GIS based risk assessment on geological disasters along Lanzhou-Chengdu Crude Oil Pipeline
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摘要: 兰成原油管道途经区域地质环境条件复杂、地质灾害类型多样，对管道工程和人民生命财产安全潜在危害严重。为了应对各种地质灾害风险，基于GIS技术构建了区域管道地质灾害风险评价模型与评价指标体系，将管道沿线地质灾害风险划分为地质灾害高风险、较高风险、中等风险、较低风险、低风险5个等级。对兰成原油管道沿线地质灾害风险进行评价，根据地质灾害风险评价分区结果，将管道划分成53个地质灾害风险段。评价结果与兰成原油管道实际情况相符，为其地质灾害预防、治理提供了重要的辅助，也可为其他管道的地质灾害风险评价提供参考。Abstract: Along Lanzhou-Chengdu Crude Oil Pipeline, the geological conditions are complex with various geological hazards, which brings about serious potential hazards to the safety of pipeline engineering and people's life and property. In this paper, a risk assessment model and evaluation index system of regional pipeline geological disaster were established based on GIS technology to cope with the hazards of various geological disasters. Then, the risk of the geological disasters along the pipeline was divided into five grades, i.e., highest risk, higher risk, moderate risk, lower risk and lowest risk. Finally, the risk of the geological disasters along Lanzhou-Chengdu Crude Oil Pipeline was evaluated, and the pipeline was divided into fifty-three risk sections of geologic disaster according to the zoning results of geological hazard risk assessment. The evaluation results are consistent with the actual situations of Lanzhou-Chengdu Crude Oil Pipeline. The research results play an important auxiliary role in the prevention and treatment of geological hazards, and also provide a reference for the risk assessment on the geological disasters along other pipelines.
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Keywords:
- Lanzhou-Chengdu Crude Oil Pipeline /
- geological disasters /
- hazard /
- vulnerability /
- GIS /
- risk assessment
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管道沿线地质灾害产生的土壤运动和地表变形会道地质灾害风险评价应当是对地质灾害发生的危险性使得管道产生弯曲、断裂等, 导致管道输送介质发生泄和灾害损失的可能性做出的综合性分析评价, 是地质漏, 对管道的安全运营造成危害[1]。管道地质灾害风灾害危险性与易损性的组合。地质灾害的易损性不仅险管控方案依据区域风险评价、风险分级等制订, 根据包括灾害本身造成的损失, 还包括管道因地质灾害破不同的风险等级提出不同的风险管控措施, 因此, 精坏而发生泄漏造成的损失。在管道沿线地质灾害评价确、快速地对管道沿线地质灾害风险进行评价, 并将其方法上, 传统的评价方法通常以人工划定格网定性判分为不同等级, 成为管道地质灾害风险管控的关键环别为主, 缺乏信息化的处理手段, 大大降低了风险评价节之一。目前, 针对区域管道地质灾害的风险评价, 大的精度与速度。GIS作为一种信息化处理技术, 可以多采用常规地灾风险评价模型及评级体系。但区域管为地质灾害风险评价提供有效支撑, 大大提升地质灾害风险评价的精度与速度。以兰成原油管道地质灾害山高中山区、四川盆地区等地貌单元。同时, 管道沿线风险评价为例, 基于GIS技术, 构建了一种区域管道地质灾害风险评价方法, 以期为管道沿线地质灾害的预防、治理提供决策依据。
1. 管道沿线地质灾害概况
兰成原油管道干线始于甘肃省兰州市西固首站, 止于四川彭州末站, 途经3个省、9个市、20个县(市、区)行政区域, 全长882 km。管道全线采用L450管材, 管径610 mm, 设计输送压力8~13.4 MPa, 年设计输量1 000×104 t[2-3]。管道途经区域地质环境条件复杂, 地势起伏大、地貌形态众多, 穿越黄土高原区、秦岭大巴山高中山区、四川盆地区等地貌单元。同时, 管道沿线气候复杂多变, 穿越黄土高原湿润气候区、秦巴山区山地暖温带湿润气候区、四川盆地中亚热带湿润气候区等气候区, 年均降雨量100~1 100 mm。复杂的地质、气候环境条件为地质灾害的发育创造了有利条件, 给管道的安全运营带来了隐患[3]。
根据2017年汛期兰成原油管道沿线地灾排查资料[4]显示, 管道沿线共发育各类地质灾害隐患点147处, 其中地质灾害高风险点1处、较高风险点3处、中等风险点72处、较低风险点58处、低风险点13处(图 1)。其灾害类型涉及滑坡, 崩塌(危岩), 水毁(坡面水毁、河沟道水毁、台田地水毁), 黄土陷穴以及潜在不稳定斜坡7种。
2. 评价模型及评价指标体系
2.1 地质灾害风险评价模型
区域管道地质灾害风险评价是对地质灾害发生的危险性和灾害损失(包括管道因地质灾害破坏泄漏造成的后果损失)的可能性做出的综合性分析评价[5-6], 是地质灾害危险性、易损性的组合, 灾害的易损不仅包括灾害本身造成的损失, 还包括管道因地质灾害破坏而发生泄漏造成的损失。因此, 区域管道地质灾害风险要综合考虑危险性与易损性两方面的影响[6], 其评价模型计算式为:
![](/fileYQCY/journal/article/yqcy/2019/4/href="yqcy-38-4-379-E1.png")
(1) 式中: R为地质灾害的风险值; H为地质灾害的危险性值; V为地质灾害易损性值。
地质灾害危险性、易损性评价采用基于GIS多因子综合叠加模型[7-11], 其模型计算式为:
![](/fileYQCY/journal/article/yqcy/2019/4/href="yqcy-38-4-379-E2.png")
(2) ![](/fileYQCY/journal/article/yqcy/2019/4/href="yqcy-38-4-379-E3.png")
(3) 式中: hi为第i个危险性评价指标的状态值; Wi为第i个危险性评价指标的权重; vj为第j个易损性评价指标的状态值; Wj为第j个易损性评价指标的权重。
兰成原油管道风险评价以管道为中心线, 管道两侧1 km范围作为评价区, 采用15 m×15 m的规则栅格格网单元作为管道地质灾害风险评价的最小单元, 并将评价区划分成7.84×106个评价单元。
2.2 地质灾害风险评价指标体系
兰成原油管道途经黄土高原区、秦岭大巴山高中山区、四川盆地区3大地貌单元(表 1), 在不同地貌单元的地质灾害分布类型与数量有所不同。因此, 地质害破坏和损害的敏感性, 而非地质灾害本身, 故评价指灾害危险性评价指标需要按照地貌单元的不同分别标可以统一选取。由此, 构建得到兰成原油管道各地构建[12-16]。但易损性评价指标[17]仅仅代表了地质灾貌区的地质灾害风险评价指标体系(图 2)。
表 1 兰成原油管道不同地貌单元地质灾害分布类型及数量
2.3 评价指标权重
采用贡献率模型确定兰成原油管道地质灾害风险评价指标权重：①通过分析管道沿线地质灾害发育特征及易损程度，对评价指标在每个灾害的影响程度进行打分，其中1分为评价指标对灾害的影响小或易损小、2分为影响中等或易损中等、3分为影响大或易损大；②将各灾害对每种指标的贡献总值进行汇总，通过归一化处理，最终确定各评价指标的权重（表 2）[17]。贡献率模型的计算式为：
![](/fileYQCY/journal/article/yqcy/2019/4/href="yqcy-38-4-379-E4.png")
(4) ![](/fileYQCY/journal/article/yqcy/2019/4/href="yqcy-38-4-379-E5.png")
(5) 表 2 兰成原油管道地质灾害评价指标权重
式中：rmn为第n个灾害样本中第m个评价指标的分值；N为地质灾害样本的个数；rm为第m个评价指标的贡献总值；M为评价指标的个数；Wm为第m个评价指标的权重。
3. 评价指标的量化与分级
在建立评价指标体系后, 需要进一步确定指标分级。将评价指标分级与风险分级数量相对应, 共划分为5级, 分别赋值为5、4、3、2、1(表 3)。同理, 易损性评价指标相应地也分为5级, 且赋值标准相同(表 4)
表 3 兰成原油管道地质灾害危险性评价指标分级及赋分情况
表 4 兰成原油管道地质灾害易损性评价指标分级标准
4. 地质灾害风险分区
基于GIS多因子综合叠加模型, 利用栅格计算器将获取到的地质灾害危险性、易损性各指标与其对应的权重进行加权计算, 然后综合危险性、易损性的评价结果, 最终完成区域管道地质灾害风险值计算。
合理地确定管道沿线地质灾害风险等级界线值是风险区划的关键环节之一, 一般采用自然断点法和等间距法[17-19]。根据兰成原油管道沿线地质灾害情况, 选用自然断点法对其地质灾害风险值进行5级将获取到的地质灾害危险性、易损性各指标与其对应划分[20]: 高风险(R≥3.7)、较高风险(3.3≤R < 3.7)、中的权重进行加权计算, 然后综合危险性、易损性的评价等风险(3≤R < 3.3)、较低风险(2.5≤R < 3)、低风险结果, 最终完成区域管道地质灾害风险值计算。(R < 2.5)。由此, 得到管道沿线地质灾害风险分区图, 合理地确定管道沿线地质灾害风险等级界线值并将其划分成53个风险段(图 3、表 5)。
表 5 兰成原油管道沿线地质灾害风险等级分段评价结果
5. 结论
基于GIS技术构建了区域管道地质灾害风险评价模型与评价指标体系, 将管道沿线地质灾害风险划分为地质灾害高风险、较高风险、中等风险、较低风险、低风险5个等级, 解决了区域管道地质灾害风险定量评价的难题。兰成原油管道地质灾害风险评价综合考虑了地质灾害危险性、易损性, 为了使得评价结果更加准确科学, 分别构建了黄土高原区、秦岭大巴山高中山区、四川盆地区3个地貌单元的区域管道地质灾害风险评价指标体系, 对其进行分区评价, 最终将管道划分成了53个风险段。但研究结果对于易损性评价, 仅考虑了灾害本身损失及管道因地质灾害破坏而发生泄漏造成的损失, 并未对管道的疲劳寿命、管体缺陷等方面进行考虑, 下一步有待开展相关研究。
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