我国快速增长的天然气需求和应用促进了输气管道的快速发展，随着西气东输、川气东送等长输天然气管道的建成，全国范围的输气管网逐渐形成，管道运行安全管理的重要性日益突出。本文以实验为基础，辅以数值模拟，对埋地天然气长输管道及输气站场等发生天然气小泄漏后的扩散规律进行了深入研究。　　在气体单相渗流理论的基础上，结合高速非达西渗流理论，建立了埋地管道小泄漏后在土壤中渗流的数值计算和解析模型，用有限体积法对模型进行离散求解，获得了数值模型的数值求解方法。通过实验和数值模拟的对比，拟合出适用于地表土壤的高速非达西系数经验公式及压力修正公式，不同工况的数值模拟和实验结果的对比表明，采用拟合出的经验公式和压力修正公式进行数值计算得到的压力分布与实验结果吻合较好，证明了数值模型和解析模型的正确性。将该模型应用于埋地管道天然气小泄漏渗流，考察了泄漏孔直径、管道运行压力和土壤渗透率对渗流时间和流量的影响。模拟结果显示，随着多孔介质渗透率、管道运行压力和泄漏孔商径的增大，渗流速度和流量随之增大。在多孔介质渗透率、孔隙度的各向同性状况较好的情况下，埋地管道小孔泄漏在经过一段时间的渗流后，会在泄漏孔上方地丽形成圆形的面源。　　对天然气在不同地形下的扩散规律进行了模拟，得到了地形、风速和植被等条件对天然气扩散浓度分布的影响。通过对模拟结果、地面测量结果和直升机载设备测量结果的对比说明，模拟结果和直升机载设备的检测结果是准确可靠的。在西气东输管道靖边段，设置5个人工模拟泄漏源，检验了机载激光甲烷检测巡线方法对埋地管道小泄漏的检测效果。平原和山地的两组实验结果表明，飞行高度对检测效果的影响明显，在飞行高度大于80米时无法检测到甲烷气团。因此，机载激光甲烷检测设备巡检方法适用于地形变化较小的地区，在地形高差变化较大的山区应用效果不够理想。　　通过室内外实验，研究了甲烷小泄漏后在空气中的扩散规律。多次重复实验发现，由于甲烷气体密度小，其扩散浓度分布受空气流动影响较大，在室外开放环境中，当泄漏流量为800mL/min时，小泄漏形成的甲烷气团在风速小于0.4m/s的情况下已经飘散，只能在个别点探测到不超过1000ppm的甲烷，因此在室外开放空间可以不安装可燃气体报警器。室内实验和数值模拟结果表明，在通风良好的情况下，5000ppm以上浓度的甲烷分布在泄漏点周围1m范围内，安装在房间顶部的可燃气体报警器报警下限设在10％LEL时，无法对小泄漏提供有效的预警功能。在关闭门窗的室内空间中，泄漏开始后30-60秒之间，5000ppm浓度的甲烷就会扩散至房间顶部并触发可燃气体报警器。