膠東調水管道工程風險管理研究

李　楊，趙文竹

（1.山東省膠東調水局，山東 濟南 250100；2.山東省膠東調水工程博興管理站，山東 博興 256500）

膠東調水工程黃水河泵站~威海米山水庫段為輸水管道與暗渠工程，其中：輸水管道樁號里程長度達到102.6 km，占工程線路總長度的22%。管道工程穿越山區，地形起伏較大，采用加壓、無壓及有壓重力交替輸水方式，運行控制措施十分復雜，其建設和運行的難度得到了較多水利行業專家的認定。因此，極有必要將風險管理的相關理論和研究引入膠東調水管道工程的運行管理過程中，對于管道工程運行中所面對的風險進行全面的識別、分析，制定可行、有效的風險控制措施，以減輕或者規避各類風險所造成的損失。

1　膠東調水管道工程運行風險識別

管道工程運行風險主要表現為安全穩定性出現故障，不能滿足設計規劃的輸水功能，影響系統的輸水能力或對工程和沿線造成安全隱患，其失效模式主要表現在變形、滲漏和爆管。

1）變形：表現為持續性破壞形式，柔性管道和剛性管道均有發生變形的可能，柔性管道的變形則更為常見。管道的變形通常表現為環向變形和接口錯位，環向變形量達到一定程度影響管道輸水效率并易引發爆管事故，接口錯位則易造成滲漏。

2）滲漏：表現為持續性破壞形式，管道的滲漏是常見現象，在單位時間內的滲漏量不大，隨著時間的累計，供水管道的滲漏損失也是十分可觀。對于大口徑的地埋輸水管道，低程度的滲漏往往難以監測，對于管道運行影響較小，但滲漏點隨著時間推移，存在滲漏損失擴大的可能性。

3）爆管：表現為突發性破壞形式，管道的結構性整體破壞，管道內壓力失衡，水從破壞處大量涌出，管道失去正常供水能力，并對周圍環境造成威脅。相比于變形和滲漏兩種失效模式，爆管對于管道運行的破壞性更大，必須立即處理，避免損失擴大。

膠東調水管道工程的風險因子主要來自于設計、施工、運行管理和管道自身質量多方面，具體包括：管道材質、管材質量、管型、疲勞破壞、不均勻沉降、管道基礎、外部載荷、接口質量、閥門連接件質量、腐蝕、溫差、工作壓力、排氣狀況、工作水錘、人為誤操作等14項。此外，自然因素如暴雨、洪水和地震雖然在膠東地區發生的幾率較低，但一旦發生（特別是地震）對于管道的破壞極大，也應一并考慮。

2　管道工程運行風險分析與評價

2.1　管道工程運行風險指標體系的建立

膠東調水管道工程運行風險指標體系為三層結構，分別為目標層A、準則層U、指標層P，其中：準則層有四個子準則，指標層包含17個具體指標，如表1所示：

表1　膠東調水管道運行風險指標體系

2.2　各指標權重的確定

管道工程運行風險指標體系中各項指標的權重采用層次分析法來確定，根據專家意見確定準則層和指標層的相對優越度標度并構造判斷矩陣。以準則層U為例，當Ui和Uj同等重要時取1；Ui比Uj稍微重要時取3；Ui比Uj明顯重要時取5；Ui比Uj強烈重要時取7；Ui比Uj極端重要時取9；取值2，4，6，8為上述相鄰判斷的折中。兩個指標反比較，取上述數字的倒數。根據上述原則，建立A-U判斷矩陣如表2：

表2　運行風險指標A-U判斷矩陣

采用求根法計算各指標權重，特征向量計算公式如下：

其中：n為判斷矩陣階數，n=4；

對特征向量Vi做歸一化處理：

得出準則層U的權重分配為：

通過計算隨機一致性比值CR，判斷權重是否通過一致性檢驗，公式如下：

式中：RI為平均隨機一致性指標，根據矩陣階數n=4，查表可知RI=0.9。

CI為一致性指標，其計算公式為：

經 計 算 ：λmax=4.0786，CI=0.0262，CR=0.0291＜0.1，滿足一致性要求，可以認為準則層U對于目標層A的指標分配權重是合理的。

按照上述方法，分別確定指標層P對準則層U的分配權重，結果如表3示：

表3　指標層P對準則層U的權重分配表

指標層各指標對目標層的權重WA-P經計算為：{0.006，0.03，0.011，0.019，0.065，0.136，0.045，0.028，0.292，0.016，0.011，0.085，0.144，0.063，0.006，0.026，0.015}。

2.3　運行風險評價

膠東調水管道運行風險評價采用模糊評價方法，由專家依據經驗及工程實際對于管道段風險因子進行評價，再經模糊統計確認各指標的相對隸屬度。確定評語集V及相對應的模糊標度關系見表4。

表4　評語與模糊標度

根據管材、管型、運行工況、地質地形等因素將膠東調水工程管道段其細分為7個風險控制段，由多個專家依據風險評價指標體系對7個風險控制段進行分別打分，經模糊統計后，得出各風險控制段風險指標評價集Q。綜合評價得分通過公式R=WA-P*QT進行計算。各風險控制段綜合評價得分見表5。

表5　膠東調水管道工程風險評價結果

評價結果顯示，7個風險控制段的風險級別都在風險一般到風險較重之間，其中：高疃泵站出口~福山/萊山管道分界段管道工程的風險綜合評分最高，接近風險較重級別。其原因分析在于該段管道地勢起伏較大，情況最為復雜，管道工程最高點和最低點都在此段工程內，且波峰波谷接替出現，管道內水流的流態復雜。

此外，管道閥門和排氣設備較多，施工采用螺旋鋼管、PCCP、加砂玻璃鋼管3種管材，造成管道以及連接件的各類接口多，處理情況復雜，加大了運行風險。從實際運行情況看，該段管道發生的各類故障問題相對于其他風險控制段較多，問題集中在管道焊接接口以及閥門連接件漏水故障點，這也在一定程度驗證了風險評價的合理性。

3　管道工程運行風險控制措施

風險控制指在風險識別、分析的基礎上，針對膠東調水管道工程所存在的風險因素，采取應對措施和辦法，以期消除風險因素或減少風險因素的危險性，在風險發生前，降低其發生概率并在風險發生后，將損失減少到最低。

3.1　非工程措施

積極開展管道運行風險評估，劃分并評價管道的安全等級，根據管材、管型、運行工況、地質地形等因素將其細分為7個風險控制段和10個風險控制點；針對高風險區域，加強日常監測（包括沉降變形、水平變形、壓力變化、流量變化、地下水位等）以及應急設備、物料的儲備；推動完成《山東省膠東調水條例》的制定實施，為管道工程管理、保護提供法律支持，對于在地埋管道上部空間進行違規建設行為嚴加管理；對重點風險問題開展科研立項，如開展管道陰極防腐研究應對管道腐蝕問題，開發供水決策專家支持系統以加強合理調度決策避免人為誤操作；制定非正常工況下的管道輸水方案以及事故停水流程，完善搶險預案制定，落實搶險物料、人員安排。

3.2　工程措施

在對存在較大變形的管道維修上，采用礫石或流填料回填，提高管側回填土的壓實密度，抑制管道環向變形；在水錘沖擊較大的管道轉角或低點處增加鎮墩設計；增設調流調壓裝置和無壓水池，減少管道壓力和流量變化幅度；加強排氣裝置巡檢，冬季輸水時，外露排氣設備增設保溫裝置。

4　結語

管道工程的運行和管理一直是膠東調水工程的重點難點所在，本文首次將風險管理理論引入膠東調水管道工程的管理過程，建立了風險管理流程體系，并將層次分析法、專家模糊評價法引入風險指標體系確立和風險等級判斷，最后提出了風險控制措施的思路。下一步的研究重點在于對于風險指標的進一步完善，依據管道特性引入定量指標與現有指標相結合，通過模糊綜合評價法更加科學的判斷風險等級。

[1]陳進，黃薇.風險分析在水利工程中的應用[M].武漢：長江出版社，2006.

[2]李丹，姚文峰，郭福慶，等.基于模糊相似的長距離輸水管線系統風險評價指標體系確立[J].南水北調與水利科技，2015，13(4).

[3]陳進，黃薇.跨流域長距離調水工程的風險及對策[J].中國水利，2006，(14).

[4]黃國濤.長距離輸水管道事故分析及其關鍵技術研究[D].合肥：合肥工業大學，2009.

[5]陳哲，黨志良.基于層次分析法的長距離輸水管道風險因素權數確定[J].西南給排水，2014，36(5).

[6]趙陽，崔領謙，柴春玲，等.清苑縣南水北調配套工程運行風險評價[J].南水北調與水利科技，2014，12(6).

[7]劉恒，耿雷華，裴源生，等.南水北調運行風險管理關鍵技術問題研究[J].南水北調與水利科技，2007，5(5).

[8]黃昌碩，劉恒，耿雷華，等.南水北調工程運行風險控制及管理預案初探[J].水利科技與經濟，2010，16(1).