志丹縣石油工業(yè)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(yè)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(yōu)化油田注水水源結(jié)構(gòu)，推動當?shù)厥凸I(yè)取水由地下深層承壓水源向地表水源轉(zhuǎn)變，本文以志丹某石油工業(yè)地表取水項目為例，對區(qū)域石油工業(yè)取用北洛河地表水的可行性進行了論證和分析，為當?shù)厥凸I(yè)取水模式轉(zhuǎn)變提出了建議。

石油工業(yè)；地表水；取水方式；建議

1　區(qū)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(qū)，多年平均降水量479.4mm，為半干旱地區(qū)。區(qū)內(nèi)石油資源較為豐富，石油工業(yè)是其支柱行業(yè)。近年來，由于石油工業(yè)強有力的帶動，使全縣工業(yè)實現(xiàn)了跨躍式發(fā)展。

縣境內(nèi)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(yè)取水方式面臨變革

2.1志丹縣地下水開發(fā)中存在的問題

志丹縣自產(chǎn)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(qū)。區(qū)內(nèi)河流含沙量較高，徑流量隨季節(jié)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(chǎn)業(yè)的石油開采業(yè)是區(qū)內(nèi)最大用水行業(yè)，現(xiàn)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(qū)，加之區(qū)內(nèi)地表水直接利用難度大，所以長期以來，為維持石油工業(yè)發(fā)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(dǎo)致洛河層地下水位下降較快，并因此引發(fā)了許多嚴重的生態(tài)與環(huán)境問題，同時也造成了優(yōu)質(zhì)地下水源的浪費。

2.2國內(nèi)地下水管理理念與相關(guān)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(fā)了許多嚴重的生態(tài)與環(huán)境問題，威脅居民飲水安全。科學(xué)、安全的使用地下水資源涉及到國家經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護。在新的形勢下，中央和省市各級政府出臺了相關(guān)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(guī)定：“在地下水超采地區(qū)，縣級以上地方人民政府應(yīng)當采取措施，嚴格控制開采地下水”。國家“十一五”規(guī)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(wù)院發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》（國發(fā)【2012】3號文件），明確規(guī)定對于深層承壓地下水原則上只能作為應(yīng)急和戰(zhàn)略儲備水源。2013年6月19日，陜西省人民政府相應(yīng)出臺了《陜西省人民政府關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的實施意見》（陜政發(fā)【2013】23號），規(guī)定在地下水超采區(qū)，禁止農(nóng)業(yè)、工業(yè)建設(shè)項目和服務(wù)業(yè)新增取用地下水，并逐步削減超采量，限期關(guān)閉城市公共供水管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的自備水井，實現(xiàn)地下水采補平衡。

2.3因地制宜探索新型石油工業(yè)取水方式

針對志丹縣地下水開發(fā)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(xù)水資源開發(fā)利用中，對地下水資源必須合理開發(fā)和保護，不宜再增加工業(yè)用承壓水供水量。石油工業(yè)取水方式亟待轉(zhuǎn)變，工業(yè)用承壓水應(yīng)逐步轉(zhuǎn)向由地表水源供水為主，油區(qū)注水驅(qū)油清水補充方式應(yīng)由地下水向地表水轉(zhuǎn)變。此外，對現(xiàn)有石油工業(yè)注水站采用承壓水注水驅(qū)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(yè)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(qū)水資源的主要開發(fā)利用方式。滲流井取水技術(shù)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(zhuǎn)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(tǒng)取水方法因出水量小而難以向油區(qū)集中供水的弊端，并且可以凈化水質(zhì)，過濾泥沙，使泥沙含量達到直接供水需求。滲流井平面結(jié)構(gòu)見圖1，剖面結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1　滲流井平面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　滲流井剖面結(jié)構(gòu)示意圖

表3-1　2020規(guī)劃年石洼莊取水斷面缺水天數(shù)統(tǒng)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(qū)采油廠根據(jù)油區(qū)注水方案部署，擬在洛河區(qū)新建滲流井取水工程一處，取水口選在洛河旦八鎮(zhèn)上首洛河干流河岸邊，利用天然河床滲濾取水技術(shù)，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(fā)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(yōu)質(zhì)地下水貯存下來，優(yōu)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(chǔ)上扣除取水斷面上游規(guī)劃水平年新增用水量477.4萬m3，預(yù)留北洛河河流基本的生態(tài)用水（取河道多年平均流量的1/10，作為生態(tài)基流，即0.460m3/s）的情況下，分別對2020規(guī)劃水平年，95%兩個代表年規(guī)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(fā)生天數(shù)計算結(jié)果詳見表2-1。河流流量極小甚至斷流情況發(fā)生的天數(shù)最長持續(xù)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(jù)《陜西省延安市志丹縣地下水勘察報告》，洛河河谷區(qū)主要分布第四系上更新統(tǒng)沖積層孔隙潛水，砂礫石層厚度大于3m，滲透系數(shù)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(fā)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(shù)（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(shù)（m/d）；

S——豎井降深（m）；

L——滲流孔長度（m）；

n——滲流孔個數(shù)；

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(jié)果如表3-4、表3-5、表3-6所示。

經(jīng)分析，95%規(guī)劃年，石洼莊取水工程正常條件下，設(shè)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(fā)生持續(xù)流量極小不能滿足河道生態(tài)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(shè)施，將豐水期獲取的河流水量儲蓄在蓄水設(shè)備內(nèi)供取水受影響期用；或者利用區(qū)內(nèi)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(zhì)經(jīng)檢驗亦符合油區(qū)注水站注水水質(zhì)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(jié)論與建議

4.1結(jié)論

志丹縣北洛河河流雖然年徑流較大，但年內(nèi)分配不均，境內(nèi)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(qū)主要分布第四系上更新統(tǒng)沖積層孔隙潛水，河流漫灘發(fā)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(fā)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(zhì)好，可以滿足石油工業(yè)對取水水量及水質(zhì)的要求。

石油項目地表取水是志丹縣實行水源結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略邁出的重要一步。通過上述分析，志丹縣石油工業(yè)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(jù)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(yè)取水由地下深層承壓水源向地表水源轉(zhuǎn)變是完全可行的，同時，也可為類似地區(qū)解決油區(qū)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(qū)域內(nèi)的自然原生態(tài)。應(yīng)嚴格按照有關(guān)規(guī)范規(guī)定實施取水工程的建設(shè)，各項水資源保護措施要與取水工程同步設(shè)計、建設(shè)、使用。施工期、運行期進行水質(zhì)監(jiān)測，施工期采取水質(zhì)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(zhì)量。

（2）采取生態(tài)恢復(fù)和補償措施。加強生態(tài)恢復(fù)工作。該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，應(yīng)注重開展水土保持、生態(tài)恢復(fù)工作，涵養(yǎng)水源。采取工程措施和植物措施并舉，以促進項目可持續(xù)發(fā)展。陜西水利

（責任編輯：李蕊）

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