埋地天然氣管道泄漏的影響因素及保護措施
埋地天然氣管道是城市的重要基礎設施之一，天然氣管道失效造成的揮發性有機物泄漏一方面會引起災難性的環境污染；另一方面會造成經濟損失和人員傷亡，對國民經濟構成嚴重威脅。
文 | 朱慶傑 等
隨著埋地天然氣管道的普及，確保埋地天然氣管道平穩、安全、高效地運行已經成為了一項長期的重大任務。在分析常州市埋地天然氣管道泄漏的影響因素(如地面沉降，地裂縫，城市內澇，土壤腐蝕等)的基礎上，藉助IDRISI完成了資料庫建立和空間分析，為埋地天然氣管道的管理和防護提出了相應的對策建議及今後的重點研究方向。
埋地天然氣管道是城市建設的重要組成部分，其運行的可靠性和完整性直接影響到人民群眾的日常生活，隨著城市埋地天然氣管道的快速發展，各種原因導致的管道泄漏頻繁發生。我國埋地天然氣管道泄漏事故時有發生，一旦埋地天然氣管道發生泄漏等危險情況，不僅會造成揮發性有機物的泄漏引起災難性的環境污染，還會給全市各行業及日常生活造成巨大的損失。因此，藉助IDRISI完成資料庫建立和空間分析，對管道泄漏的影響因素進行分析，為建立完善的預警機制和應對措施提供了依據。
目標區塊埋地天然氣管道概況及研究方法
常州地處長江三角洲中心，是長江三角洲地區中心城市之一。常州地勢西南略高於東北，高度差約為2m。常州經濟發達，地下天然氣管網密集交錯，城市地下天然氣管道大多鋪設在人口稠密的城區地下，使得埋地天然氣管道泄漏具有群發性、社會性、突發性、複雜性的特點。研究區塊為常州市港華天然氣某一區塊的埋地天然氣管道，管道鋪設在人口密集的城區地下，管網分布密集，覆蓋面積約190km2，通過對常州地區災害、管道運行壓力及危險源分布的現場調查和實測數據的搜集，發現造成埋地天然氣管道泄漏的主要因素有：地面沉降，地裂縫，城市內澇，土壤腐蝕等方面，各個影響因素的破壞直接影響埋地天然氣管道的可靠性和使用壽命。這些影響因素主要是使埋地天燃氣管道發生形變、錯位、鬆動等一系列問題，造成埋地天然氣管道中攜帶揮發性有機物的氣體泄漏，加劇空氣污染。
在樣本數據採集中，往往收集的都是離散點形式的數據，因此應通過空間資料庫的建立及空間插值來得到連續的數據。IDRISI空間與屬性資料庫的建立在workshop中完成，主要分為2步:
一是空間、屬性數據的存儲；
二是空間和屬性數據的關聯。
在IDRISI中建立樣本數據的空間屬性資料庫，一方面定義了樣本點的地理坐標，另一方面描述了樣本點的屬性值。空間分析是一種研究空間變數變化規律的統計方法，現在已經廣泛地應用於礦產估計、生態環境、大氣研究、土地利用與管理等多個方面。空間插值是研究區域變數的基本方法，空間插值的實質就是通過已知樣本點數據來估算未知點的數據。現有的樣本數據無法覆蓋全部研究區域，通過樣本點資料庫的建立及TIN插值將離散的樣本數據轉變成連續的平面數據。
因素分析
埋地天然氣管道發生拉斷、剪斷、彎曲變形、扭轉變形、承介面開裂、承介面拉開、承介面剪開等多種事故會使埋地天然氣管道失效而造成揮發性有機物泄漏，根據常州市地質、河流分布、土壤類型等分析可得地面沉降、地裂縫、城市內澇及土壤腐蝕是造成埋地天然氣管道泄露的最主要因素。通過IDRISI中空間資料庫的建立以及空間差值對常州市埋地天然氣管道泄露的主要因素進行了分析。
地面沉降。地面沉降是指由於人類活動導致的地層鬆散，使得地表面標高降低的一種地面水平面局部下降現象，是目前城市的一個主要工程地質問題。地殼運動、海平面上升等都會引起區域性沉降;隨著人類活動日益頻繁，大量開採地下水成為引起城市局部地面沉降的主要原因。沉降量與沉降區大小、管徑、管壁的厚度、土體的強度、管土的摩擦力以及管道內的壓力都會使得埋地天然氣管道發生變形，地面沉降引起的埋地天然氣管道泄漏形式有多種形式，使得天然氣管道中氣體發生泄漏，油氣中的揮發性有機物會對空氣造成嚴重污染。常州市地面沉降發生於20世紀70年代初期，已對人們的生產生活造成了一定的影響。圖1為常州市中心城區累計沉降量折線圖，可以發現在1991—1998年這7年中，由於常州經濟快速發展，大量開採地下水，導致沉降量增長迅猛，此後10年中地面沉降量增長趨於緩慢，由於採取了包括關閉水井、限采及回灌等一系列措施，遏制住了地下水水位的持續下降。2010—2011年的監測數據顯示，市區大部分地區的地面沉降率低於5mm·a-1，但市區南部地面沉降速率仍在20~30mm·a-1，且局部地段地面沉降速率有所增大。因此，地面沉降仍然是導致埋地天然氣管道泄漏的重要因素之一。
地裂縫。地裂縫是指在自然或人為因素作用下，土體形成一定長度和寬度的開裂的宏觀地表破壞現象。地裂縫會對埋地天然氣管道造成爆管從而引髮油氣泄漏，造成環境污染及經濟損失，當發生地裂縫時，埋地天然氣管道會產生裂縫、介面鬆動、變形等情況，在外力的作用下，管道極易發生爆管，距離地裂縫越近，爆管的可能性越大。在常州市發現了6處地裂縫，對埋地天然氣管道造成了破壞，帶來了泄漏的風險，給居民的生產和生活帶來慘重的損失。如圖2所示，常州市地裂縫高易發區主要分布在常州東部，表明常州東部地區埋地天然氣管道發生泄露的可能性高於其他地區。
城市內澇。多數城市頻發城市內澇，給生產和生活帶來了嚴重影響，常州臨靠長江、太湖，京杭大運河穿境而過，河網縱橫，城市內澇頻發，導致埋地天然氣管道面臨更嚴峻的地下腐蝕的情況，發生油氣泄露的的風險性也就越大。2015年6—7月，常州暴雨雨量大而猛，從而引發了歷史罕見的城市內澇災害，屬歷史特大洪澇。全市普降大暴雨在12h、24h以及3d內的雨量都超過了歷史最大值，內澇會加劇埋地天然氣管道的泄漏併產生不可預估的損失。針對內澇風險比較大的地區，應加強風險監測及埋地天然氣管道的改造。圖3為IDRISI根據收集的數據資料得到的分析圖，由圖3中可知，右側數據為該地區發生內澇的危險值，分值越大，顏色越紅的地方發生內澇的可能性就越大，圖中紅紫色區域佔據了一半，表明城市內澇仍然是影響埋地天然氣管道泄露的重要因素之一。
土壤腐蝕。管道腐蝕是埋地天然氣管道泄漏的重要影響因素之一，埋地天然氣管道在土壤中的腐蝕不僅造成了極大的損失，而且還會導致攜帶揮發性有機物的油氣的泄漏，為人們的生活帶來了安全隱患。土壤腐蝕是指土壤因溫度、溶解氧含量、土壤類型、地下水位、土壤含水率等對地下設施等產生的腐蝕破壞現象。土壤腐蝕不僅會對埋地天然氣管道造成破壞泄漏，還會造成火災與爆炸，給經濟、能源、環境及人身安全等多方面帶來威脅。土壤腐蝕性等級標準如表1所示，可知土壤的腐蝕等級不是受單一影響因素控制的，是受多個影響因素控制的綜合作用，不同地段的腐蝕等級也不同。研究區塊內的樣本土的數據如表2所示，大部分樣本土都處在腐蝕等級稍高和高的範圍之內，因此，土壤腐蝕是影響埋地天然氣管道泄漏的重要影響因素之一。
埋地天然氣管道泄漏的保護措施
文章藉助IDRISI對常州市埋地天然氣管道泄漏的幾個影響因素:地面沉降，地裂縫，城市內澇，土壤腐蝕等進行了資料庫的建立和空間分析的工作，並針對各影響因素，總結得出以下保護措施:
1）針對地面沉降及地裂縫，應禁采深井水，減緩地面沉降速率，做好淺層地下水合理開發利用，完善監測體制，健全地面沉降檢測體系。科學勘測、嚴謹設計，盡量避開可能發生災害的地段，對安全風險較大的地區應當進行重點監測。
2）針對嚴重土壤腐蝕地段，應考慮對相應地段土壤進行脫水、凈化、換土、除氧、添加緩蝕劑等措施，改善腐蝕環境。還可以通過管道外塗層來屏蔽腐蝕介質從而減緩腐蝕。
3）針對城市內澇，應在埋地天然氣管道的建設中，完善防澇體系，做好防澇規劃以降低管道泄漏的可能性。
4）針對油氣泄漏風險較大的埋地天然氣區段，要完善油氣回收機制，儘可能降低損失。
結論
埋地天然氣管道失效造成揮發性有機物的泄漏，不僅會對環境造成災難性的影響，對人們的生產生活也會造成重大影響。通過IDRISI對常州市埋地天然氣管道泄漏的影響因素進行分析，得出地面沉降、地裂縫、城市內澇、土壤腐蝕是造成管道泄漏的主要影響因素，並針對這些因素，提出了相應的保護措施，為該地區制定防護措施，進行風險評估提供了客觀依據，為埋地天然氣管道的防護提出了意見及建議，具有重要意義。
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