田 元

（河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河北石家莊 050021）

采輸鹵工程建設(shè)項(xiàng)目水資源論證初探

田 元

（河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 河北石家莊 050021）

建設(shè)項(xiàng)目水資源論證制度是深化取水許可管理的一項(xiàng)重要舉措。以冀中能源惠寧化工有限公司300萬噸/年.鹵折鹽采輸鹵工程建設(shè)項(xiàng)目為研究對(duì)象，加強(qiáng)流域水資源管理，保障采輸鹵工程的合理用水要求，支持區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展。分析區(qū)域水資源量、進(jìn)行取水水源論證，分析建設(shè)項(xiàng)目取水和退水影響，提出建設(shè)項(xiàng)目的水資源保護(hù)措施，從而確保建設(shè)項(xiàng)目取水的可靠性和可行性。

水資源論證 建設(shè)項(xiàng)目 取水 退水

1 引言

河北省是我國缺水問題最突出的省份，全省人均水資源占有量307m3，僅為全國平均的1/7，遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的人均500m3的“極度缺水標(biāo)準(zhǔn)”，也低于以色列人均水資源占有水平。河北平原在嚴(yán)重缺乏淡水的同時(shí),也蘊(yùn)藏有大量的地下咸水,合理開發(fā)利用淺層咸水，使咸水水位降低到合理水平，可以避免地下水的無效蒸發(fā)，增加水資源量，增強(qiáng)調(diào)蓄能力和抗旱防澇能力，促進(jìn)淺層咸水淡化，改造鹽堿地，改善生態(tài)環(huán)境，減輕對(duì)淡水資源的威脅。為合理開發(fā)、有效利用和保護(hù)水資源，支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，從建設(shè)項(xiàng)目的取、用、退水出發(fā)，開展建設(shè)項(xiàng)目水資源論證十分必要?！爸醒胍惶?hào)文件”也提出：“應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)規(guī)劃和項(xiàng)目建設(shè)布局水資源論證工作，國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃以及城市總體規(guī)劃的編制、重大建設(shè)項(xiàng)目的布局，要與當(dāng)?shù)厮Y源條件和防洪要求相適應(yīng)?！?/p>

目前河北省對(duì)于開采咸水注入地下鹽礦井，產(chǎn)生鹵水用于化工項(xiàng)目的水資源論證研究尚處于起步階段，本文以冀中能源惠寧化工有限公司300萬噸/年.鹵折鹽采輸鹵工程為例，對(duì)開采地下咸水的水資源論證進(jìn)行探索研究，希望通過本工作為建設(shè)項(xiàng)目合理利用地下咸水資源提供依據(jù)，也為區(qū)域水資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)利用提供技術(shù)支撐。

2 建設(shè)項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為采輸鹵工程，建設(shè)地點(diǎn)在河北省邢臺(tái)市寧晉縣紀(jì)昌莊鄉(xiāng)，位于寧晉縣城區(qū)約74°方位，平距約30.0km。項(xiàng)目的產(chǎn)品為鹵水，目標(biāo)市場(chǎng)為河北寧晉鹽煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)首期擬新建180萬噸/年真空制鹽項(xiàng)目和30萬噸/年燒堿項(xiàng)目，目標(biāo)市場(chǎng)對(duì)鹵水的總需求量為1200萬m3/年.鹵水。項(xiàng)目所需主要水源為地下咸水，通過對(duì)燒堿及真空制鹽項(xiàng)目生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)用水的核定，燒堿及真空制鹽每年可向礦山提供800萬m3的循環(huán)水，本項(xiàng)目每年需開采地下咸水為600萬m3。

3 區(qū)域水資源概況

3.1 水資源量

寧晉縣多年平均地表水資源量為816.3萬m3，多年平均徑流深約7.4mm左右。礦化度≤2g/L地下水資源量為4198.9萬m3，地表、地下水資源重復(fù)量為865.2萬m3，水資源總量為4150萬m3。寧晉縣平原區(qū)2～3g/L地下水資源量為2405.2萬m3；3～5g/L地下水資源量為1935.0萬m3；大于5g/L地下水資源量為

表1 水資源量成果表（礦化度≤2g/L） 單位：km2、萬m3

寧晉縣多年平均入境水量（1956～2005年）為42098.6萬m3，（1956～1979年）為60809萬m3，（1980～2005年）為25749.7萬m3，（2001～2005年）為8592萬m3。入境水量主要是石津灌區(qū)和洨河來水。從寧晉縣各年代平均入境水量可見，隨著上游用水開發(fā)利用增加，入境水量隨時(shí)間呈明顯減少趨勢(shì)。見表1。

3.2 水資源質(zhì)量

寧晉縣河道水質(zhì)較差，除豐水年汛期部分河道產(chǎn)生地表徑流外，其它季節(jié)河流接納的全是城鎮(zhèn)生活或工業(yè)排放的廢污水。主要污染物COD的超標(biāo)倍數(shù)一般在4.5～24.5之間。排污嚴(yán)重的河道氨氮污染更嚴(yán)重。

通過對(duì)寧晉縣8眼淺層地下水監(jiān)測(cè)井的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，Ⅲ類水的有7眼、Ⅳ類水井有1眼，主要超標(biāo)物質(zhì)為氨氮、高錳酸鹽指數(shù)。4眼深層地下水監(jiān)測(cè)井的調(diào)查，Ⅲ類水的井有2眼、Ⅳ類水井1眼，Ⅴ類水井1眼，主要超標(biāo)物質(zhì)為溶解性總固體、硫酸鹽等。

4 取水水源論證

考慮本項(xiàng)目的取水水源為地下咸水，因此水源論證范圍劃定為本項(xiàng)目采鹽礦區(qū)及周邊影響范圍，論證范圍面積為100km2。

4.1 取水水源水量論證

4.1.1 論證區(qū)地下咸水補(bǔ)給量

（1）降水入滲補(bǔ)給量

計(jì)算公式：Q降＝P·α·F×10-1

式中，Q降為降水入滲補(bǔ)給量(104m3/a)

P為年降水量(mm/a)

α為降水入滲系數(shù)

F為計(jì)算區(qū)面積（km2）

經(jīng)計(jì)算，論證區(qū)的降水入滲補(bǔ)給量為795.1萬m3。計(jì)算成果見表2。 1063.7萬m3。

表2 降水入滲補(bǔ)給計(jì)算成果表（單位：萬m3）

（2）井灌回歸

計(jì)算公式：Q井＝Q農(nóng)開·β

式中，Q井為井灌回歸量(104m3/a)；

Q農(nóng)開為農(nóng)業(yè)開采量(104m3/a)；

β為井灌回歸系數(shù)。

寧晉縣的井灌回歸系數(shù)根據(jù)《寧晉縣水資源評(píng)價(jià)》（1956-2005）及包氣帶巖性綜合確定為0.075，農(nóng)業(yè)灌溉水量為1389萬m3，計(jì)算得出論證區(qū)的井灌回歸量為104萬m3。

（3）渠灌入滲補(bǔ)給量

計(jì)算公式：Q灌＝Q渠田·β渠

式中，Q灌為渠灌入滲補(bǔ)給量(104m3/a)；

Q渠田為渠灌水量(104m3/a)；

β渠為寧晉縣渠灌入滲補(bǔ)給系數(shù)。

論證區(qū)中渠灌水量為479萬m3，渠灌入滲補(bǔ)給系數(shù)平均值為0.225，經(jīng)計(jì)算論證區(qū)的多年平均渠灌補(bǔ)給量為107.7萬m3。

（4）側(cè)向流入補(bǔ)給量

計(jì)算公式：Q側(cè)補(bǔ)＝K·I·H·L

式中，Q側(cè)補(bǔ)為側(cè)向徑流補(bǔ)給量(104m3/a)；

K為含水層滲透系數(shù)(m/d)；

I為垂直方向水力坡度；

H為含水層厚度(m)；

L為計(jì)算斷面長度(m)。

經(jīng)計(jì)算，論證區(qū)的側(cè)向補(bǔ)給量為71.6萬m3。計(jì)算成果見表3。

表3 側(cè)向補(bǔ)給量計(jì)算成果表

4.1.2 論證區(qū)地下咸水排泄量

（1）側(cè)向流出量

計(jì)算公式：Q側(cè)出＝K·I·H·L

式中：Q側(cè)出-側(cè)向徑流流出量(104m3/a)；

K—含水層滲透系數(shù)(m/d)；

I—垂直方向水力坡度；

H—含水層厚度(m)；

L—計(jì)算斷面長度(m)。

與計(jì)算側(cè)向流入補(bǔ)給量方法相同，論證區(qū)的側(cè)向流出量為70.9萬m3。見表4。

表4 側(cè)向流出量計(jì)算成果表

（2）越流排泄量

計(jì)算公式：Q越流＝100·Δh·F·Δt·ε

式中：

Q越流—越流排泄量(104m3/a)；

F—均衡區(qū)域面積(km2)；

Δt—時(shí)間(d)；

Δh—水位差(m)；

ε—越流系數(shù)(1/d)。

經(jīng)計(jì)算論證區(qū)內(nèi)咸水的越流排泄量為913萬m3/a。見表5。

表5 越流排泄量計(jì)算成果表

（3）人工開采量

根據(jù)寧晉縣水務(wù)局的2010年地下水供水情況統(tǒng)計(jì)表可知，論證區(qū)地處M≥3g/L區(qū)，沒有咸水開采量，論證區(qū)內(nèi)咸水的開采量為0。

4.1.3 論證區(qū)地下咸水蓄變量

計(jì)算公式：ΔW＝Δh·μ·F·10-2

式中：

ΔW—地下水蓄變量(104m3)；

Δh—水位差(m)；

μ—含水層給水度；

F—計(jì)算面積(km2)；

10-2—單位換算系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，論證區(qū)的蓄變量為0。見表6。

表6 蓄變量計(jì)算成果表

4.1.4 論證區(qū)地下咸水補(bǔ)排平衡分析

計(jì)算公式：W總補(bǔ)-W總排±ΔW=X

式中：

W總補(bǔ)—地下水總補(bǔ)給量（萬m3）；W總排—地下水總排泄量（萬m3）; ΔW —地下水蓄變量（萬m3）; X—絕對(duì)均衡差（萬m3）;

δ—相對(duì)均衡差，用百分?jǐn)?shù)表示。

論證區(qū)總補(bǔ)給量為1078.4萬m3，總排泄量為983.9萬m3，蓄變量為0，補(bǔ)排平衡差為94.5萬m3，相對(duì)均衡差為9%，符合技術(shù)細(xì)則中|δ|<20%的要求。

4.1.5 論證區(qū)地下咸水可開采量

計(jì)算公式：Q開＝Q補(bǔ)·ρ

式中：

Q開—可開采量(104m3/a)；

Q補(bǔ)—總補(bǔ)給量(104m3/a)；

ρ—可開采系數(shù)。

表7 地下水咸水資源量表（單位：萬m3/a）

參照《河北平原、山間盆地開采系數(shù)表》綜合確定可開采系數(shù)ρ為0.68，根據(jù)表7計(jì)算結(jié)果可以得知，在論證區(qū)范圍內(nèi)可開采量為733萬m3。

4.2 取水水源水質(zhì)論證

根據(jù)2010年8月對(duì)寧晉縣紀(jì)昌莊咸水井的水質(zhì)檢測(cè)，紀(jì)昌莊地下咸水的PH、鐵、鈣、甲基橙堿度等指標(biāo)滿足化工工業(yè)循環(huán)水用水標(biāo)準(zhǔn)，但渾濁度、總硬度、懸浮物等指標(biāo)不滿足要求，還需要進(jìn)一步處理以滿足本項(xiàng)目水質(zhì)的要求。

4.3 取水水源合理性分析

本項(xiàng)目以當(dāng)?shù)販\層地下咸水作為取水水源，年開采量為600萬m3，經(jīng)以上分析計(jì)算，本論證區(qū)年補(bǔ)給量為1078萬m3，咸水年可開采量為733萬m3，因此，論證區(qū)淺層咸水資源量滿足項(xiàng)目開采要求。

通過對(duì)地下咸水的水質(zhì)分析，部分水質(zhì)指標(biāo)不滿足化工工業(yè)循環(huán)水用水標(biāo)準(zhǔn)，建議進(jìn)一步處理后用于生產(chǎn)。

5 建設(shè)項(xiàng)目取、退水影響分析

5.1 取水影響分析

5.1.1 對(duì)區(qū)域水資源的影響

隨著地下咸水的不斷開采，淡水資源的補(bǔ)給，可以改善地下水水質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)抽咸補(bǔ)淡的目的。同時(shí)，項(xiàng)目開采地下咸水是一個(gè)反復(fù)注水、抽水的過程，其中會(huì)產(chǎn)生管道滲漏問題，滲漏出的咸水會(huì)導(dǎo)致土壤鹽堿化，影響作物生長。

5.1.2 對(duì)其他用水戶的影響

礦區(qū)取用咸水對(duì)周邊居民及寧晉縣水源井取水層不在同一水層，因此不至于對(duì)區(qū)域深層地下水資源及周邊居民用水產(chǎn)生影響。部分農(nóng)業(yè)用水戶采用咸淡混澆的方式用于農(nóng)業(yè)灌溉，礦區(qū)開采咸水?dāng)D占了部分農(nóng)業(yè)灌溉用水，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水戶會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

5.1.3 補(bǔ)償建議

針對(duì)管道滲漏對(duì)土壤的影響，可以通過增施有機(jī)肥、植樹種草、及時(shí)完善水利措施等方法，增強(qiáng)作物抗鹽能力，協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱，改善田間小氣候，減少蒸發(fā)，減少對(duì)作物生長的影響。

針對(duì)地下咸水開采對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉的影響，可以通過提高農(nóng)業(yè)灌溉效率或按比例對(duì)農(nóng)業(yè)受影響的區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償。即“有償占用”應(yīng)補(bǔ)償因農(nóng)灌水量減少造成的農(nóng)業(yè)損失；或“等效替代”應(yīng)通過其它工程將占用水源予以等量、等質(zhì)替代?？蓳?jù)當(dāng)時(shí)發(fā)生情況協(xié)商解決。

5.2 退水影響分析

本項(xiàng)目生產(chǎn)幾乎沒有退水，不會(huì)對(duì)區(qū)域水環(huán)境造成影響。只有在夏季高強(qiáng)度降雨，蓄水池?zé)o蓄水空間時(shí)，院內(nèi)雨水外排，外排雨水不含有害物質(zhì)，對(duì)區(qū)域水環(huán)境基本無影響。

6 水資源保護(hù)措施

礦區(qū)在建設(shè)整個(gè)過程中，應(yīng)加強(qiáng)水資源保護(hù)，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念、資源節(jié)約、生產(chǎn)集約等為目標(biāo)，把生態(tài)設(shè)計(jì)、清潔生產(chǎn)、資源綜合利用和可持續(xù)發(fā)展融為一體，大力推廣節(jié)水器具，廣泛采用廢污水處理、雨水集蓄等工程措施。

6.1 建立健全節(jié)水制度

礦區(qū)應(yīng)根據(jù)自身的用水特點(diǎn)，制定水高效利用、節(jié)水管理等制度。制定節(jié)水的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和懲罰措施，樹立職工用水節(jié)水意識(shí)。建立健全各項(xiàng)各項(xiàng)用水管理制度，對(duì)供水進(jìn)行統(tǒng)一管理和優(yōu)化配置，以達(dá)到“增產(chǎn)不增污”和“增產(chǎn)不增水”的最佳效果。

6.2 大力實(shí)施集雨工程建設(shè)

礦區(qū)應(yīng)建立完善的雨水收集和回用工程，同時(shí)要求工程建設(shè)中實(shí)施集雨工程，在設(shè)計(jì)和施工中，盡量采取蓄洪方式收集雨水，正常年份雨水收集和回用系統(tǒng)匯集的洪瀝水，經(jīng)處理后可作為補(bǔ)充水源。

6.3 退水管理及環(huán)境保護(hù)

根據(jù)礦區(qū)水資源循環(huán)利用和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的要求，杜絕生產(chǎn)污水的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，達(dá)到“零”排放。此外，還應(yīng)加強(qiáng)綠化和生態(tài)保護(hù)，充分利用植被對(duì)煙塵的阻擋、過濾和吸收利用。

6.4 做好輸配水設(shè)施的施工和管道的保護(hù)

礦區(qū)供水大都需要鋪設(shè)供水管線，因此要對(duì)輸配水管網(wǎng)嚴(yán)格施工質(zhì)量，防止跑冒漏現(xiàn)象的發(fā)生，并注意加強(qiáng)輸配水管網(wǎng)的日常檢查、維修和保護(hù)工作，避免因輸配水原因造成生產(chǎn)事故的發(fā)生。做好排水管道的設(shè)計(jì)、施工和保護(hù)，防止管道泄漏造成環(huán)境污染。

7 建設(shè)項(xiàng)目水資源論證建議

（1）礦區(qū)應(yīng)充分體現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，建議

充分利用雨洪資源。在礦區(qū)主廠房屋面、各附屬輔助建筑物屋面及道路建設(shè)雨水收集利用工程將雨水匯集到水池中，經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后循環(huán)利用。

（2）采集鹵管道和輸鹵管道盡量取直，減少管道長度；根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速，合理選擇管道直徑；根據(jù)管道運(yùn)行的工藝參數(shù)，盡量選用摩阻率低的管材，努力降低能耗。

（3）建議在礦區(qū)內(nèi)建一座凈水池，地下咸水經(jīng)給水泵加壓后通過密閉管道輸送至礦部凈水池，在凈水池中對(duì)地下咸水進(jìn)行淡化處理，待水質(zhì)達(dá)到生產(chǎn)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后注入地下鹽礦。

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圖10 橋梁在恒載和地震荷載作用下彎矩圖

橋梁在恒載和E1地震作用下，橋墩墩頂在偏心彎矩的作用下，偏心距e=0.801m,極限軸力為5800.1kN，橋墩抗力為25379.2 kN；墩底在偏心彎矩的作用下，偏心距e=0.979m,極限軸力為6074.3kN,橋墩抗力為17448.5kN，表明橋墩在E1地震作用下處于彈性工作狀態(tài)，滿足《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》要求。

橋梁在恒載和E2地震作用下，橋墩墩頂在偏心彎矩的作用下，偏心距e=0.926m,極限軸力為7017.9kN，橋墩抗力為19298.1 kN；墩底在偏心彎矩的作用下，偏心距e=1.479m,極限軸力為7230.3kN,橋墩抗力為6613.9kN，表明橋墩在E2地震作用下進(jìn)入塑性狀態(tài)；橋墩墩頂順橋向最大位移為3.9cm,墩頂順橋向允許位移2.3cm，墩頂位移值超過了允許位移要求，且橋墩頂?shù)姿苄糟q抗剪不滿足《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》的要求。

橋墩在E2地震下墩頂位移過大，是因?yàn)闃蚨談偠忍?、橋墩太柔，可以通過增加橋墩直徑、增加縱向鋼筋的方法解決，但增大橋墩直徑、增加縱向鋼筋會(huì)使橋墩的極限抗彎承載力增大，對(duì)橋墩塑性鉸區(qū)域的抗剪不利。本次設(shè)計(jì)不增大橋墩直徑，采用增加橋墩塑性鉸區(qū)域箍筋配筋率，墩頂設(shè)置高阻尼減隔震支座增大橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比的方法，用彈性連接模擬高阻尼減隔震支座的豎向和水平向剛度，并按照《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算全橋結(jié)構(gòu)阻尼比，對(duì)反應(yīng)譜進(jìn)行修正，重新計(jì)算后墩頂位移、橋墩塑性鉸區(qū)抗剪均滿足滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)語

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，建立合理的橋梁整體空間有限元模型、尤其是對(duì)橋梁上下部結(jié)構(gòu)之間連接的支座剛度和樁土之間相互作用的正確模擬，對(duì)抗震分析結(jié)果至關(guān)重要。橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性（自震振型、頻率）是橋梁結(jié)構(gòu)工作性能和橋梁抗震分析的重要參數(shù)，反應(yīng)譜計(jì)算時(shí)必須取得90%以上的振型有效參與質(zhì)量。通過橋墩塑性鉸區(qū)增加箍筋配筋率和設(shè)置減隔震支座增大橋梁整體結(jié)構(gòu)的阻尼比的方法，可以解決橋墩在E2地震作用橋墩頂位移過大和塑性鉸區(qū)抗剪計(jì)算不能通過的問題。本橋設(shè)計(jì)所有分析計(jì)算均滿足《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》的要求，成果為預(yù)制箱梁橋橋墩的抗震設(shè)計(jì)有一定參考作用。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.026

TV211

B

1672-2469(2014)12-0072-05

田元（1984年—），男，工程師。