志丹縣石油工業取用地表水的分析與實踐

劉光理（志丹縣水政水資源管理辦公室陜西志丹717500）

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志丹縣石油工業取用地表水的分析與實踐

劉光理
（志丹縣水政水資源管理辦公室陜西志丹717500）

為保護志丹縣地下水水源，優化油田注水水源結構，推動當地石油工業取水由地下深層承壓水源向地表水源轉變，本文以志丹某石油工業地表取水項目為例，對區域石油工業取用北洛河地表水的可行性進行了論證和分析，為當地石油工業取水模式轉變提出了建議。

石油工業；地表水；取水方式；建議

1　區域概況

志丹縣位于延安市西北部，東與安塞相連，南與甘泉、富縣毗鄰，西北與吳旗、靖邊接壤，西南與甘肅省合水、華池縣交界，總土地面積3781km2，屬典型的黃土高原丘陵溝壑區，多年平均降水量479.4mm，為半干旱地區。區內石油資源較為豐富，石油工業是其支柱行業。近年來，由于石油工業強有力的帶動，使全縣工業實現了跨躍式發展。

縣境內分布有三條較大河流，即洛河、周河、杏子河，分屬北洛河、延河兩大水系，由西北流向東南。主要河流概況見表1-1。

2　志丹縣石油工業取水方式面臨變革

2.1志丹縣地下水開發中存在的問題

志丹縣自產水資源總量1.9151億m3，畝均占有水資源量244m3，相當于全國平均水平的16.0%，水資源總量不足，屬資源性缺水地區。區內河流含沙量較高，徑流量隨季節變化大，且輸水（沙）量集中在汛期，嚴重影響地表水資源的利用。作為志丹縣支柱產業的石油開采業是區內最大用水行業，現狀用水量占到全縣總用水量的一半以上。由于對承壓水的作用與地位認識存在誤區，加之區內地表水直接利用難度大，所以長期以來，為維持石油工業發展對水資源的需求，不得不超采地下水、利用深層承壓水。大量的地下水開采導致洛河層地下水位下降較快，并因此引發了許多嚴重的生態與環境問題，同時也造成了優質地下水源的浪費。

2.2國內地下水管理理念與相關政策

表1-1　志丹縣主要河流概況表

地下水作為我國重要的供水水源，大量的地下水超采引發了許多嚴重的生態與環境問題，威脅居民飲水安全。科學、安全的使用地下水資源涉及到國家經濟的可持續發展和生態環境保護。在新的形勢下，中央和省市各級政府出臺了相關保護政策，高度重視地下水管理和保護問題。2002年全國人大修改的《中華人民共和國水法》第三十六條規定：“在地下水超采地區，縣級以上地方人民政府應當采取措施，嚴格控制開采地下水”。國家“十一五”規劃綱要明確提出，要加強地下水保護，治理地下水超采。2012年2月16日，國務院發布了《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》（國發【2012】3號文件），明確規定對于深層承壓地下水原則上只能作為應急和戰略儲備水源。2013年6月19日，陜西省人民政府相應出臺了《陜西省人民政府關于實行最嚴格水資源管理制度的實施意見》（陜政發【2013】23號），規定在地下水超采區，禁止農業、工業建設項目和服務業新增取用地下水，并逐步削減超采量，限期關閉城市公共供水管網覆蓋范圍內的自備水井，實現地下水采補平衡。

2.3因地制宜探索新型石油工業取水方式

針對志丹縣地下水開發利用中面臨的問題，圍繞實行最嚴格水資源管理制度的要求，志丹縣在后續水資源開發利用中，對地下水資源必須合理開發和保護，不宜再增加工業用承壓水供水量。石油工業取水方式亟待轉變，工業用承壓水應逐步轉向由地表水源供水為主，油區注水驅油清水補充方式應由地下水向地表水轉變。此外，對現有石油工業注水站采用承壓水注水驅油要逐步由地表水取代。

由于志丹縣干旱缺水、且河流泥沙含量較高，企業直接從河道取用地表水受影響大，故傍河取水工程成為河谷區水資源的主要開發利用方式。滲流井取水技術作為新工藝傍河取水方法，利用天然河床砂礫石層的凈化作用，將河水轉化為地下水，可以最大限度地集取河流的滲漏補給量，克服管井等傳統取水方法因出水量小而難以向油區集中供水的弊端，并且可以凈化水質，過濾泥沙，使泥沙含量達到直接供水需求。滲流井平面結構見圖1，剖面結構見圖2。

圖1　滲流井平面結構示意圖

圖2　滲流井剖面結構示意圖

表3-1　2020規劃年石洼莊取水斷面缺水天數統計表

3　志丹縣滲流井工程取用地表水可行性及可靠性分析

2015年，延長油田股份有限公司西區采油廠根據油區注水方案部署，擬在洛河區新建滲流井取水工程一處，取水口選在洛河旦八鎮上首洛河干流河岸邊，利用天然河床滲濾取水技術，布置廊道和滲流井取水。取水工程供水量為109.5萬m3/a，3000m3/d；為油田注水開發用水，取水方式由地表水代替地下水，將地下水置換出來，改用地表水注水，而置換出來的優質地下水貯存下來，優先保證生活用水。

3.1取水斷面河道缺水情況分析

通過對石洼莊取水斷面實測徑流系列進行頻率分析，選取95%枯水年最為接近的兩個代表年（2008年、2009年），在此基礎上扣除取水斷面上游規劃水平年新增用水量477.4萬m3，預留北洛河河流基本的生態用水（取河道多年平均流量的1/10，作為生態基流，即0.460m3/s）的情況下，分別對2020規劃水平年，95%兩個代表年規劃來水量進行可供水量分析。在石洼莊取水工程滲流井正常工作的條件下（按河道取水0.035m3/s考慮），河流流量極小甚至斷流情況的發生天數計算結果詳見表2-1。河流流量極小甚至斷流情況發生的天數最長持續11d，缺水量最大為2.28萬m3。

3.2取水可行性及可靠性分析

滲流井出水量有兩部分組成，即豎井出水量和硐室地表水垂直下滲量，依據《陜西省延安市志丹縣地下水勘察報告》，洛河河谷區主要分布第四系上更新統沖積層孔隙潛水，砂礫石層厚度大于3m，滲透系數0.2m/d～0.6m/d。河床寬度30m～100m，河漫灘灘面平坦，微傾向河床，坡度1°～3°，基巖裸露。項目供水站站址離河邊較近，河流漫灘發育、河床底部有一定厚度砂礫石層，滲透性好，采用滲流井取水是可行的。

正常取水條件下出水量：

（1）豎井出水量

式中：Q豎井——豎井出水量（m3/d）；

K——滲透系數（m/d）；

H——含水層厚度（m）；

S——水位降深（m）；

r——豎井半徑（m）。

表3-2　影響半徑計算

表3-3　豎井出水量計算

（2）硐室滲流孔群出水量

式中：Q硐室——單個硐室出水量（m3/d）；

Kz——垂直滲透系數（m/d）；

S——豎井降深（m）；

L——滲流孔長度（m）；

n——滲流孔個數；

m——含水層厚度（m）；

Z0——河床至輻射孔的距離（m）；

r——滲流孔半徑（m）；

θ——滲流孔之間的夾角；

h0——河流枯水期水面平均寬度（m）；

h——河流平水期水面平均寬度（m）。

計算結果如表3-4、表3-5、表3-6所示。

經分析，95%規劃年，石洼莊取水工程正常條件下，設計硐室5個，硐室取水量為5287.45m3/d，滲流井可取水量為5342.45m3/d；在發生持續流量極小不能滿足河道生態流量長達11d的條件下，扣除廊道儲存水量3520m3，項目共缺水1.93萬m3。解決項目缺水可通過項目配備1.93萬m3容量的蓄水設施，將豐水期獲取的河流水量儲蓄在蓄水設備內供取水受影響期用；或者利用區內第四系孔隙潛水容積儲存量，來維持滲流井一定的開采量，從而滿足項目3000m3/d的取水需求；取水水質經檢驗亦符合油區注水站注水水質要求。

表3-4　Ur計算

表3-5　Uβ計算

表3-6　單個硐室出水量計算

4　結論與建議

4.1結論

志丹縣北洛河河流雖然年徑流較大，但年內分配不均，境內多年平均汛期（6月～9月）徑流量占年徑流量的百分比較大，且含沙量高，供水保證程度不高。由于洛河河谷區主要分布第四系上更新統沖積層孔隙潛水，河流漫灘發育、河床底部有一定厚度砂礫石層，滲透性好，因此宜采用滲流取水的方式，充分截取地下水徑流量和激發地表水滲透補給量，從而增大取水量，并避免泥沙對項目取水的影響，水質好，可以滿足石油工業對取水水量及水質的要求。

石油項目地表取水是志丹縣實行水源結構調整戰略邁出的重要一步。通過上述分析，志丹縣石油工業取用地表水是可行且可靠的，利用滲流井取水的方法，取水量全部由河流滲漏補給量組成，有效的解決了泥沙對取水的影響，并較大限度的擴大開采量。根據石洼莊項目取用地表水的可行性與可靠性分析，志丹縣石油工業取水由地下深層承壓水源向地表水源轉變是完全可行的，同時，也可為類似地區解決油區注水取水模式提供一條新的途徑。

4.2建議

（1）地表取水工程在施工期及運行期不可避免的改變了論證區域內的自然原生態。應嚴格按照有關規范規定實施取水工程的建設，各項水資源保護措施要與取水工程同步設計、建設、使用。施工期、運行期進行水質監測，施工期采取水質保護措施、運行期的水資源保護措施要真正落實，盡量減少不利影響，保證水資源質量。

（2）采取生態恢復和補償措施。加強生態恢復工作。該區生態環境脆弱，應注重開展水土保持、生態恢復工作，涵養水源。采取工程措施和植物措施并舉，以促進項目可持續發展。陜西水利

（責任編輯：李蕊）

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