胶东调水管道工程风险管理研究

李　杨，赵文竹

（1.山东省胶东调水局，山东 济南 250100；2.山东省胶东调水工程博兴管理站，山东 博兴 256500）

胶东调水工程黄水河泵站~威海米山水库段为输水管道与暗渠工程，其中：输水管道桩号里程长度达到102.6 km，占工程线路总长度的22%。管道工程穿越山区，地形起伏较大，采用加压、无压及有压重力交替输水方式，运行控制措施十分复杂，其建设和运行的难度得到了较多水利行业专家的认定。因此，极有必要将风险管理的相关理论和研究引入胶东调水管道工程的运行管理过程中，对于管道工程运行中所面对的风险进行全面的识别、分析，制定可行、有效的风险控制措施，以减轻或者规避各类风险所造成的损失。

1　胶东调水管道工程运行风险识别

管道工程运行风险主要表现为安全稳定性出现故障，不能满足设计规划的输水功能，影响系统的输水能力或对工程和沿线造成安全隐患，其失效模式主要表现在变形、渗漏和爆管。

1）变形：表现为持续性破坏形式，柔性管道和刚性管道均有发生变形的可能，柔性管道的变形则更为常见。管道的变形通常表现为环向变形和接口错位，环向变形量达到一定程度影响管道输水效率并易引发爆管事故，接口错位则易造成渗漏。

2）渗漏：表现为持续性破坏形式，管道的渗漏是常见现象，在单位时间内的渗漏量不大，随着时间的累计，供水管道的渗漏损失也是十分可观。对于大口径的地埋输水管道，低程度的渗漏往往难以监测，对于管道运行影响较小，但渗漏点随着时间推移，存在渗漏损失扩大的可能性。

3）爆管：表现为突发性破坏形式，管道的结构性整体破坏，管道内压力失衡，水从破坏处大量涌出，管道失去正常供水能力，并对周围环境造成威胁。相比于变形和渗漏两种失效模式，爆管对于管道运行的破坏性更大，必须立即处理，避免损失扩大。

胶东调水管道工程的风险因子主要来自于设计、施工、运行管理和管道自身质量多方面，具体包括：管道材质、管材质量、管型、疲劳破坏、不均匀沉降、管道基础、外部载荷、接口质量、阀门连接件质量、腐蚀、温差、工作压力、排气状况、工作水锤、人为误操作等14项。此外，自然因素如暴雨、洪水和地震虽然在胶东地区发生的几率较低，但一旦发生（特别是地震）对于管道的破坏极大，也应一并考虑。

2　管道工程运行风险分析与评价

2.1　管道工程运行风险指标体系的建立

胶东调水管道工程运行风险指标体系为三层结构，分别为目标层A、准则层U、指标层P，其中：准则层有四个子准则，指标层包含17个具体指标，如表1所示：

表1　胶东调水管道运行风险指标体系

2.2　各指标权重的确定

管道工程运行风险指标体系中各项指标的权重采用层次分析法来确定，根据专家意见确定准则层和指标层的相对优越度标度并构造判断矩阵。以准则层U为例，当Ui和Uj同等重要时取1；Ui比Uj稍微重要时取3；Ui比Uj明显重要时取5；Ui比Uj强烈重要时取7；Ui比Uj极端重要时取9；取值2，4，6，8为上述相邻判断的折中。两个指标反比较，取上述数字的倒数。根据上述原则，建立A-U判断矩阵如表2：

表2　运行风险指标A-U判断矩阵

采用求根法计算各指标权重，特征向量计算公式如下：

其中：n为判断矩阵阶数，n=4；

对特征向量Vi做归一化处理：

得出准则层U的权重分配为：

通过计算随机一致性比值CR，判断权重是否通过一致性检验，公式如下：

式中：RI为平均随机一致性指标，根据矩阵阶数n=4，查表可知RI=0.9。

CI为一致性指标，其计算公式为：

经 计 算 ：λmax=4.0786，CI=0.0262，CR=0.0291＜0.1，满足一致性要求，可以认为准则层U对于目标层A的指标分配权重是合理的。

按照上述方法，分别确定指标层P对准则层U的分配权重，结果如表3示：

表3　指标层P对准则层U的权重分配表

指标层各指标对目标层的权重WA-P经计算为：{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　运行风险评价

胶东调水管道运行风险评价采用模糊评价方法，由专家依据经验及工程实际对于管道段风险因子进行评价，再经模糊统计确认各指标的相对隶属度。确定评语集V及相对应的模糊标度关系见表4。

表4　评语与模糊标度

根据管材、管型、运行工况、地质地形等因素将胶东调水工程管道段其细分为7个风险控制段，由多个专家依据风险评价指标体系对7个风险控制段进行分别打分，经模糊统计后，得出各风险控制段风险指标评价集Q。综合评价得分通过公式R=WA-P*QT进行计算。各风险控制段综合评价得分见表5。

表5　胶东调水管道工程风险评价结果

评价结果显示，7个风险控制段的风险级别都在风险一般到风险较重之间，其中：高疃泵站出口~福山/莱山管道分界段管道工程的风险综合评分最高，接近风险较重级别。其原因分析在于该段管道地势起伏较大，情况最为复杂，管道工程最高点和最低点都在此段工程内，且波峰波谷接替出现，管道内水流的流态复杂。

此外，管道阀门和排气设备较多，施工采用螺旋钢管、PCCP、加砂玻璃钢管3种管材，造成管道以及连接件的各类接口多，处理情况复杂，加大了运行风险。从实际运行情况看，该段管道发生的各类故障问题相对于其他风险控制段较多，问题集中在管道焊接接口以及阀门连接件漏水故障点，这也在一定程度验证了风险评价的合理性。

3　管道工程运行风险控制措施

风险控制指在风险识别、分析的基础上，针对胶东调水管道工程所存在的风险因素，采取应对措施和办法，以期消除风险因素或减少风险因素的危险性，在风险发生前，降低其发生概率并在风险发生后，将损失减少到最低。

3.1　非工程措施

积极开展管道运行风险评估，划分并评价管道的安全等级，根据管材、管型、运行工况、地质地形等因素将其细分为7个风险控制段和10个风险控制点；针对高风险区域，加强日常监测（包括沉降变形、水平变形、压力变化、流量变化、地下水位等）以及应急设备、物料的储备；推动完成《山东省胶东调水条例》的制定实施，为管道工程管理、保护提供法律支持，对于在地埋管道上部空间进行违规建设行为严加管理；对重点风险问题开展科研立项，如开展管道阴极防腐研究应对管道腐蚀问题，开发供水决策专家支持系统以加强合理调度决策避免人为误操作；制定非正常工况下的管道输水方案以及事故停水流程，完善抢险预案制定，落实抢险物料、人员安排。

3.2　工程措施

在对存在较大变形的管道维修上，采用砾石或流填料回填，提高管侧回填土的压实密度，抑制管道环向变形；在水锤冲击较大的管道转角或低点处增加镇墩设计；增设调流调压装置和无压水池，减少管道压力和流量变化幅度；加强排气装置巡检，冬季输水时，外露排气设备增设保温装置。

4　结语

管道工程的运行和管理一直是胶东调水工程的重点难点所在，本文首次将风险管理理论引入胶东调水管道工程的管理过程，建立了风险管理流程体系，并将层次分析法、专家模糊评价法引入风险指标体系确立和风险等级判断，最后提出了风险控制措施的思路。下一步的研究重点在于对于风险指标的进一步完善，依据管道特性引入定量指标与现有指标相结合，通过模糊综合评价法更加科学的判断风险等级。

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