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、高效地運行已經(jīng)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，借助IDRISI完成了數(shù)據(jù)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后的重點研究方向。
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(fā)展，各種原因導致的管道泄漏頻繁發(fā)生。我國埋地天然氣管道泄漏事故時有發(fā)生，一旦埋地天然氣管道發(fā)生泄漏等危險情況，不僅會造成揮發(fā)性有機物的泄漏引起災難性的環(huán)境污染，還會給全市各行業(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(jù)。
目標區(qū)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(qū)中心城市之一。常州地勢西南略高于東北，高度差約為2m。常州經(jīng)濟發(fā)達，地下天然氣管網(wǎng)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(qū)地下，使得埋地天然氣管道泄漏具有群發(fā)性、社會性、突發(fā)性、復雜性的特點。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，通過對常州地區(qū)災害、管道運行壓力及危險源分布的現(xiàn)場調查和實測數(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(fā)生形變、錯位、松動等一系列問題，造成埋地天然氣管道中攜帶揮發(fā)性有機物的氣體泄漏，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形式的數(shù)據(jù)，因此應通過空間數(shù)據(jù)庫的建立及空間插值來得到連續(xù)的數(shù)據(jù)。IDRISI空間與屬性數(shù)據(jù)庫的建立在workshop中完成，主要分為2步:
一是空間、屬性數(shù)據(jù)的存儲；
二是空間和屬性數(shù)據(jù)的關聯(lián)。
在IDRISI中建立樣本數(shù)據(jù)的空間屬性數(shù)據(jù)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?？臻g分析是一種研究空間變量變化規(guī)律的統(tǒng)計方法，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛地應用于礦產(chǎn)估計、生態(tài)環(huán)境、大氣研究、土地利用與管理等多個方面?？臻g插值是研究區(qū)域變量的基本方法，空間插值的實質就是通過已知樣本點數(shù)據(jù)來估算未知點的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的樣本數(shù)據(jù)無法覆蓋全部研究區(qū)域，通過樣本點數(shù)據(jù)庫的建立及TIN插值將離散的樣本數(shù)據(jù)轉變成連續(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、扭轉變形、承接口開裂、承接口拉開、承接口剪開等多種事故會使埋地天然氣管道失效而造成揮發(fā)性有機物泄漏，根據(jù)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中空間數(shù)據(jù)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。地面沉降是指由于人類活動導致的地層松散，使得地表面標高降低的一種地面水平面局部下降現(xiàn)象，是目前城市的一個主要工程地質問題。地殼運動、海平面上升等都會引起區(qū)域性沉降;隨著人類活動日益頻繁，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(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)性有機物會對空氣造成嚴重污染。常州市地面沉降發(fā)生于20世紀70年代初期，已對人們的生產(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)濟快速發(fā)展，大量開采地下水，導致沉降量增長迅猛，此后10年中地面沉降量增長趨于緩慢，由于采取了包括關閉水井、限采及回灌等一系列措施，遏制住了地下水水位的持續(xù)下降。2010—2011年的監(jiān)測數(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(xiàn)象。地裂縫會對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)濟損失，當發(fā)生地裂縫時，埋地天然氣管道會產(chǎn)生裂縫、接口松動、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(chǎn)和生活帶來慘重的損失。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)。
城市內澇。多數(shù)城市頻發(fā)城市內澇，給生產(chǎn)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(wǎng)縱橫，城市內澇頻發(fā)，導致埋地天然氣管道面臨更嚴峻的地下腐蝕的情況，發(fā)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(fā)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并產(chǎn)生不可預估的損失。針對內澇風險比較大的地區(qū)，應加強風險監(jiān)測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，右側數(shù)據(jù)為該地區(qū)發(fā)生內澇的危險值，分值越大，顏色越紅的地方發(fā)生內澇的可能性就越大，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(fā)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(chǎn)生的腐蝕破壞現(xiàn)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(jīng)濟、能源、環(huán)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(qū)塊內的樣本土的數(shù)據(jù)如表2所示，大部分樣本土都處在腐蝕等級稍高和高的范圍之內，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
文章借助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，土壤腐蝕等進行了數(shù)據(jù)庫的建立和空間分析的工作，并針對各影響因素，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(fā)利用，完善監(jiān)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(fā)生災害的地段，對安全風險較大的地區(qū)應當進行重點監(jiān)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(huán)境。還可以通過管道外涂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(guī)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(qū)段，要完善油氣回收機制，盡可能降低損失。
結論
埋地天然氣管道失效造成揮發(fā)性有機物的泄漏，不僅會對環(huán)境造成災難性的影響，對人們的生產(chǎn)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，并針對這些因素，提出了相應的保護措施，為該地區(qū)制定防護措施，進行風險評估提供了客觀依據(jù)，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。
