武斌 趙俊 康煜姝

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

氣候變化是指由人類活動(dòng)直接或間接地改變大氣組成所導(dǎo)致的氣候改變。近年來(lái)，由于溫室氣體的排放，地球氣候正經(jīng)歷一次以全球變暖為主要特征的顯著變化，其影響主要有全球溫度升高、冰川融化和海平面上升，以及極端天氣事件發(fā)生的頻率增高。

油氣長(zhǎng)輸管道距離較長(zhǎng)，服役時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30～50年，沿線經(jīng)過(guò)各種地形地貌，穿越不同類型的氣候區(qū)，因而，油氣長(zhǎng)輸管道易受氣候變化的影響。研究氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的影響，對(duì)保障油氣長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)行，提高油氣長(zhǎng)輸管道應(yīng)對(duì)極端天氣事件的防御能力具有重要意義。

1 中國(guó)過(guò)去100年的氣候變化

1.1 氣溫的變化

在1914年至2013年的100年期間，中國(guó)平均變暖速率為 0.09℃/10a，其中 1956年至 2012年平均變暖速率為0.25℃/10a。

氣溫變化具有明顯的季節(jié)性差異。1880年以來(lái)中國(guó)各季的氣溫均表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，不同季節(jié)的增溫速率有較大差異，春季為0.88℃/100a，夏季0.44℃/100a，秋季0.86℃/100a，冬季1.52℃/100a。其中，增溫速率最大的是冬季，最小的是夏季，兩者相差近3.5倍。

氣候變化區(qū)域差異也比較明顯。近100年來(lái)中國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)呈現(xiàn)增溫趨勢(shì)，增溫最顯著的區(qū)域主要在緯度較高的北方或高原地區(qū)，尤其是東北中北部、華北北部、西北大部及青藏高原地區(qū)，而中低緯度地區(qū)增溫相對(duì)較緩。增溫最小的區(qū)域主要分布在西南地區(qū)東部且局部地區(qū)存在降溫，這種特點(diǎn)與全球變暖的地理分布特征基本一致。

1.2 降水的變化

1901年至 1960年，中國(guó)平均年降水量無(wú)顯著的線性變化趨勢(shì)。但是，1961年至 2013年，中國(guó)平均年雨日數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)，每10年減少3.9天；而中國(guó)年暴雨日數(shù)呈顯著增加趨勢(shì)，平均每10年增加3.8%。未來(lái)在中國(guó)范圍內(nèi)，強(qiáng)降水事件將增多，但是，平均年降水量變化不大。

從中國(guó)降水量的空間變化來(lái)看，年降水量減少的區(qū)域呈東北—西南走向，依次是東北、華北、黃淮平原、華中和西南地區(qū)，而中國(guó)的華南、東南和長(zhǎng)江下游地區(qū)，以及青藏高原、西北地區(qū)的降水量呈增加趨勢(shì)。此外，中國(guó)夏季主雨帶位置也出現(xiàn)明顯的變化。20世紀(jì)80年代，長(zhǎng)江流域多雨；20世紀(jì)90年代，雨帶向南移動(dòng)；2000年至2008年，雨帶又北移到淮河；2009年以來(lái)，雨帶進(jìn)一步北移，淮河和華南進(jìn)入少雨期。

1.3 極端天氣事件

極端天氣事件是指在特定的地區(qū)、特定的時(shí)間段內(nèi)（一般為一年以內(nèi)）氣候系統(tǒng)出現(xiàn)的異常事件，其發(fā)生概率小于10%，具有災(zāi)害破壞性大、突發(fā)性強(qiáng)和難以預(yù)測(cè)等特點(diǎn)。

21世紀(jì)以來(lái)，伴隨全球氣候變暖，中國(guó)高溫、強(qiáng)降水、干旱、臺(tái)風(fēng)等極端天氣事件出現(xiàn)的頻率和強(qiáng)度呈明顯增加趨勢(shì)。

極端高溫事件增加。2000年至 2013年，中國(guó)平均每年有 105個(gè)縣突破最高氣溫的歷史極值，2013年中國(guó)南方出現(xiàn)了 1951年以來(lái)最強(qiáng)的高溫?zé)崂?，?37個(gè)縣的最高氣溫超過(guò)40℃，其中浙江北部連續(xù)8天最高氣溫超過(guò)40℃。

強(qiáng)降水事件增多。1961年以來(lái)，中國(guó)日降水量極值的出現(xiàn)次數(shù)呈增加趨勢(shì)，2013年有77個(gè)氣象觀測(cè)站的日降水量突破歷史紀(jì)錄。2012年7月21～22日，北京出現(xiàn)超百年一遇的強(qiáng)降水過(guò)程，造成79人死亡；2010年8月8日，甘肅舟曲暴發(fā)特大山洪泥石流，造成超過(guò)1 400人死亡。

2 21世紀(jì)中國(guó)未來(lái)氣候變化預(yù)估

溫室氣體排放情景，是氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）開發(fā)的用來(lái)預(yù)估未來(lái)氣候變化的新情景，該情景稱為典型濃度路徑（簡(jiǎn)稱 RCPs）。該情景可以為未來(lái)溫室氣體在大氣中的可能濃度趨勢(shì)提供一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步分析可能出現(xiàn)的溫度上升，對(duì)氣候變化可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。

中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心預(yù)測(cè)了 3種 RCPs情景下中國(guó)氣候的變化情況，對(duì)應(yīng)于未來(lái)可能出現(xiàn)的不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，這3種情景分別是RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5，其CO2排放量依次增多。利用多個(gè)全球和區(qū)域氣候模式在 RCPs溫室氣體排放情景下的模擬結(jié)果，分析了中國(guó)地區(qū)21世紀(jì)近期（2011年至 2040年）、中期（2041年至 2070年）和后期（2071年至2100年）溫度和降水變化的預(yù)估結(jié)果，所有未來(lái)預(yù)估結(jié)果都是相對(duì)于1986年至2005年的氣候平均值。

2.1 平均溫度變化預(yù)估

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，21世紀(jì)的增溫幅度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過(guò)去的水平，在 3種RCPs情景下，中國(guó)區(qū)域平均溫度將持續(xù)上升，且隨著 RCPs值的增加，增溫幅度加大。2030年前各RCPs情景下溫度變化趨勢(shì)的差異較小，而 2030年以后則表現(xiàn)出不同的變化特征。在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下，2011年至 2100年的增溫趨勢(shì)分別為 0.08℃/10a、0.26℃/10a、0.61℃/10a，近期 30年中國(guó)平均溫度的上升幅度約為1℃。

未來(lái)中國(guó)溫度變化具有一定的區(qū)域性特征，增溫幅度總體上向西北逐漸變大，其中青藏高原地區(qū)、新疆北部及東北部分地區(qū)增溫較為明顯。在 3種RCPs溫室氣體排放情景下，近期30年（2011年至2040年）中國(guó)的升溫幅度都在0.5～1.4℃；隨著溫室氣體濃度的增加，21世紀(jì)中期（2041年至 2070年）的升溫幅度將上升至1.5～3.0℃；21世紀(jì)后期（2071年至 2100年），3種 RCPs情景表現(xiàn)出不同的趨勢(shì)，RCP2.6情景下的升溫幅度沒(méi)有繼續(xù)增加，但是，在RCP8.5高排放情景下，北方大部分地區(qū)和青藏高原地區(qū)的升溫幅度將超過(guò)4.5℃。

2.2 平均降水變化預(yù)估

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，RCPs情景下中國(guó)區(qū)域平均年降水將持續(xù)增加，其中21世紀(jì)的近期30年，降水將會(huì)增加約2.5%。在RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下，2011年至 2100年降水量的增幅分別為0.6%/10a、1.1%/10a、1.6%/10a。在 2060年之前 3種情景下降水的增加幅度、變化趨勢(shì)的差異較小，而2060年以后不同RCP情景則表現(xiàn)出不同的變化特征，其中RCP8.5情景下的增幅最大。

同時(shí)，中國(guó)不同時(shí)期降水的空間分布特點(diǎn)，其中西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北地區(qū)的降水增幅相對(duì)較大。值得注意的是，近期30年中國(guó)南方地區(qū)的降水可能會(huì)減少，特別是RCP8.5情景下的降水量將會(huì)減少2%～5%。到21世紀(jì)的中期和后期，中國(guó)西北地區(qū)的降水將會(huì)增加約25%，華北和東北地區(qū)將會(huì)增加約20%。

2.3 不同升溫閾值下極端天氣事件變化預(yù)估

將全球達(dá)到不同升溫閾值的情形分為4種：在RCP4.5排放情景下達(dá)到2℃增溫（簡(jiǎn)稱RCP4.5-2℃）、在RCP8.5排放情景下達(dá)到2℃、3℃、4℃增溫（簡(jiǎn)稱 RCP8.5-2℃、RCP8.5-3℃、RCP8.5-4℃）。

以極端降水天氣為例，不同升溫閾值下中國(guó)各區(qū)域的降水相關(guān)極端指數(shù)的變化情況，這4個(gè)指數(shù)分別是：日最大降水量（RX1day）、降水強(qiáng)度（SDⅡ）、強(qiáng)降水量（R95p）、極端強(qiáng)降水量（R99p）。對(duì)比中國(guó)8個(gè)分區(qū)的預(yù)估結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，極端降水強(qiáng)度指標(biāo)均呈增加趨勢(shì)，且在增幅較大地區(qū)不確定性也較大。同樣的升溫閾值下，西南地區(qū)的降水極端性增幅高于其他地區(qū)，其不確定范圍也高于其他地區(qū)；西北地區(qū)由于降水量級(jí)較小，其極端降水變化的信號(hào)也相對(duì)較弱?？傮w來(lái)看，隨著碳排放的增加，中國(guó)極端降水事件將增多，日最大降水量、降水強(qiáng)度、極端強(qiáng)降水量都將增大。

3 氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的影響

氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是，大氣溫度上升后將對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的能耗和運(yùn)行效率產(chǎn)生直接影響；二是，全球氣候變化后產(chǎn)生的各種次生災(zāi)害將影響油氣長(zhǎng)輸管道安全。

3.1 氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的直接影響

全球溫度升高將直接影響油氣長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)的能耗、設(shè)備的輸出功率及效率。燃?xì)廨啓C(jī)的特性受外界環(huán)境影響較大，影響燃?xì)廨啓C(jī)性能的主要外界參數(shù)有：入口空氣的溫度、大氣壓力及進(jìn)氣壓損，其中，入口空氣溫度對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響最大。在較高的環(huán)境溫度下，空氣的密度較小，因此，在壓氣機(jī)吸入相同體積流量空氣的前提下，其質(zhì)量流量是較小的，這就使得燃?xì)廨啓C(jī)的功率會(huì)有一定程度的降低，即，外界環(huán)境溫度越高，機(jī)組的功率越小。同時(shí)，隨著環(huán)境溫度的升高，燃?xì)廨啓C(jī)的溫壓比逐漸減小，這對(duì)改善燃?xì)廨啓C(jī)的熱力循環(huán)效率是不利的，因此，燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率將減小，而熱耗率和能耗會(huì)相應(yīng)的增加。

圖1是西氣東輸管道二線所用某型燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度與熱耗率因子的曲線，在其他條件不變的情況下，燃?xì)廨啓C(jī)的燃料氣消耗量與熱耗率因子成正比。從圖1中可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度在-12～40℃范圍內(nèi)時(shí)，溫度每升高 1℃，熱耗率因子平均增加約0.2%。在設(shè)計(jì)工況年均地溫條件下，西氣東輸管道二線干線的燃料氣消耗量約為標(biāo)準(zhǔn)體積 17×108m3/a，若環(huán)境溫度升高 2℃，則燃料氣消耗量將增加標(biāo)準(zhǔn)體積680×104m3/a，年運(yùn)行成本增加約1 500萬(wàn)元。另外，隨著溫度的升高，燃?xì)廨啓C(jī)的最大輸出功率也有所降低，相對(duì)于在 ISO（環(huán)境溫度15℃，海拔高度0m）狀態(tài)下，環(huán)境溫度每升高1℃，燃?xì)廨啓C(jī)的最大輸出功率降低約 1%，這在一定程度上降低了油氣長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)的最大輸氣能力。

圖1 西氣東輸二線燃?xì)廨啓C(jī)性能曲線

3.2 氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的間接影響

氣候變化使發(fā)生各種自然災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害的頻率增加，對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)的安全造成威脅。

3.2.1 自然災(zāi)害對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的危害

自然災(zāi)害指的是自然環(huán)境中對(duì)人類生命安全構(gòu)成危害和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成損失的自然變異和極端事件。對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)危害最為嚴(yán)重的是洪水、臺(tái)風(fēng)、低溫和雷電等。

以洪水為例，洪水是由于暴雨、急劇融化的冰雪等引起江河水量迅猛增加及水位急劇上漲的現(xiàn)象，其主要特點(diǎn)是峰高量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、洪災(zāi)波及范圍廣。洪水對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道及站場(chǎng)造成的危害：一是，沖刷油氣長(zhǎng)輸管道周圍泥土，導(dǎo)致油氣長(zhǎng)輸管道裸露或懸空，使油氣長(zhǎng)輸管道在熱應(yīng)力和重力的作用下產(chǎn)生彎曲變形；二是，大面積的洪水會(huì)使油氣長(zhǎng)輸管道地基發(fā)生沉降，造成油氣長(zhǎng)輸管道變形甚至斷裂；三是，洪水引發(fā)的泥石流擠壓油氣長(zhǎng)輸管道，造成油氣長(zhǎng)輸管道損壞；四是，損壞電力、通信系統(tǒng)，導(dǎo)致管道不能正常運(yùn)行。

根據(jù)對(duì)氣候預(yù)測(cè)結(jié)果，未來(lái)中國(guó)的降水將持續(xù)增多，其中西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北地區(qū)降水增加幅度相對(duì)較大。到21世紀(jì)的中期和后期，中國(guó)西北地區(qū)的降水將會(huì)增加約25%，華北和東北地區(qū)將會(huì)增加20%，并且極端降水天氣也將增多，這使得洪水的發(fā)生幾率大大增加，油氣長(zhǎng)輸管道面臨洪水的威脅將越來(lái)越大。

3.2.2 地質(zhì)災(zāi)害對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的危害

絕大部分地質(zhì)災(zāi)害都是由降水誘發(fā)的，突發(fā)暴雨、連續(xù)性降水等都可能在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。全球氣候變暖，環(huán)境氣溫升高，部分地區(qū)降水量增加，山頂冰雪融化加快，從而導(dǎo)致一些地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，如：崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等。油氣長(zhǎng)輸管道的很多路段敷設(shè)在山區(qū)等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地段，受災(zāi)害的影響較大。

以滑坡和崩塌為例，滑坡和崩塌是指巖土體由于種種原因在重力的作用下沿一定的軟弱面整體地向下滑動(dòng)或部分地崩落滑塌的現(xiàn)象。根據(jù)中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院發(fā)布的中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害通報(bào) 2004年至2009年資料統(tǒng)計(jì)，滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害所占的比例高達(dá) 95%，分布范圍占國(guó)土面積的44.8%，其中，又以西南、西北地區(qū)最為嚴(yán)重?；?、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)造成的危害：一是，崩塌的巖石或泥石流擠壓油氣長(zhǎng)輸管道，造成油氣長(zhǎng)輸管道出現(xiàn)異常拉伸、彎曲等變形甚至斷裂；二是，造成油氣長(zhǎng)輸管道地基沉降，從而引起油氣長(zhǎng)輸管道過(guò)度變形或斷裂；三是，毀壞站場(chǎng)設(shè)施、庫(kù)區(qū)儲(chǔ)罐、泵、壓縮機(jī)組及閥門等設(shè)備。

在未來(lái)氣候變化背景下，北方地區(qū)降水增多將使得地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率呈上升趨勢(shì)，且大型泥石流事件增多、凍融侵蝕導(dǎo)致的蠕移性滑坡事件增多等，這將對(duì)經(jīng)過(guò)這些災(zāi)害多發(fā)區(qū)的油氣長(zhǎng)輸管道造成嚴(yán)重影響，危害油氣長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)行，縮短油氣長(zhǎng)輸管道的運(yùn)行壽命。

4 應(yīng)對(duì)氣候變化的防治措施

氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道的影響在一些油氣長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目的運(yùn)行中已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)，但是，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道影響的相關(guān)研究還不多，對(duì)氣候變化帶來(lái)的問(wèn)題還不夠重視。隨著全球變暖趨勢(shì)的加快，油氣長(zhǎng)輸管道所面臨的威脅將增多，因此，為保證已建油氣長(zhǎng)輸管道和未來(lái)新建油氣長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)行，保障中國(guó)的能源供給，政府和相關(guān)部門應(yīng)加緊采取防治措施。

一是，加強(qiáng)氣候變化與油氣長(zhǎng)輸管道的相關(guān)科學(xué)研究工作。在對(duì)氣候變化近期預(yù)測(cè)研究（30～50年）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)極端天氣事件和氣象災(zāi)害的研究工作，優(yōu)化完善油氣長(zhǎng)輸管道的防災(zāi)技術(shù)，制定防災(zāi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。采用先進(jìn)可靠的新技術(shù)和新裝備提高油氣長(zhǎng)輸管道應(yīng)對(duì)極端天氣事件的能力，研究氣象災(zāi)害發(fā)生后油氣長(zhǎng)輸管道的快速恢復(fù)和重建機(jī)制。

二是，做好油氣長(zhǎng)輸管道應(yīng)對(duì)氣候變化的前期規(guī)劃與設(shè)計(jì)，開展氣候變化對(duì)油氣長(zhǎng)輸管道影響的專項(xiàng)評(píng)估。有些已建油氣長(zhǎng)輸管道在規(guī)劃階段已經(jīng)考慮了氣象災(zāi)害的影響，但是，隨著全球氣候的變化，氣象災(zāi)害的強(qiáng)度、頻度和范圍將隨之發(fā)生變化，因此，要及時(shí)將科學(xué)研究得出的最新數(shù)據(jù)和成果應(yīng)用到新建油氣長(zhǎng)輸管道的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，充分考慮氣候變化的影響，進(jìn)一步增強(qiáng)油氣長(zhǎng)輸管道適應(yīng)和應(yīng)對(duì)氣候變化帶來(lái)的負(fù)面影響的能力。

三是，在油氣長(zhǎng)輸管道工程規(guī)劃實(shí)施前要召集相關(guān)部門、專家對(duì)方案進(jìn)行反復(fù)論證，在規(guī)劃實(shí)施后工程管理方要進(jìn)行信息的收集與反饋，建立完善的監(jiān)督檢查機(jī)制，及時(shí)跟蹤最新的氣候變化科研成果，并對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行修正。

四是，修訂適應(yīng)未來(lái)氣候變化的油氣長(zhǎng)輸管道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在敏感的地質(zhì)地貌地區(qū)適當(dāng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如：山區(qū)、河流穿越段等災(zāi)害易發(fā)地段，及時(shí)跟蹤氣候的變化情況和油氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)行中存在的安全隱患，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中不適用的部分進(jìn)行修訂，將應(yīng)對(duì)氣候變化的工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修訂工作做到及時(shí)化、常態(tài)化、超前化。

五是，對(duì)于已建油氣長(zhǎng)輸管道需重新復(fù)核其應(yīng)對(duì)極端天氣事件的能力，加強(qiáng)其防御能力的建設(shè)，建立防御極端天氣事件的長(zhǎng)期戰(zhàn)略機(jī)制，完善防災(zāi)減災(zāi)體系。同時(shí)，應(yīng)采取措施盡可能地增加天然氣的儲(chǔ)備量，當(dāng)油氣長(zhǎng)輸管道發(fā)生意外不能正常輸送時(shí)，可以調(diào)用儲(chǔ)備的天然氣，以保證天然氣向下游用戶的供給。加大對(duì)天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)和LNG接收站的研究和建設(shè)，提高整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

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