一种埋地油气管道滑坡灾害耦合定量风险评估方法

本发明涉及油气管道安全评估，具体涉及一种埋地油气管道滑坡灾害耦合定量风险评估方法。

背景技术：

1、埋地油气管道是我国油气资源跨区域调配、能源输送的核心基础设施，长期敷设于地下复杂地质环境中，易受滑坡、崩塌、泥石流等各类地质灾害侵袭。其中，滑坡灾害具备发生频次高、分布范围广、发育速度快、破坏强度大的特点，是威胁埋地油气管道长期安全稳定运营的首要地质灾害。

2、我国西南云贵桂地区山地丘陵地貌密集，地形起伏落差大、地质构造复杂、岩土体稳定性差，叠加雨季集中、短时强降雨频发的气候特征，区域内滑坡地质灾害高发多发。长期管道运维数据与地质灾害监测记录表明，该区域频繁出现滑坡土体挤压、拖拽、弯折埋地油气管道的现象，极易引发管道变形、焊缝开裂、本体断裂、油气泄漏等安全事故，不仅会造成油气输送中断、巨额经济损失，还会诱发火灾、爆炸、土壤及水体污染等次生灾害，严重制约区域油气输送网络的安全、稳定、高效运行。

3、当前行业内主流的滑坡风险评估技术存在显著技术缺陷，现有评估方法多聚焦于滑坡本体的稳定性、发育趋势及单一发生概率进行分析，忽略了滑坡与埋地油气管道之间的相互作用机制与耦合影响关系，缺乏针对性的“滑坡-管道”一体化评估体系。同时，现有技术无法实现滑坡发生概率、滑坡防治工程效果、管道结构失效概率三类核心要素的协同耦合分析，仅能开展单一要素的定性或半定量评估，导致评估结果片面性强、精度较低、主观性突出、可重复性差。

4、现有评估手段得出的风险结果无法精准反映埋地油气管道在滑坡灾害作用下的真实受损风险水平，难以直接支撑管道风险分级管控、差异化运维巡检、滑坡灾害精准治理、防控资源优化配置等工程实际工作。因此，行业亟需一种兼顾全面性、定量化、高精度、可工程化落地的埋地油气管道滑坡风险评估方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种埋地油气管道滑坡灾害耦合定量风险评估方法，构建滑坡发育、防控效能、管道易损三维评估指标体系，通过乘法耦合模型 p=h1×h2×v计算综合风险指数，依据预设阈值实现五级风险定量判定。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种埋地油气管道滑坡灾害耦合定量风险评估方法，包括以下步骤：

4、s1：构建三维耦合风险评估指标体系，所述指标体系由评价滑坡灾害发育的指标、评价灾害防控效能的指标和评价管道结构易损性的指标三类评价维度组成；

5、s2：对所述三维耦合风险评估指标体系中的所有评价指标，建立标准化量化分级赋值规则，完成各指标由定性或定量特征向规范化分值的转换；

6、s3：采用多准则决策分析方法，构建递阶层次分析模型，计算并获得所述各评价指标相对于上级评估目标的归一化权重向量，所述权重向量通过一致性检验；

7、s4：基于步骤s2中得到的各指标量化分值与步骤s3中获得的各指标权重向量，通过预设的加权求和算法，分别独立求解滑坡发育指数、防控失效指数和管道易损指数；

8、s5：将所述滑坡发育指数、防控失效指数和管道易损指数代入耦合计算模型，得到用于表征管道在滑坡灾害下综合风险程度的综合风险指数，所述耦合计算模型为：

9、

10、式中，p为所述综合风险指数，为所述滑坡发育指数，为所述防控失效指数，v为所述管道易损指数；

11、s6：将所述综合风险指数与预设的多级风险阈值区间进行比对，判定并输出当前评估对象的管道滑坡灾害风险等级。

12、进一步的，步骤s1中所述评价滑坡灾害发育的指标，至少包含反映滑坡地形地貌特征、滑坡物质组成特征、滑坡变形破坏特征和滑坡外部诱发环境特征中每一类的至少一个指标项。

13、进一步的，步骤s1中所述评价灾害防控效能的指标，至少包含反映滑坡截排水措施状态、抗滑加固措施状态和岩土体性质改良措施状态中每一类的至少一个指标项。

14、进一步的，步骤s1中所述评价管道结构易损性的指标，至少包含反映管道的空间埋设位置、管道本体埋深和管道与滑坡体的空间几何交切关系中每一类的至少一个指标项。

15、进一步的，步骤s3中所述一致性检验的标准为一致性比率cr<0.1。

16、进一步的，步骤s4中所述加权求和算法为：各所述指数分别由对应维度下的各指标量化分值与其权重乘积的总和，再乘以一个预设的归一化因子后得到，且各所述指数的值域经归一化后统一映射至[0，1]区间。

17、进一步的，所述归一化因子为1/10，所述滑坡发育指数、防控失效指数和管道易损指数v计算公式具体为：

18、

19、

20、式中，、、分别对应滑坡灾害发育、灾害防控效能、管道结构易损性各评价维度下细分指标的归一化权重；、、分别对应各所述细分指标的量化分值。

21、进一步的，步骤s6中所述多级风险阈值区间具体划分为五个等级，对应的阈值判定标准为：

22、为低风险；

23、为较低风险；

24、为中等风险；

25、为较高风险；

26、为高风险。

27、另一方面，本发明提出上述的方法在指导管道的运维巡检排布、灾害防控优先级判定或工程治理决策中的应用。

28、本发明的有益效果：

29、本发明构建了涵盖滑坡灾害发育、灾害防控效能、管道结构易损性三个评价维度的评估指标体系，并采用乘法耦合模型对三个维度的归一化指数进行非线性协同整合，使评估逻辑与滑坡致损管道的链式灾变物理机制相吻合，解决了现有技术因单维度评估或线性叠加导致的评估结果系统性失真问题。滑坡导致埋地管道失效是外部致灾荷载、人工防控屏障与管道自身承灾能力三者非线性交互作用的结果。本发明将这一物理过程抽象为三个独立可量化的指数，并以乘性耦合形式表征其相互作用关系。归一化至[0,1]区间的三个指数各自独立描述了所在维度从绝对安全到完全失效的风险梯度，乘法运算使任一维度的高风险状态均会以乘数方式放大综合风险，而非被另两个维度的低风险值所平均或淹没；同时，任一维度的风险若趋近于零，则综合风险被乘法归零效应直接拉低。精准复现了管道滑坡灾害中“单一环节失效即可导致全线崩溃”的级联脆弱性特征，使得本发明输出的综合风险指数在数学性质上与物理致灾过程的非线性本质一致，评估结果能够真实区分“中等风险”与“较高风险”之间的质变边界，避免了线性叠加模型将高风险工况错误评定为中等风险的系统性偏差。

30、本发明对全部评价指标建立了统一的分级量化赋值规则，并以一致性比率cr<0.1作为层次分析法权重计算的有效性判定标准，实现了从指标输入到权重分配的全程数学化处理，消除了传统方法依赖定性经验判断所引入的主观性和不可复现性。本发明将坡面形态、岩土体状态、现今变形程度等定性描述指标以及坡度、降雨量等定量测量指标，统一映射至1至10分的规范化风险分值，以数值锚定方式固化了指标状态与风险当量之间的唯一对应关系，排除了不同评估者对同一状态做出不同分值判断的可能性。在此基础上，层次分析法通过两两比较判断矩阵将专家知识转化为数学权重，而一致性比率cr<0.1的强制检验则从逻辑自洽性角度检验判断矩阵是否成立，剔除其中存在a优于b、b优于c、c又优于a的内在矛盾。经过检验的有效权重参数在传递次序上逻辑严格成立，保障了权重分配的科学性。标准化赋值与一致性检验的双重约束，使得本发明的评估全过程基于确定的数学规则，不同操作者在相同输入数据条件下必然得到相同的评估结论，评估结果的可重复性与可验证性显著优于依赖个人经验判断的传统定性或半定量方法。

31、本发明以归一化因子对加权求和结果进行缩放，将滑坡发育指数、防控失效指数和管道易损指数的值域统一约束至[0,1]区间，并基于此连续风险谱设定五级阈值标准对综合风险指数p进行等级划分，使评估结果兼具数学精确性与工程直观性。加权求和项的理论上限受制于各指标评分最大值10且同一维度下权重之和为1的数学约束，其值域严格不超过[0,10]，乘以归一化因子1/10后所得指数的值域被精确限定为[0,1]。指数取值0被赋予该维度无任何可识别风险的绝对安全含义，取值1被赋予该维度已达到评价标准下最高风险极限的完全失效含义，中间值为连续风险梯度。在此具有绝对参照系的连续风险谱上设定的五级阈值切分，能够以单一综合指数p的数值直接映射至明确的风险等级及对应的差异化管控措施，无需工程人员对评估结果进行二次相对化解译或经验判断，为管道滑坡风险的精准分级管控与运维资源配置提供了直接可用的量化决策依据。

32、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。