隨著埋地天然氣管道的普及，確保埋地天然氣管道平穩(wěn)、安全、高效地運(yùn)行已經(jīng)成為了一項(xiàng)長(zhǎng)期的重大任務(wù)。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(nèi)澇，土壤腐蝕等)的基礎(chǔ)上，借助IDRISI完成了數(shù)據(jù)庫(kù)建立和空間分析，為埋地天然氣管道的管理和防護(hù)提出了相應(yīng)的對(duì)策建議及今后的重點(diǎn)研究方向。
埋地天然氣管道是城市建設(shè)的重要組成部分，其運(yùn)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(fā)展，各種原因?qū)е碌墓艿佬孤╊l繁發(fā)生。我國(guó)埋地天然氣管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生，一旦埋地天然氣管道發(fā)生泄漏等危險(xiǎn)情況，不僅會(huì)造成揮發(fā)性有機(jī)物的泄漏引起災(zāi)難性的環(huán)境污染，還會(huì)給全市各行業(yè)及日常生活造成巨大的損失。因此，借助IDRISI完成數(shù)據(jù)庫(kù)建立和空間分析，對(duì)管道泄漏的影響因素進(jìn)行分析，為建立完善的預(yù)警機(jī)制和應(yīng)對(duì)措施提供了依據(jù)。
目標(biāo)區(qū)塊埋地天然氣管道概況及研究方法
常州地處長(zhǎng)江三角洲中心，是長(zhǎng)江三角洲地區(qū)中心城市之一。常州地勢(shì)西南略高于東北，高度差約為2m。常州經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，地下天然氣管網(wǎng)密集交錯(cuò)，城市地下天然氣管道大多鋪設(shè)在人口稠密的城區(qū)地下，使得埋地天然氣管道泄漏具有群發(fā)性、社會(huì)性、突發(fā)性、復(fù)雜性的特點(diǎn)。研究區(qū)塊為常州市港華天然氣某一區(qū)塊的埋地天然氣管道，管道鋪設(shè)在人口密集的城區(qū)地下，管網(wǎng)分布密集，覆蓋面積約190km2，通過(guò)對(duì)常州地區(qū)災(zāi)害、管道運(yùn)行壓力及危險(xiǎn)源分布的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的搜集，發(fā)現(xiàn)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(nèi)澇，土壤腐蝕等方面，各個(gè)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?xì)夤艿腊l(fā)生形變、錯(cuò)位、松動(dòng)等一系列問(wèn)題，造成埋地天然氣管道中攜帶揮發(fā)性有機(jī)物的氣體泄漏，加劇空氣污染。
在樣本數(shù)據(jù)采集中，往往收集的都是離散點(diǎn)形式的數(shù)據(jù)，因此應(yīng)通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及空間插值來(lái)得到連續(xù)的數(shù)據(jù)。IDRISI空間與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的建立在workshop中完成，主要分為2步:
一是空間、屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；
二是空間和屬性數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。
在IDRISI中建立樣本數(shù)據(jù)的空間屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，一方面定義了樣本點(diǎn)的地理坐標(biāo)，另一方面描述了樣本點(diǎn)的屬性值?？臻g分析是一種研究空間變量變化規(guī)律的統(tǒng)計(jì)方法，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于礦產(chǎn)估計(jì)、生態(tài)環(huán)境、大氣研究、土地利用與管理等多個(gè)方面?？臻g插值是研究區(qū)域變量的基本方法，空間插值的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)已知樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)估算未知點(diǎn)的數(shù)據(jù)。現(xiàn)有的樣本數(shù)據(jù)無(wú)法覆蓋全部研究區(qū)域，通過(guò)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及TIN插值將離散的樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成連續(xù)的平面數(shù)據(jù)。
因素分析
埋地天然氣管道發(fā)生拉斷、剪斷、彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形、承接口開裂、承接口拉開、承接口剪開等多種事故會(huì)使埋地天然氣管道失效而造成揮發(fā)性有機(jī)物泄漏，根據(jù)常州市地質(zhì)、河流分布、土壤類型等分析可得地面沉降、地裂縫、城市內(nèi)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(guò)IDRISI中空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以及空間差值對(duì)常州市埋地天然氣管道泄露的主要因素進(jìn)行了分析。
地面沉降。地面沉降是指由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的地層松散，使得地表面標(biāo)高降低的一種地面水平面局部下降現(xiàn)象，是目前城市的一個(gè)主要工程地質(zhì)問(wèn)題。地殼運(yùn)動(dòng)、海平面上升等都會(huì)引起區(qū)域性沉降;隨著人類活動(dòng)日益頻繁，大量開采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(qū)大小、管徑、管壁的厚度、土體的強(qiáng)度、管土的摩擦力以及管道內(nèi)的壓力都會(huì)使得埋地天然氣管道發(fā)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(fā)生泄漏，油氣中的揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染。常州市地面沉降發(fā)生于20世紀(jì)70年代初期，已對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成了一定的影響。圖1為常州市中心城區(qū)累計(jì)沉降量折線圖，可以發(fā)現(xiàn)在1991—1998年這7年中，由于常州經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大量開采地下水，導(dǎo)致沉降量增長(zhǎng)迅猛，此后10年中地面沉降量增長(zhǎng)趨于緩慢，由于采取了包括關(guān)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(xù)下降。2010—2011年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，市區(qū)大部分地區(qū)的地面沉降率低于5mm·a-1，但市區(qū)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(dǎo)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(zhǎng)度和寬度的開裂的宏觀地表破壞現(xiàn)象。地裂縫會(huì)對(duì)埋地天然氣管道造成爆管從而引發(fā)油氣泄漏，造成環(huán)境污染及經(jīng)濟(jì)損失，當(dāng)發(fā)生地裂縫時(shí)，埋地天然氣管道會(huì)產(chǎn)生裂縫、接口松動(dòng)、變形等情況，在外力的作用下，管道極易發(fā)生爆管，距離地裂縫越近，爆管的可能性越大。在常州市發(fā)現(xiàn)了6處地裂縫，對(duì)埋地天然氣管道造成了破壞，帶來(lái)了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，給居民的生產(chǎn)和生活帶來(lái)慘重的損失。如圖2所示，常州市地裂縫高易發(fā)區(qū)主要分布在常州東部，表明常州東部地區(qū)埋地天然氣管道發(fā)生泄露的可能性高于其他地區(qū)。
城市內(nèi)澇。多數(shù)城市頻發(fā)城市內(nèi)澇，給生產(chǎn)和生活帶來(lái)了嚴(yán)重影響，常州臨靠長(zhǎng)江、太湖，京杭大運(yùn)河穿境而過(guò)，河網(wǎng)縱橫，城市內(nèi)澇頻發(fā)，導(dǎo)致埋地天然氣管道面臨更嚴(yán)峻的地下腐蝕的情況，發(fā)生油氣泄露的的風(fēng)險(xiǎn)性也就越大。2015年6—7月，常州暴雨雨量大而猛，從而引發(fā)了歷史罕見的城市內(nèi)澇災(zāi)害，屬歷史特大洪澇。全市普降大暴雨在12h、24h以及3d內(nèi)的雨量都超過(guò)了歷史最大值，內(nèi)澇會(huì)加劇埋地天然氣管道的泄漏并產(chǎn)生不可預(yù)估的損失。針對(duì)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)比較大的地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)及埋地天然氣管道的改造。圖3為IDRISI根據(jù)收集的數(shù)據(jù)資料得到的分析圖，由圖3中可知，右側(cè)數(shù)據(jù)為該地區(qū)發(fā)生內(nèi)澇的危險(xiǎn)值，分值越大，顏色越紅的地方發(fā)生內(nèi)澇的可能性就越大，圖中紅紫色區(qū)域占據(jù)了一半，表明城市內(nèi)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(huì)導(dǎo)致攜帶揮發(fā)性有機(jī)物的油氣的泄漏，為人們的生活帶來(lái)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(duì)地下設(shè)施等產(chǎn)生的腐蝕破壞現(xiàn)象。土壤腐蝕不僅會(huì)對(duì)埋地天然氣管道造成破壞泄漏，還會(huì)造成火災(zāi)與爆炸，給經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境及人身安全等多方面帶來(lái)威脅。土壤腐蝕性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，可知土壤的腐蝕等級(jí)不是受單一影響因素控制的，是受多個(gè)影響因素控制的綜合作用，不同地段的腐蝕等級(jí)也不同。研究區(qū)塊內(nèi)的樣本土的數(shù)據(jù)如表2所示，大部分樣本土都處在腐蝕等級(jí)稍高和高的范圍之內(nèi)，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(hù)措施
文章借助IDRISI對(duì)常州市埋地天然氣管道泄漏的幾個(gè)影響因素:地面沉降，地裂縫，城市內(nèi)澇，土壤腐蝕等進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和空間分析的工作，并針對(duì)各影響因素，總結(jié)得出以下保護(hù)措施:
1）針對(duì)地面沉降及地裂縫，應(yīng)禁采深井水，減緩地面沉降速率，做好淺層地下水合理開發(fā)利用，完善監(jiān)測(cè)體制，健全地面沉降檢測(cè)體系?？茖W(xué)勘測(cè)、嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)，盡量避開可能發(fā)生災(zāi)害的地段，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)較大的地區(qū)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
2）針對(duì)嚴(yán)重土壤腐蝕地段，應(yīng)考慮對(duì)相應(yīng)地段土壤進(jìn)行脫水、凈化、換土、除氧、添加緩蝕劑等措施，改善腐蝕環(huán)境。還可以通過(guò)管道外涂層來(lái)屏蔽腐蝕介質(zhì)從而減緩腐蝕。
3）針對(duì)城市內(nèi)澇，應(yīng)在埋地天然氣管道的建設(shè)中，完善防澇體系，做好防澇規(guī)劃以降低管道泄漏的可能性。
4）針對(duì)油氣泄漏風(fēng)險(xiǎn)較大的埋地天然氣區(qū)段，要完善油氣回收機(jī)制，盡可能降低損失。
結(jié)論
埋地天然氣管道失效造成揮發(fā)性有機(jī)物的泄漏，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成災(zāi)難性的影響，對(duì)人們的生產(chǎn)生活也會(huì)造成重大影響。通過(guò)IDRISI對(duì)常州市埋地天然氣管道泄漏的影響因素進(jìn)行分析，得出地面沉降、地裂縫、城市內(nèi)澇、土壤腐蝕是造成管道泄漏的主要影響因素，并針對(duì)這些因素，提出了相應(yīng)的保護(hù)措施，為該地區(qū)制定防護(hù)措施，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了客觀依據(jù)，為埋地天然氣管道的防護(hù)提出了意見及建議，具有重要意義。
