冀东油田井场雨水处理方式研究

2022-09-12

一、前言

我国的雨水利用由来已久, 7000年前先民已能翻土引水、排水[7]。时至今日, 随着现代科技及雨水利用方式的不断发展, 我国相对于雨水利用率较高的国家来说, 仍存在着较大的差距。而受城市缺水、地下水超采、洪涝及城市水污染等水问题的困扰, 美国、日本、印度、新加坡、澳大利亚、德国等国的雨水利用发展较快, 其经验值得借鉴[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。

冀东油田地处沿海地区, 地下水位高, 周边布满水产养殖区。暴雨时, 很容易发生洪涝灾害。近几年由于暴雨造成的事故频频发生, 如:雨水淹没井场造成停产, 雨水外溢污染周边养殖区等。这些问题急需通过合理的雨水处理方式来解决。

二、国内外雨水利用情况

1. 国外雨水利用的经验

国外一些国家在雨水利用方面发展较快, 这和它们受城市缺水、地下水超采、洪涝及城市水污染等水问题的困扰有关。美国、日本、印度、新加坡、澳大利亚、德国等国在雨水利用方面表现突出, 很多方面值得我们借鉴[1,2,3,4,5,6]:

(1) 日本:利用地下空间修建蓄洪池;修建雨水渗沟、渗池及透水地面。雨水用于城市生态环境用水、冲厕、蓄洪、回灌地下水。

(2) 美国:通过市政工程与个体建筑, 修建由蓄水池、入渗池、回灌井、透水路面组成的地下水回灌系统。雨水用于提高天然入渗能力, 补充地下水, 减缓水资源压力, 减轻水土流失和洪涝灾害。

(3) 德国:建有屋顶雨水积蓄系统, 道路雨水积蓄系统;生态小区雨水入渗系统。雨水用于补充地下水, 调控雨洪;减少下水道投资;冲厕和浇洒庭院;部分地区补充饮用水。

(4) 印度:通过设置雨水采集箱、雨水过滤箱等措施, 把雨水导入地下水井, 建立水资源循环利用系统。雨水用作居民应用水, 补充地下水, 城市绿地浇灌。

2. 国内雨水利用现状

我国相对于雨水利用率较高的国家来说, 存在着较大的差距。在引进国外先进经验的同时, 还应结合我国存在的主要水问题以及雨水利用的条件, 选择真正适合我国实际的雨水利用途径和方式。目前, 雨水利用方式主要有3类, 即渗入地下、拦蓄利用和调控排放。其中渗入地下最易实现, 成本最低, 便于推广。

三、冀东油田雨水系统建设方式

1. 雨水收集方式

冀东油田井场的建设形势基本相同, 对雨水收集方式的选择只受到规模大小方面的影响。对于不同规模的平台可通过不同的收水方式来简化流程, 以降低建设成本。平台的规模不易划定, 但可依据井场面积, 现场布局的复杂程度, 井场地面平整度这几个条件来推断。我们假设上述情况较简单的平台为小规模平台, 反之, 则为大规模平台。下面以举例的方式来说明这两种平台不同的雨水收集方式。

(1) 小规模平台雨水收集方式

小规模平台具有面积小、现场布局简单、地面坡度较为均匀的特点。这种情况有利于通过地面坡度汇集雨水。譬如通过简单改造使地面形成单向坡度;利用现场布局简单的特点, 可有效降低雨水自然流动过程中的阻力和坡度的变化, 最终使雨水汇集到井场最低点的雨水缓冲池。这种做法与修建明渠或排水管线相比优势明显。如果按照平台修建明渠或排水管线来汇集雨水, 仍然需要地面提供足够的坡度坡向明渠或雨水口。而地面直接找坡的方式节省了明渠或管线的建设费用;其次, 明渠和管线会带来日常维护上的不便, 例如降雨时, 雨水会夹杂泥沙沉积在明渠或管线底部。非雨季时, 风也会带动地面浮土积存在明渠或雨水口中, 增加了维护难度。

小规模平台集水方式具体做法为:按照3‰的坡度向雨水池缓冲池的方向进行地面找坡 (也可在此基础上适当提高坡度) 。地面结构可以以夯实土为基础, 形成地面坡度, 再以山皮石铺设表层。夯实土可提供地面硬度, 而山皮石可作为渗透层, 吸收少量雨水, 减少地面积水。

(2) 大规模平台雨水收集方式

大规模平台具有平面面积大、现场布局复杂、地面坡度分布不均的特点。这不利于我们直接汇集雨水。为规避以上问题, 可采用分散集水, 集中收水的雨水收集方式。

大规模平台分散集水, 集中收水方式的具体做法为:在低点建设若干的小集水池分散集水, 在平台空旷地带建雨水缓冲池集中收水。利用潜污泵提升, 即可将小集水池内雨水全部汇集到雨水缓冲池中。这种雨水收集方式建设成本低, 效果明显。

2. 雨水缓冲池容积确定

井场雨水收集后, 需要有用于缓冲雨水的水池, 以满足后期雨水处理或利用的要求。雨水缓冲池的容积不易过大, 以免占用井场过多用地, 应以一次暴雨所能汇集的雨水量来确定较为适宜。以下我们将讲述如何确定雨水缓冲池容积。

雨水缓冲池容积为总降雨量减去下渗与水量和井场可积存与水量。

降雨后, 部分雨水会通过下渗消耗, 另一部分雨水会积存在井场地面。下渗雨水可存在于两种情况, 一是土壤吸收;二是场区地面铺设碎石屑后, 饱含于空隙内。积存在井场地面的雨水, 假设其最大允许积存高度为h积。由于场区辅助用房室内外高差一般为0.3m, 那么范围应在0~0.3m之间。计算方法见公式:

(1) 井场暴雨降水量公式:

q----井场平均暴雨降水量 (m3)

S----井场占地面积 (m2)

h----由唐山市暴雨强度公式计算所得的n年重现期暴雨降水高度 (根据井场重要程度选取n值)

(2) 下渗雨水量计算公式:

V渗----下渗雨水量

ψ----径流系数 (查表取非铺砌的土路面0.3, 但考虑唐海地下水位较高下渗性较差取值0.6)

(3) 井场可积存水量公式:

V积----井场可积存雨水量 (m3)

S------井场占地面积 (m2)

h积------地面可积水高度 (0~0.3m)

(4) 将公式 (1) 、 (2) 、 (3) 带入公式 (4) 可得雨水池缓冲池最小有效容积公式:

3. 冀东油田雨水利用研究

目前, 冀东油田收集后的雨水大部分都通过联合站处理之后用于回注或者达标后排放。这两种方式都有一定的运行成本, 且对联合站的瞬时处理量要求很高。笔者通过对油田周边现状的了解, 来寻找一些适用于冀东油田的雨水利用方式, 来节省运行成本, 降低处理负担。

冀东油田紧邻曹妃甸工业区, 工业区内有首钢等企业需要大量用水, 部分企业对水质要求不高。可通将联合站处理后的合格用水直接输送至企业再利用。这不但可以减少排放量, 还能为油田提供一定的经济收益。其次, 油田井场众多, 如果将收集后的雨水用于绿化浇灌, 不但可以美化井场, 还可固沙防尘。剩余的雨水可回灌地层补充地下水资源。

结束语

2012年的暴雨, 对北方各大油田都造成一定的影响, 其间的问题也引起了各方的重视。本文通过对冀东油田实际经验和国内外雨水利用经验的介绍, 提出了有关雨水收集方式、雨水缓冲池容积计算、雨水利用方面的见解。如何针对自身情况进行雨水系统的建设, 还需更多人开动脑筋去创造。雨水是宝贵的淡水资源, 如何合理的收集并利用, 让其为冀东油田乃至全国创造更多的价值, 还有很多工作要做。

2014年8月

摘要：冀东油田井场雨水长期得不到有效治理, 使得暴雨时经常发生淹没井场造成停产和污染周边养殖区产生环保纠纷等事故, 其暴露出得问题亟待解决。通过对国内外雨水处理经验的了解, 再结合冀东油田采油井场的现状, 提出了两套不同的雨水收集方式, 合理的缓冲池计算方法。对冀东油田雨水再利用提出了新思路。

关键词：雨水收集方式,雨水缓冲池容积,雨水利用