采輸鹵工程建設項目水資源論證初探

田 元

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

采輸鹵工程建設項目水資源論證初探

田 元

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

建設項目水資源論證制度是深化取水許可管理的一項重要舉措。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項目為研究對象，加強流域水資源管理，保障采輸鹵工程的合理用水要求，支持區域社會經濟的協調與可持續發展。分析區域水資源量、進行取水水源論證，分析建設項目取水和退水影響，提出建設項目的水資源保護措施，從而確保建設項目取水的可靠性和可行性。

水資源論證 建設項目 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，遠低于國際公認的人均500m3的“極度缺水標準”，也低于以色列人均水資源占有水平。河北平原在嚴重缺乏淡水的同時,也蘊藏有大量的地下咸水,合理開發利用淺層咸水，使咸水水位降低到合理水平，可以避免地下水的無效蒸發，增加水資源量，增強調蓄能力和抗旱防澇能力，促進淺層咸水淡化，改造鹽堿地，改善生態環境，減輕對淡水資源的威脅。為合理開發、有效利用和保護水資源，支撐社會經濟可持續發展，從建設項目的取、用、退水出發，開展建設項目水資源論證十分必要?！爸醒胍惶栁募币蔡岢觯骸皯訌娤嚓P規劃和項目建設布局水資源論證工作，國民經濟和社會發展規劃以及城市總體規劃的編制、重大建設項目的布局，要與當地水資源條件和防洪要求相適應?！?/p>

目前河北省對于開采咸水注入地下鹽礦井，產生鹵水用于化工項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，對開采地下咸水的水資源論證進行探索研究，希望通過本工作為建設項目合理利用地下咸水資源提供依據，也為區域水資源的優化配置和可持續利用提供技術支撐。

2 建設項目概況

本項目為采輸鹵工程，建設地點在河北省邢臺市寧晉縣紀昌莊鄉，位于寧晉縣城區約74°方位，平距約30.0km。項目的產品為鹵水，目標市場為河北寧晉鹽煤化工循環經濟園區首期擬新建180萬噸/年真空制鹽項目和30萬噸/年燒堿項目，目標市場對鹵水的總需求量為1200萬m3/年.鹵水。項目所需主要水源為地下咸水，通過對燒堿及真空制鹽項目生產工藝及生產用水的核定，燒堿及真空制鹽每年可向礦山提供800萬m3的循環水，本項目每年需開采地下咸水為600萬m3。

3 區域水資源概況

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、地下水資源重復量為865.2萬m3，水資源總量為4150萬m3。寧晉縣平原區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，隨著上游用水開發利用增加，入境水量隨時間呈明顯減少趨勢。見表1。

3.2 水資源質量

寧晉縣河道水質較差，除豐水年汛期部分河道產生地表徑流外，其它季節河流接納的全是城鎮生活或工業排放的廢污水。主要污染物COD的超標倍數一般在4.5～24.5之間。排污嚴重的河道氨氮污染更嚴重。

通過對寧晉縣8眼淺層地下水監測井的調查統計，Ⅲ類水的有7眼、Ⅳ類水井有1眼，主要超標物質為氨氮、高錳酸鹽指數。4眼深層地下水監測井的調查，Ⅲ類水的井有2眼、Ⅳ類水井1眼，Ⅴ類水井1眼，主要超標物質為溶解性總固體、硫酸鹽等。

4 取水水源論證

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

4.1 取水水源水量論證

4.1.1 論證區地下咸水補給量

（1）降水入滲補給量

計算公式：Q降＝P·α·F×10-1

式中，Q降為降水入滲補給量(104m3/a)

P為年降水量(mm/a)

α為降水入滲系數

F為計算區面積（km2）

經計算，論證區的降水入滲補給量為795.1萬m3。計算成果見表2。 1063.7萬m3。

表2 降水入滲補給計算成果表（單位：萬m3）

（2）井灌回歸

計算公式：Q井＝Q農開·β

式中，Q井為井灌回歸量(104m3/a)；

Q農開為農業開采量(104m3/a)；

β為井灌回歸系數。

寧晉縣的井灌回歸系數根據《寧晉縣水資源評價》（1956-2005）及包氣帶巖性綜合確定為0.075，農業灌溉水量為1389萬m3，計算得出論證區的井灌回歸量為104萬m3。

（3）渠灌入滲補給量

計算公式：Q灌＝Q渠田·β渠

式中，Q灌為渠灌入滲補給量(104m3/a)；

Q渠田為渠灌水量(104m3/a)；

β渠為寧晉縣渠灌入滲補給系數。

論證區中渠灌水量為479萬m3，渠灌入滲補給系數平均值為0.225，經計算論證區的多年平均渠灌補給量為107.7萬m3。

（4）側向流入補給量

計算公式：Q側補＝K·I·H·L

式中，Q側補為側向徑流補給量(104m3/a)；

K為含水層滲透系數(m/d)；

I為垂直方向水力坡度；

H為含水層厚度(m)；

L為計算斷面長度(m)。

經計算，論證區的側向補給量為71.6萬m3。計算成果見表3。

表3 側向補給量計算成果表

4.1.2 論證區地下咸水排泄量

（1）側向流出量

計算公式：Q側出＝K·I·H·L

式中：Q側出-側向徑流流出量(104m3/a)；

K—含水層滲透系數(m/d)；

I—垂直方向水力坡度；

H—含水層厚度(m)；

L—計算斷面長度(m)。

與計算側向流入補給量方法相同，論證區的側向流出量為70.9萬m3。見表4。

表4 側向流出量計算成果表

（2）越流排泄量

計算公式：Q越流＝100·Δh·F·Δt·ε

式中：

Q越流—越流排泄量(104m3/a)；

F—均衡區域面積(km2)；

Δt—時間(d)；

Δh—水位差(m)；

ε—越流系數(1/d)。

經計算論證區內咸水的越流排泄量為913萬m3/a。見表5。

表5 越流排泄量計算成果表

（3）人工開采量

根據寧晉縣水務局的2010年地下水供水情況統計表可知，論證區地處M≥3g/L區，沒有咸水開采量，論證區內咸水的開采量為0。

4.1.3 論證區地下咸水蓄變量

計算公式：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—計算面積(km2)；

10-2—單位換算系數。

經計算，論證區的蓄變量為0。見表6。

表6 蓄變量計算成果表

4.1.4 論證區地下咸水補排平衡分析

計算公式：W總補-W總排±ΔW=X

式中：

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

δ—相對均衡差，用百分數表示。

論證區總補給量為1078.4萬m3，總排泄量為983.9萬m3，蓄變量為0，補排平衡差為94.5萬m3，相對均衡差為9%，符合技術細則中|δ|<20%的要求。

4.1.5 論證區地下咸水可開采量

計算公式：Q開＝Q補·ρ

式中：

Q開—可開采量(104m3/a)；

Q補—總補給量(104m3/a)；

ρ—可開采系數。

表7 地下水咸水資源量表（單位：萬m3/a）

參照《河北平原、山間盆地開采系數表》綜合確定可開采系數ρ為0.68，根據表7計算結果可以得知，在論證區范圍內可開采量為733萬m3。

4.2 取水水源水質論證

根據2010年8月對寧晉縣紀昌莊咸水井的水質檢測，紀昌莊地下咸水的PH、鐵、鈣、甲基橙堿度等指標滿足化工工業循環水用水標準，但渾濁度、總硬度、懸浮物等指標不滿足要求，還需要進一步處理以滿足本項目水質的要求。

4.3 取水水源合理性分析

本項目以當地淺層地下咸水作為取水水源，年開采量為600萬m3，經以上分析計算，本論證區年補給量為1078萬m3，咸水年可開采量為733萬m3，因此，論證區淺層咸水資源量滿足項目開采要求。

通過對地下咸水的水質分析，部分水質指標不滿足化工工業循環水用水標準，建議進一步處理后用于生產。

5 建設項目取、退水影響分析

5.1 取水影響分析

5.1.1 對區域水資源的影響

隨著地下咸水的不斷開采，淡水資源的補給，可以改善地下水水質，最終實現抽咸補淡的目的。同時，項目開采地下咸水是一個反復注水、抽水的過程，其中會產生管道滲漏問題，滲漏出的咸水會導致土壤鹽堿化，影響作物生長。

5.1.2 對其他用水戶的影響

礦區取用咸水對周邊居民及寧晉縣水源井取水層不在同一水層，因此不至于對區域深層地下水資源及周邊居民用水產生影響。部分農業用水戶采用咸淡混澆的方式用于農業灌溉，礦區開采咸水擠占了部分農業灌溉用水，對當地農業用水戶會產生一定的影響。

5.1.3 補償建議

針對管道滲漏對土壤的影響，可以通過增施有機肥、植樹種草、及時完善水利措施等方法，增強作物抗鹽能力，協調水、肥、氣、熱，改善田間小氣候，減少蒸發，減少對作物生長的影響。

針對地下咸水開采對農業灌溉的影響，可以通過提高農業灌溉效率或按比例對農業受影響的區域進行適當補償。即“有償占用”應補償因農灌水量減少造成的農業損失；或“等效替代”應通過其它工程將占用水源予以等量、等質替代?？蓳敃r發生情況協商解決。

5.2 退水影響分析

本項目生產幾乎沒有退水，不會對區域水環境造成影響。只有在夏季高強度降雨，蓄水池無蓄水空間時，院內雨水外排，外排雨水不含有害物質，對區域水環境基本無影響。

6 水資源保護措施

礦區在建設整個過程中，應加強水資源保護，以循環經濟理念、資源節約、生產集約等為目標，把生態設計、清潔生產、資源綜合利用和可持續發展融為一體，大力推廣節水器具，廣泛采用廢污水處理、雨水集蓄等工程措施。

6.1 建立健全節水制度

礦區應根據自身的用水特點，制定水高效利用、節水管理等制度。制定節水的獎勵機制和懲罰措施，樹立職工用水節水意識。建立健全各項各項用水管理制度，對供水進行統一管理和優化配置，以達到“增產不增污”和“增產不增水”的最佳效果。

6.2 大力實施集雨工程建設

礦區應建立完善的雨水收集和回用工程，同時要求工程建設中實施集雨工程，在設計和施工中，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匯集的洪瀝水，經處理后可作為補充水源。

6.3 退水管理及環境保護

根據礦區水資源循環利用和生態環境建設的要求，杜絕生產污水的跑、冒、滴、漏現象，達到“零”排放。此外，還應加強綠化和生態保護，充分利用植被對煙塵的阻擋、過濾和吸收利用。

6.4 做好輸配水設施的施工和管道的保護

礦區供水大都需要鋪設供水管線，因此要對輸配水管網嚴格施工質量，防止跑冒漏現象的發生，并注意加強輸配水管網的日常檢查、維修和保護工作，避免因輸配水原因造成生產事故的發生。做好排水管道的設計、施工和保護，防止管道泄漏造成環境污染。

7 建設項目水資源論證建議

（1）礦區應充分體現循環經濟理念，建議

充分利用雨洪資源。在礦區主廠房屋面、各附屬輔助建筑物屋面及道路建設雨水收集利用工程將雨水匯集到水池中，經過處理達標后循環利用。

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

（3）建議在礦區內建一座凈水池，地下咸水經給水泵加壓后通過密閉管道輸送至礦部凈水池，在凈水池中對地下咸水進行淡化處理，待水質達到生產用水水質標準后注入地下鹽礦。

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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，滿足《公路橋梁抗震設計細則》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地震作用下進入塑性狀態；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，且橋墩頂底塑性鉸抗剪不滿足《公路橋梁抗震設計細則》的要求。

橋墩在E2地震下墩頂位移過大，是因為橋墩剛度太小、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、增加縱向鋼筋會使橋墩的極限抗彎承載力增大，對橋墩塑性鉸區域的抗剪不利。本次設計不增大橋墩直徑，采用增加橋墩塑性鉸區域箍筋配筋率，墩頂設置高阻尼減隔震支座增大橋梁結構阻尼比的方法，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《城市橋梁抗震設計規范》計算全橋結構阻尼比，對反應譜進行修正，重新計算后墩頂位移、橋墩塑性鉸區抗剪均滿足滿足規范要求。

3 結語

抗震設計時，建立合理的橋梁整體空間有限元模型、尤其是對橋梁上下部結構之間連接的支座剛度和樁土之間相互作用的正確模擬，對抗震分析結果至關重要。橋梁結構的動力特性（自震振型、頻率）是橋梁結構工作性能和橋梁抗震分析的重要參數，反應譜計算時必須取得90%以上的振型有效參與質量。通過橋墩塑性鉸區增加箍筋配筋率和設置減隔震支座增大橋梁整體結構的阻尼比的方法，可以解決橋墩在E2地震作用橋墩頂位移過大和塑性鉸區抗剪計算不能通過的問題。本橋設計所有分析計算均滿足《公路橋梁抗震設計細則》的要求，成果為預制箱梁橋橋墩的抗震設計有一定參考作用。

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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。