專利名稱：陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法
技術領域：
本發明是一種陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，涉及其它類不包括的測量、污水的處理和管道系統技術領域。
背景技術：
主要對目前的量化風險評價技術(QRA)和基于數字高程模型的水文評價技術，與本發明進行比較。I、量化風險評價技術(QRA)QRA基于大量的數據，辨識各種可能的危險源，在此基礎上，通過分析對比相似設備設施的歷史失效事故數據，分析事故發生的可能性，并模擬事故發生的后果，最終形成風 險評估的結果。QRA作為一種純量化的評價方法，其評價的結果均為數值，同時，該方法在評價過程中受人的主觀影響較小，評價結果更為客觀，其結果為數值、帶有量綱，有明顯的實際意義，便于判斷風險的可接受性。在進行QRA評價過程中，有幾項關鍵步驟辨識各種設備設施是否存在危險；需要準備相應的比對數據，判斷同類設備的歷史失效頻率，以分析失效可能性；失效后果的分析，即進行各種情景分析，以模擬失效后果。目前，QRA技術主要應用于針對站場設備的量化風險評價。針對陸上管道泄漏，QRA在使用過程中存在以下問題(I)QRA技術作為針對站場設備設施的量化風險評價方法，不能解決針對陸上長輸管道的泄漏路徑及泄漏影響范圍的識別與評價，尤其是對河流、海洋等水體的影響性評價；(2)QRA技術未充分考慮地形、地勢的因素，僅考慮了一維空間的計算，且評價結果采用傳統圖表進行表達，不能很好的展示評價結果的空間分布情況；(3) QRA技術屬于一種精細化的風險評價，其研究尺度較小、數據量大、判別過程復雜，不適用于大尺度、大范圍的長距離陸上管道多個場景的判別、評價。2、基于數字高程模型的水文評價技術數字高程模型(Digital Elevation Model，簡稱DEM)，是地表高程屬性信息的數字表達，是帶有空間坐標信息和高程信息的數值描述，它通過建立空間格網，將地表高程存儲與特定的柵格單元內，以模擬現實地表的起伏特征狀況。DEM采用有序的數值陣列表示地表高程，是投影平面上格網點平面坐標U，y)及高程(z)的數據集合。DEM主要有三種類型規則格網模型(GRID)，等高線模型和不規則三角網模型(TIN)。基于DEM的水文評價技術，可再現水流的流動過程，判別地表水系以何種方式流經特定區域，包括水流方向、匯流累積量、水流長度、河流網絡(包括河流網絡的分級等)以及流域等。該技術在城市與區域規劃、林業、農業、交通等領域有著廣泛的應用，可以用于與地表水流相關的各種分析，如洪水水位及淹沒范圍、預測地貌變化對某個區域造成的影響
坐寸ο
針對陸上管道泄漏，基于DEM的水文評價技術在使用過程中存在以下問題(I)基于DEM的水文評價技術是針對地表水系流動過程的模擬分析，沒有考慮管道專業背景，不能直接用于陸上管道油品泄漏進行識別與評價；(2)基于DEM的水文評價技術，雖可以再現水流的流動情況，但對于判別油品泄漏范圍時存在一定的局限；主要是因為水文評價僅考慮研究區域周邊地勢落差最大的位置，將其作為水體流動的下一個方向，其結果往往呈線狀分布，不符合實際油品泄漏情況；(3)由于空間尺度較大，基于DEM的水文評價技術在分析過程中為了保證提取水系水流的連通，常需要剔除洼地，以保證水流流向的連貫性；相對于水文評價的研究尺度，油品泄漏范圍較小，在判別油品在地表擴散的過程中，不僅需要考 慮油品在地面的流動，還需要考慮油品在洼地的匯集，故洼地需要保留。
發明內容
本發明的目的是發明一種能夠確定泄漏路徑、識別可能受到影響的水源地并能識別危險管段的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法。本判別方法依次為I.泄漏模擬數據準備；2.泄漏位置準備與泄漏量計算；3.泄漏漫流評價；4.泄漏匯流評價；5.水文數據準備；6.流域影響性判別；7.危險管段判別；8.結束。其中I.泄漏模擬數據準備判斷用于計算泄漏模擬數據是否完整，數據內容主要有地面高程數據、地表植被、建筑物分布、管道本體參數；2.泄漏位置準備與泄漏量計算根據泄漏模擬數據，進行多個泄漏場景的設置，主要內容包括泄漏位置的選擇、泄漏量的計算；(I)泄漏位置選擇，即根據選定管道，沿管道均勻布置泄漏模擬點，或根據管道周邊的地形、地貌、水文分布情況隨機布點；(2)泄漏量計算，即根據制定的泄漏模擬點，結合上下游截斷閥距離、管道高程、輸送壓力、泄漏孔徑尺寸、時間等參數，計算泄漏量；計算公式參照經驗泄漏模型，如下所示①Vr = min {V0+ y 山/ P , V0+ Y 山/ P }當 dhole > O. 005m 時，或Vk = Y Et2/ P當 dhQle ( O. 005m 時；其中，VR為泄漏量，單位m3 ；VO為兩個截斷閥之間的油量，單位m3 ；
Y O為油品流動速度，單位kg/s ；y R為油品泄漏速度,單位kg/s ；tl為管道發生泄漏到關閉截斷閥的時間，單位s ；t2為管道發生泄漏到停止泄漏的時間，單位s ；P為油品密度，單位kg/m3。
權利要求
1.一種陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是它依次為 1)泄漏模擬數據準備； 2)泄漏位置準備與泄漏量計算； 3)泄漏漫流評價； 4)泄漏匯流評價； 5)水文數據準備； 6)流域影響性判別； 7)危險管段判別； 8)結束。
2.根據權利要求I所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述泄漏模擬數據準備包括判斷用于計算泄漏模擬數據是否完整，數據內容有地面高程數據、地表植被、建筑物分布、管道本體參數。
3.根據權利要求I所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述泄漏位置準備與泄漏量計算是根據泄漏模擬數據，進行多個泄漏場景的設置，包括泄漏位置的選擇、泄漏量的計算； 所述泄漏位置選擇，即根據選定管道，沿管道均勻布置泄漏模擬點，或根據管道周邊的地形、地貌、水文分布情況隨機布點； 所述泄漏量計算，即根據制定的泄漏模擬點，結合上下游截斷閥距離、管道高程、輸送壓力、泄漏孔徑尺寸、時間等參數，計算泄漏量； 計算公式參照經驗泄漏模型，如下所示 Ve = min {V0+ y 山/ P , V0+ y ^1/ P }當 dhole > O. 005m 時， 或 Vk = Y Et2/ P當 dhaLe ( O. 005m 時； 其中，VR為泄漏量，單位m3 ; VO為兩個截斷閥之間的油量，單位m3 ； YO為油品流動速度，單位kg/s ； YR為油品泄漏速度，單位kg/s ； tl為管道發生泄漏到關閉截斷閥的時間，單位s ； t2為管道發生泄漏到停止泄漏的時間，單位s ； P為油品密度，單位kg/m3。
4.根據權利要求3所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述液體泄漏系數Cd取值為當裂口大于IOOmm時，裂口形狀為圓形或多邊形，其值為O. 65，裂口形狀為三角形其值為O. 60，裂口形狀為其值為O. 55 ;當裂口小于或等于IOOmm時，裂口形狀為圓形或多邊形，其值為O. 50，裂口形狀為三角形其值為O. 45，裂口形狀為其值為O. 40。
5.根據權利要求I所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述泄漏漫流評價為依據地形、地勢、地表植被、泄漏量的數據，模擬泄漏油品在地面的擴散過程，計算泄漏范圍； 以初始泄漏位置為起點，參照泄漏量、臨近地形、坡度、地表植被、建筑物密度判別油品的漫流方向；該判別過程以DEM為基礎，考慮研究區域周邊所有方向的地勢落差情況，識別所有地勢低于評價區域的低點，并依據這些地勢低點的落差比率，判別泄漏油品的流向和流量； 該判別過程，通過識別初始位置周邊的地勢低點，經過循環迭代的方式，依次找出漫流的邊界點，具體過程如下所示 該判別以數字高程模型DEM為基礎，其中每個方格內的數值代表地面高程； ①初始位置選擇； ②第一次漫流過程依據初始位置周邊的地勢落差，選擇該位置周邊的地勢低點作為漫流影響的像元； ③第二次漫流過程依據第一次漫流過程的結果，選擇邊界點為第二次漫流的起始位置，選擇周邊的地勢低點作為漫流影響的像元； ④按照此種方式，依次尋找漫流邊界點，得最終分析結果； 本方法將評價區域周邊所有地勢低點納入分析范圍之內，充分考慮周邊所有方向的落差，其結果呈面狀分布，能夠很好的再現泄漏油品在地面的漫流分布狀況。
6.根據權利要求I所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述泄漏匯流評價是以漫流評價結果為基礎，計算泄漏油品在各個地勢低洼地的匯集情況；該判別過程以DEM為基礎，識別評價區域范圍內的洼地，依據漫流的結果，計算漫流范圍內各個洼地匯集情況；當單個洼地的匯集量超出洼地的容積后，油品外溢并再一次進行漫流評價，直至各個洼地的匯集油品停止外溢； 該判別過程，通過分析初始位置周邊的地勢高點，經過循環迭代的方式，依次找出匯流的邊界點，具體過程如下所示 該判別示例以數字高程模型為基礎，其中每個方格內的數值代表地面高程； ①初始位置選擇； ②第一次匯流過程依據初始位置周邊的地勢落差，選擇該位置周邊的地勢高點作為匯集的像元； ③第二次匯流過程依據第一次匯集過程的結果，選擇邊界點為第二次匯流的起始位置，選擇周邊的地勢高點作為漫流影響的像元； ④按照此種方式，依次尋找匯流點，得最終分析結果； 本方法利用DEM，判別區域內油品可能匯集的洼地，并計算各個洼地匯集泄漏油品的上限值，以此為依據判斷是否再次進入漫流評價過程； 根據泄漏油品漫流、匯流評價的結果，確定油品的泄漏范圍。
7.根據權利要求I所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述水文數據準備是判斷水文數據是否完整，水文數據準備包括水流走向、水流流量、水系分布等數據的準備。
8.根據權利要求I所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述流域影響性判別是依據泄漏范圍判別的結果，以水文數據和空間位置信息為基礎，將上述判別結果與水文數據進行疊加，判別出直接影響的水域，即處于泄漏范圍之內的水域；同時，利用水系之間的連通性，參照直接影響的水域，找出可能間接影響的水域。
9.根據權利要求I所述的陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，其特征是所述危險管段判別是依據泄漏位置、泄漏范圍、影響水體，識別I、II類危險點，形成管道危險段； 本模型將泄漏位置分為2類1類泄漏位置為距離河流距離較近的泄漏點；11類泄漏位置為距離河流較遠的泄漏點。
全文摘要
本發明是一種陸上管道油品泄漏對水體影響的判別方法，涉及其它類不包括的測量、污水的處理和管道系統技術領域。本判別方法依次為1)泄漏模擬數據準備；2)泄漏位置準備與泄漏量計算；3)泄漏漫流評價；4)泄漏匯流評價；5)水文數據準備；6)流域影響性判別；7)危險管段判別；8)結束。本發明能夠確定泄漏路徑、識別可能受到影響的水源地并能識別危險管段；并采用地圖的方式對分析結果進行展示，其展示手段直觀、易于理解。
文檔編號F17D5/02GK102955887SQ201110240540
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者賈韶輝, 郭磊, 馮慶善, 周利劍, 李祎, 余海沖, 劉亮 申請人:中國石油天然氣股份有限公司