5 北京市天然氣輸配管網(wǎng)應(yīng)對地質(zhì)災(zāi)害措施
? ??綜合北京地質(zhì)條件、管網(wǎng)情況、災(zāi)害趨勢3方面的情況，北京市天然氣輸配管網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)特點概括為：地質(zhì)復(fù)雜，潛在危害大；管網(wǎng)龐大，防災(zāi)底子?。粸?zāi)害增多，應(yīng)對措施難。
??? 北京市天然氣管網(wǎng)從1958年到2008年經(jīng)過了50年的建設(shè)發(fā)展歷程，供應(yīng)規(guī)模已達(dá)到80億m3/a，相當(dāng)于東京1998年的供氣量。但由于經(jīng)濟(jì)水平和防災(zāi)意識等原因，燃?xì)夤芫W(wǎng)防災(zāi)措施遠(yuǎn)沒有達(dá)到日本同等規(guī)模時期水平，與現(xiàn)狀東京燃?xì)庀嗖罡h(yuǎn)。隨著北京經(jīng)濟(jì)水平的提高，城市規(guī)模的擴(kuò)大，以人為本的理念的加深。提高北京燃?xì)夤芫W(wǎng)安全性，采取應(yīng)對地質(zhì)災(zāi)害的必要措施，已受到廣泛重視。燃?xì)夤芫W(wǎng)防災(zāi)系統(tǒng)是一個逐步發(fā)展和完善的過程，通過對目前北京燃?xì)夤芫W(wǎng)分析。結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)驗，在防災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)初期，防災(zāi)措施概括起來可從以下4個方面著手：
??? (1) 重要燃?xì)庠O(shè)施規(guī)劃選址避開地質(zhì)條件差的地區(qū)。
??? (2) 管線改造與建設(shè)加強(qiáng)防護(hù)措施。
??? (3) 細(xì)分控制區(qū)域減小災(zāi)害損失。
??? (4) 建立防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
5.1 重要燃?xì)庠O(shè)施規(guī)劃選址避開地質(zhì)條件差地區(qū)
??? 2020年北京市天然氣供應(yīng)量由2008年55億m3，增加到120億m3，六環(huán)路全環(huán)建設(shè)4.OMPa天然氣管線，北六環(huán)和東北六環(huán)附近建設(shè)兩座天然氣接收站。
??? 根據(jù)北京燃?xì)庖?guī)劃，將在高麗營建門站，但其位置正處在斷裂帶附近，由于門站運行安全對北京天然氣供應(yīng)起著舉足輕重的作用，高麗營門站將占全網(wǎng)供應(yīng)能力的1/4，一旦發(fā)生事故將導(dǎo)致北京市天然氣管網(wǎng)供應(yīng)癱瘓。因此，建議在規(guī)劃選址時應(yīng)避免潛在地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)。
5.2 管線改造和建設(shè)加強(qiáng)保護(hù)措施
5.2.1 管道工程采取增強(qiáng)其安全性的措施
??? 在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險較大區(qū)域敷設(shè)的管線，管材應(yīng)選用抗震性能好的材料，在接口連接處應(yīng)采用柔性接頭。管道穿越市區(qū)斷裂帶時，管道應(yīng)與其正交；并敷設(shè)套筒內(nèi)，周圍填充砂料；管道及套筒應(yīng)采用鋼管；穿越地裂縫的管道兩側(cè)應(yīng)增設(shè)緊急切斷閥門。在北京市區(qū)東部和北部以及斷裂帶地區(qū)建設(shè)管線時，應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害對管線影響評估，建成后應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)條件惡劣地區(qū)周邊管線的巡檢。
5.2.2 采用地下綜合管溝敷設(shè)管線
??? 實踐證明管溝敷設(shè)是管線防止地質(zhì)災(zāi)害的有效方法。法國巴黎的地下市政設(shè)施[12]十分完善，早在19世紀(jì)就利用了地下排水渠道的上部空間敷設(shè)電話線、電線、煤氣管道等公共服務(wù)管道設(shè)施。2005年日本東京，為預(yù)防可能發(fā)生的大地震，在繁華區(qū)地下40m深處，開始建設(shè)被稱為“防震生命線”的共同管溝工程[13]。此管溝內(nèi)有電話、電氣、天然氣、上下水道等管線。目前。東京市內(nèi)11OOkm的干線道路下，已經(jīng)建成119km的共同溝，根據(jù)日本政府計劃。今后所有干線道路下都將興建公共管溝。
??? 北京市越來越多的管線要求地下敷設(shè)，如通信、電力電纜等，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地下管線的增多，給工程建設(shè)和維護(hù)管理帶來了更大的困難。管溝敷設(shè)方法不僅能有效地防止地質(zhì)災(zāi)害，便于維護(hù)管理，而且還可以防止由于地鐵雜散電流對管線的腐蝕。但由于管溝敷設(shè)投資大，地質(zhì)條件要求高，不可能在短時間得到普及，但對于重要管線集中路段應(yīng)采用管溝敷設(shè)方式。據(jù)悉隨著京包路的建設(shè)，沿線地下需敷設(shè)高壓天然氣，高壓電纜、電信、上下水等重要管線，而京包路附近地下水開采過量，地沉下降速度加快，沿公路還要建設(shè)城鐵，因此，京包路地下管線應(yīng)采用管溝敷設(shè)方式。目前北京中關(guān)村西區(qū)采用了包括電力主管廊、電信主管廊、天然氣主管廊、熱力主管廊、給水管廊的綜合管廊工程[4]，實踐證明效果良好。
5.3 細(xì)分控制區(qū)減少損失
5.3.1 重要區(qū)域的劃分
??? 北京市是悠久的歷史文化名城。有如：故宮、北海、天壇、圓明園、頤和園重要的名勝古跡。但是由于要對此地區(qū)附近用戶供氣，天然氣管線無法避免地要在此周圍敷設(shè)。天然氣管線是這些古跡潛在的危險源，一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致管線天然氣泄漏引發(fā)的大火，其損失是無法估量的。為此應(yīng)對這些地區(qū)重點保護(hù)。另外，大學(xué)、醫(yī)院、圖書館、電視臺、政府機(jī)構(gòu)及重要軍事設(shè)施也應(yīng)該列入重要保護(hù)區(qū)域。
5.3.2 分區(qū)域保護(hù)措施
??? 細(xì)分區(qū)域可在緊急情況下獨立控制。以往在做天然氣規(guī)劃時比較重視高壓管線的防護(hù)，但天然氣管線防止地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)鍵和著眼點應(yīng)是低壓管網(wǎng)的保護(hù)措施。北京市天然氣輸配管網(wǎng)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般一個區(qū)域由多座調(diào)壓站供應(yīng)，緊急情況下只要一座調(diào)壓站未能實現(xiàn)切斷，則不能停止該區(qū)域的供氣。圖2所示為建立中壓獨立控制區(qū)域示意圖。
??? 對于重要區(qū)域的保護(hù)措施，可以借鑒日本的經(jīng)驗，東京瓦斯公司將其管轄的供氣域的低壓網(wǎng)路劃分為101個區(qū)域。每個區(qū)域的大小為30km2～40km2，每個有30個～50個中低壓區(qū)域調(diào)壓站[3]。在緊急情況下，只要關(guān)閉域內(nèi)所有的調(diào)壓站就可以完全切斷供氣。為了保證可靠性。每個區(qū)域都至少配備了3個地質(zhì)監(jiān)測裝置將監(jiān)測到的大地運動數(shù)值傳到監(jiān)控中心。以便監(jiān)控中心做出切斷的決定。這要求SI監(jiān)測有極高的可靠性，否則不必要的切斷將給用戶帶來不便，并且根據(jù)安全規(guī)則，中斷后重新供氣必須檢查該區(qū)域所有用戶的管道狀況。同樣，日本大阪天然氣公司[14]通過對服務(wù)區(qū)域進(jìn)行更加細(xì)小的劃分，能夠更加精確地控制供應(yīng)，中止供氣。每個分區(qū)都是彼此獨立的，而且每個分區(qū)的天然氣可以單獨控制。該計劃要求把整個服務(wù)區(qū)從目前的55個分區(qū)細(xì)分到120個，每個分區(qū)包含由5萬戶降到2.5萬戶，在遇到緊急情況時，僅對那些受損嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行暫停供氣操作。
5.4 建立防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
??? 防災(zāi)減災(zāi)關(guān)鍵問題是災(zāi)害發(fā)生時的應(yīng)急反應(yīng)與災(zāi)后快速恢復(fù)的能力，要達(dá)到這一目的必須建立防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
??? 截至到2008年北京燃?xì)夤灿?60萬用戶，天然氣管線10873萬km，其中：高壓管線(大于1.OMPa)為946km，中壓管線(0.1至0.4MPa)為41OOkm，低壓管線為(小于5kPa)5827km。北京中壓管網(wǎng)普遍成環(huán)狀，調(diào)壓站一般為超壓切斷，切斷閥沒有遠(yuǎn)程控制，這為防災(zāi)保護(hù)帶來了巨大的困難。
??? 若按5萬戶劃分區(qū)域，360萬戶有75個區(qū)域，初步估計需800個切斷閥，225個地震測示儀，共有1025個監(jiān)測點，設(shè)備投入為10250萬元。由于北京天然氣管線大多埋設(shè)在公路下，施工難度大，可考慮分期實施，首先在重點區(qū)域內(nèi)建設(shè)監(jiān)測點，監(jiān)測點與調(diào)度中心通訊可采用租公共數(shù)據(jù)網(wǎng)方式。
??? 地震測示儀器與調(diào)壓站的切斷閥、管線切斷閥連接，地震測示儀能夠?qū)⑼馏w運動信號獨立的傳輸給調(diào)度中心和所屬區(qū)域的調(diào)壓站、干線閥門站，調(diào)度中心經(jīng)過專家診斷軟件迅速判斷是否切斷閥門，并下達(dá)指令。
??? 快速恢復(fù)供氣可以減少經(jīng)濟(jì)損失，震后恢復(fù)方案的制定要根據(jù)管線的受損，災(zāi)情預(yù)警情況而定。合理分布的地震監(jiān)測儀可以為調(diào)度中心提供地震發(fā)生過程的歷史數(shù)據(jù)，先進(jìn)的軟件平臺(如GIS)和專家診斷系統(tǒng)可為地下管線評估提供科學(xué)依據(jù)。為謹(jǐn)慎起見，一般切斷閥打開，恢復(fù)供氣都采取人工方式。
??? 天然氣管網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)可納入現(xiàn)有的北京市天然氣管網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中。目前此系統(tǒng)場站監(jiān)控點為3000個，2009年將對此系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，升級改造后的系統(tǒng)應(yīng)具備防災(zāi)減災(zāi)部分功能。
??? 總之，建立防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)是以能夠及時有效應(yīng)對和快速恢復(fù)為目標(biāo)，這賴于準(zhǔn)確地質(zhì)運動信號的獲取、可靠的信號傳輸、科學(xué)的判斷及高效的控制。
6 結(jié)語
??? 天然氣管線遍布北京大街小巷，天然氣中低壓管線，在地質(zhì)災(zāi)害中易損壞漏氣，漏氣后容易發(fā)生火災(zāi)，從而造成生命和財產(chǎn)的損失。因此，管線建設(shè)和運行應(yīng)采用必要措施。建立天然氣管網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，北京燃?xì)饪稍诂F(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)中增加重點區(qū)域的地震監(jiān)測點，切斷閥監(jiān)測點，實現(xiàn)中低側(cè)的安全實時控制，建立先進(jìn)的關(guān)閉系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
1 北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京市地質(zhì)研究所.北京地質(zhì)災(zāi)害[M].北京：中國大地出版社，2008.
2 安培浚，曲建升，等.世界部分國家和地區(qū)地震次生災(zāi)害應(yīng)對措施[J].科學(xué)新聞，2008，12：16-18.
3 Yoshihisa Shimizu，et al. Development of Real-Time Safety Control System for Urban Gas Supply Network [J]. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2006，132(2)：237-249.
4 宋波，黃世敏.圖說現(xiàn)代城市災(zāi)害與減災(zāi)對策[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.
5 Fred Turner，Douglas Honegger. Improving Natural Gas Safety in Earthquakes—California Recommendations[A].Proceedings of the Sixth U.S.Conference and Workshop on Lifeline Earthquake Engineering [C]. Long Beach California (USA)：American Society of Civil Engineers，2003，368-377.
6 Japan Society of Civil Engineers.The 1999 JI-JI Earthquake Taiwan Investigation into the damage to civil engineering structures [EB/OL].http：//www.jsce -int.org/disaster_report.shtml，2008.
7? 王搜，帥健.天然氣長輸管道定量風(fēng)險評價中的技術(shù)要點[J].油氣儲運，2005，24(B12)：18-21.
8 Gerry Ferris，Jordan Severin. Pipeline Integrity Risk Assessment and Management [EB/OL]. http：//www.bgcengineering.info/，2007.
9 孫永慶，鐘群鵬，張崢.城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估中失效后果的計算[J].天然氣工業(yè)，2006，26(1)：120-122.
10 彭世尼.燃?xì)獍踩夹g(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.
11 童林旭.城市生命線系統(tǒng)的防災(zāi)減災(zāi)問題-日本阪神大地震生命線震害的啟示城市發(fā)展研究[J].城市發(fā)展研究，2007，7(3)：8-12.
12 鐘紀(jì)剛.巴黎城市建設(shè)史[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.2002.
13 新民晚報.日本東京“共同溝”工程[J].上海電力，2005，18(1)：109-109
14 陳偉，張軍.地震災(zāi)害與能源安全(上)-地震災(zāi)害與石油天然氣系統(tǒng)安全[J].科學(xué)新聞，2008，14：34-36.
長輸燃?xì)夤艿赖陌踩Ｗo(hù)距離
