1和官方部門發(fā)布的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警b2進(jìn)行評估:

地質(zhì)災(zāi)害防治管理主要包括每日有人進(jìn)行重點(diǎn)的巡檢、對該區(qū)域采用專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)測、對于地質(zhì)災(zāi)害隱患采取了一定的加固措施和警示提醒、定期對周邊群眾進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害識別和自救的宣傳教育、制定了具有針對性的應(yīng)急救援預(yù)案，滿足上述5 項(xiàng)、4 項(xiàng)、3 項(xiàng)、2 項(xiàng)和一項(xiàng)都不滿足時，b1的取值分別為1、3、5、7 和10。

本文為了保證地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評估考慮的因素更加合理全面，引入了地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警b2。地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警是官方發(fā)布的預(yù)警信息，具有一定的權(quán)威性，預(yù)警級別越高表明風(fēng)險越大。當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警的等級分別是1 級、2 級、3 級、4 級和5 級時，對應(yīng)的b2的風(fēng)險值為1、3、5、7 和10。

2.3 燃?xì)夤艿赖囊讚p性

燃?xì)夤艿赖囊讚p性C 由燃?xì)夤艿莱袨?zāi)能力C1和地質(zhì)災(zāi)害的破壞性C2兩個指標(biāo)相加所得：

2.3.1 燃?xì)夤艿莱袨?zāi)能力

燃?xì)夤艿莱袨?zāi)能力V1主要是從燃?xì)夤艿拦逃袑傩詠砼袛啵ü艿缆裆頥11、管道材質(zhì)V12、管道服役年限V13和管道故障次數(shù)V14：

燃?xì)夤艿乐饕裨O(shè)在地下，上方的土壤可以在燃?xì)夤艿朗艿酵饬ζ茐臅r提供一定的保護(hù)屏障，管道埋深越大，土壤對管道的縱向失穩(wěn)的抑制能力就越強(qiáng)，管道就越不容易發(fā)生失穩(wěn)風(fēng)險，燃?xì)夤艿缆裆頥11通過上方覆土的大小來作為風(fēng)險取值的判斷標(biāo)準(zhǔn)：燃?xì)夤艿栏餐羑（m）分別在h<1m、1≤h<1.5m、1.5m≤h<3m，3m≤h 范圍對應(yīng)的管道埋深V11 風(fēng)險評估值為10、7、3、1。燃?xì)夤艿乐饕遣捎娩摴?，不同材質(zhì)的鋼管壽命、防護(hù)能力都各不相同，燃?xì)夤艿啦馁|(zhì)V12以不同種類的鋼管材質(zhì)作為風(fēng)險取值的判斷標(biāo)準(zhǔn)：Q235AF、Q235A、Q235B 和低合金鋼材質(zhì)對應(yīng)的管道材質(zhì)V12風(fēng)險取值為1、3、5、10。燃?xì)夤艿谰哂幸欢ǖ氖褂媚晗?，管道失效風(fēng)險與使用年限存在正相關(guān)關(guān)系，燃?xì)夤艿朗褂脮r間T（年）分別在T<5 年、5 年≤T<15 年、15 年≤T<30年，30 年≤T 范圍對應(yīng)的管道服役年限V13的風(fēng)險評估值為10、7、3、1。燃?xì)夤艿涝谝粋€時間段的維修次數(shù)可以直觀的體現(xiàn)燃?xì)夤艿赖慕】刀群桶l(fā)生故障的風(fēng)險性，每月燃?xì)夤艿腊l(fā)生故障次數(shù)n（次/月）在n<1、1≤n<3、2≤n<5，5≤n 范圍對應(yīng)的管道故障次數(shù)V14風(fēng)險評估值為1、5、7、10。

2.3.2 地質(zhì)災(zāi)害的破壞性

地質(zhì)災(zāi)害會造成城市部分功能失效，比如長時間的停水停電以及通訊無法恢復(fù)等，這會影響燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而造成燃?xì)夤艿朗?；地質(zhì)災(zāi)害本身帶有的巨大破壞力會沖破燃?xì)夤艿赖耐寥辣Ｗo(hù)屏障，直接對燃?xì)夤艿肋M(jìn)行機(jī)械損壞，造成燃?xì)夤艿琅で斓茸冃?，甚至造成斷裂。如果考慮地質(zhì)災(zāi)害引發(fā)城市其他功能失效而造成燃?xì)夤艿老到y(tǒng)停工，需要耦合的因素較多，故本文是從地質(zhì)災(zāi)害直接對燃?xì)夤艿涝斐傻膿p壞引起的失效考慮。

2.3.2.1 滑坡

滑坡在我國發(fā)育廣泛，每年因滑坡導(dǎo)致的人員傷亡和財產(chǎn)損失占了所有類型地質(zhì)災(zāi)害造成損失的一半以上?；率侵笌r土向下滑動的現(xiàn)象，降雨和人類活動是引發(fā)滑坡發(fā)生最重要的兩個誘因，降雨會對滑坡面產(chǎn)生軟化的效果，從而降低山體的強(qiáng)度，從而引起滑坡。人類活動主要是指一些不合理的開發(fā)活動，比如對坡腳進(jìn)行開挖，上方的巖土失去了支撐就會非常容易滑落形成滑坡，再比如在已經(jīng)不穩(wěn)定的坡體上進(jìn)行大量荷載的堆積，超過了巖土本身的承壓能力，旁邊還同時進(jìn)行開挖造成擾動，那么也非常容易發(fā)生滑坡。

2.3.2.2 崩塌

崩塌發(fā)生地主要是陡峭的山坡上，一般指傾斜角度大于70°的斜坡[5]，是一種在重力作用下，石塊、土體急劇滾動或者跳躍著傾落，且發(fā)生非常突然的一種地質(zhì)災(zāi)害。崩塌中存在的落石運(yùn)動是一種組合運(yùn)動，主要與坡面和落石本身特性以及兩者間的作用力有關(guān)。崩塌的誘發(fā)因素很多，包括地震、持續(xù)的降雨降雪，與滑坡誘因一樣，人類不合理的活動也會通過破壞坡體平衡而增加崩塌的概率。

2.3.2.3 泥石流

泥石流屬于洪流災(zāi)害，泥石流主要由粘性強(qiáng)度大的泥漿挾裹大量的砂石組成，通過自身重力以高速運(yùn)動，并在運(yùn)動過程中不斷增加自身體積和重量，破壞性極大，主要發(fā)生在陡峭的地形，在暴雨中還會出現(xiàn)同一個區(qū)域同時發(fā)生好幾起泥石流的情況，防治難度大。對于泥石流危險范圍的預(yù)測, 國外有學(xué)者從統(tǒng)計(jì)學(xué)和水力學(xué)等不同角度研究了泥石流破壞范圍的模型，模型認(rèn)為泥石流影響范圍與地形地貌、泥石流補(bǔ)給量、堆積區(qū)坡度、泥石流密度等有關(guān)。

2.3.2.4 地面塌陷、地裂縫和地面沉降

地面塌陷主要由地下空洞引發(fā)，而地下空洞的形成則與巖體中不止一條具有一定長度和寬度的裂縫有關(guān)，這些裂縫的存在會增加巖體的不連續(xù)性，使巖體結(jié)構(gòu)變得破損和不完整。地裂縫的主要發(fā)生地是土層，主要由構(gòu)造作用和人類超量開采引發(fā)。因構(gòu)造作用形成的地裂縫一般呈現(xiàn)出平行排列的斷裂形式，并具有性質(zhì)相同的特點(diǎn)。

地面沉降是一種地面標(biāo)高缺失的現(xiàn)象，既可以由火山、地震、土體固結(jié)壓縮等自然因素引起，也由過度開采、軟土地區(qū)施工等人為因素造成，存在區(qū)域和局部兩種地陷形式。地面沉降與土體本身的松散結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，目前主要通過含水層修復(fù)、減少農(nóng)業(yè)用地和節(jié)約用水等手段降低地面沉降的概率。以上三種地質(zhì)災(zāi)害破壞范圍主要集中在裂縫空間，不具有遠(yuǎn)距離的輻射傷害性。

考慮到地質(zhì)災(zāi)害破壞性模型目前均主要停留在理論研究中，實(shí)際運(yùn)用較少，沒有進(jìn)行現(xiàn)場勘測的情況下，通過經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測各地質(zhì)災(zāi)害的破壞能力較困難，因此本文主要還是通過燃?xì)夤艿谰唧w埋設(shè)的位置來評估地質(zhì)災(zāi)害對燃?xì)夤艿涝斐傻钠茐男源笮?。對于滑坡，燃?xì)夤艿牢挥诨麦w中、滑坡前緣坡腳及水平滑距范圍內(nèi)、滑坡后緣坡腳或側(cè)緣所對應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害破壞性V2風(fēng)險值為10、7、4。對于崩塌，燃?xì)夤艿牢挥谖r體下部或危巖體中、危巖體上方、危巖體后方對應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害破壞性V2風(fēng)險取值為10、7、4。對于泥石流，燃?xì)夤艿牢挥诹魍▍^(qū)、堆積區(qū)、形成區(qū)對應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害破壞性V2風(fēng)險取值為10、7、4。對于地面塌陷、地裂縫、地面沉降，燃?xì)夤艿来┰接绊憛^(qū)域、位于影響區(qū)域邊界對應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害破壞性V2風(fēng)險取值為10 和5[6]。

2.4 燃?xì)夤艿朗Ш蠊麌?yán)重性

當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害引起的燃?xì)夤艿朗Оl(fā)生泄漏甚至燃爆事故時，主要是通過人員傷亡和財產(chǎn)損失評估事故的嚴(yán)重性，人員財產(chǎn)密度越大的地方發(fā)生事故后損失也就越嚴(yán)重，而人員財產(chǎn)密度又與區(qū)域用地屬性密切相關(guān)，因此本文通過燃?xì)夤艿浪趨^(qū)域用地類型定性的評估由地質(zhì)災(zāi)害引起的燃?xì)夤艿朗Ш蠊麌?yán)重性C：燃?xì)夤艿浪趨^(qū)域分別為居住區(qū)、公共管理服務(wù)區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)和地廣人稀的郊區(qū)對應(yīng)的燃?xì)夤艿朗Ш蠊麌?yán)重性C 取值分別為10、8、7、6 和1。

2.5 地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)怙L(fēng)險等級劃分

通過對地質(zhì)災(zāi)害影響性λ、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性P、燃?xì)夤艿酪讚p性V 和燃?xì)夤艿朗Ш蠊麌?yán)重性C 確定地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿朗эL(fēng)險R：

得到不同的管道失效風(fēng)險值后，需要對風(fēng)險值進(jìn)行等級劃分以便于更直觀的體現(xiàn)風(fēng)險的大小，具體見表1。

表1 地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿朗эL(fēng)險等級表

3 結(jié)論

本文以燃?xì)夤艿罏檠芯繉ο?，從地質(zhì)災(zāi)害影響性、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、燃?xì)夤艿酪讚p性和失效后果嚴(yán)重性四方面，建立了不同種類地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿朗У娘L(fēng)險評估方法，并給出了風(fēng)險等級的劃分，可以為不同種類地質(zhì)災(zāi)害下燃?xì)夤艿赖氖эL(fēng)險判斷提供依據(jù)。