唐超(中國石油冀東油田勘察設計研究院 河北 唐山 063000)
我國的雨水利用由來已久,7000年前先民已能翻土引水、排水[7]。時至今日,隨著現(xiàn)代科技及雨水利用方式的不斷發(fā)展,我國相對于雨水利用率較高的國家來說,仍存在著較大的差距。而受城市缺水、地下水超采、洪澇及城市水污染等水問題的困擾,美國、日本、印度、新加坡、澳大利亞、德國等國的雨水利用發(fā)展較快,其經(jīng)驗值得借鑒[1-10]。
冀東油田地處沿海地區(qū),地下水位高,周邊布滿水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)。暴雨時,很容易發(fā)生洪澇災害。近幾年由于暴雨造成的事故頻頻發(fā)生,如:雨水淹沒井場造成停產(chǎn),雨水外溢污染周邊養(yǎng)殖區(qū)等。這些問題急需通過合理的雨水處理方式來解決。
國外一些國家在雨水利用方面發(fā)展較快,這和它們受城市缺水、地下水超采、洪澇及城市水污染等水問題的困擾有關。美國、日本、印度、新加坡、澳大利亞、德國等國在雨水利用方面表現(xiàn)突出,很多方面值得我們借鑒[1-6]:
(1)日本:利用地下空間修建蓄洪池;修建雨水滲溝、滲池及透水地面。雨水用于城市生態(tài)環(huán)境用水、沖廁、蓄洪、回灌地下水。
(2)美國:通過市政工程與個體建筑,修建由蓄水池、入滲池、回灌井、透水路面組成的地下水回灌系統(tǒng)。雨水用于提高天然入滲能力,補充地下水,減緩水資源壓力,減輕水土流失和洪澇災害。
(3)德國:建有屋頂雨水積蓄系統(tǒng),道路雨水積蓄系統(tǒng);生態(tài)小區(qū)雨水入滲系統(tǒng)。雨水用于補充地下水,調(diào)控雨洪;減少下水道投資;沖廁和澆灑庭院;部分地區(qū)補充飲用水。
(4)印度:通過設置雨水采集箱、雨水過濾箱等措施,把雨水導入地下水井,建立水資源循環(huán)利用系統(tǒng)。雨水用作居民應用水,補充地下水,城市綠地澆灌。
我國相對于雨水利用率較高的國家來說,存在著較大的差距。在引進國外先進經(jīng)驗的同時,還應結合我國存在的主要水問題以及雨水利用的條件,選擇真正適合我國實際的雨水利用途徑和方式。目前,雨水利用方式主要有3類,即滲入地下、攔蓄利用和調(diào)控排放。其中滲入地下最易實現(xiàn),成本最低,便于推廣。
冀東油田井場的建設形勢基本相同,對雨水收集方式的選擇只受到規(guī)模大小方面的影響。對于不同規(guī)模的平臺可通過不同的收水方式來簡化流程,以降低建設成本。平臺的規(guī)模不易劃定,但可依據(jù)井場面積,現(xiàn)場布局的復雜程度,井場地面平整度這幾個條件來推斷。我們假設上述情況較簡單的平臺為小規(guī)模平臺,反之,則為大規(guī)模平臺。下面以舉例的方式來說明這兩種平臺不同的雨水收集方式。
(1)小規(guī)模平臺雨水收集方式
小規(guī)模平臺具有面積小、現(xiàn)場布局簡單、地面坡度較為均勻的特點。這種情況有利于通過地面坡度匯集雨水。譬如通過簡單改造使地面形成單向坡度;利用現(xiàn)場布局簡單的特點,可有效降低雨水自然流動過程中的阻力和坡度的變化,最終使雨水匯集到井場最低點的雨水緩沖池。這種做法與修建明渠或排水管線相比優(yōu)勢明顯。如果按照平臺修建明渠或排水管線來匯集雨水,仍然需要地面提供足夠的坡度坡向明渠或雨水口。而地面直接找坡的方式節(jié)省了明渠或管線的建設費用;其次,明渠和管線會帶來日常維護上的不便,例如降雨時,雨水會夾雜泥沙沉積在明渠或管線底部。非雨季時,風也會帶動地面浮土積存在明渠或雨水口中,增加了維護難度。
小規(guī)模平臺集水方式具體做法為:按照3‰的坡度向雨水池緩沖池的方向進行地面找坡(也可在此基礎上適當提高坡度)。地面結構可以以夯實土為基礎,形成地面坡度,再以山皮石鋪設表層。夯實土可提供地面硬度,而山皮石可作為滲透層,吸收少量雨水,減少地面積水。
(2)大規(guī)模平臺雨水收集方式
大規(guī)模平臺具有平面面積大、現(xiàn)場布局復雜、地面坡度分布不均的特點。這不利于我們直接匯集雨水。為規(guī)避以上問題,可采用分散集水,集中收水的雨水收集方式。
大規(guī)模平臺分散集水,集中收水方式的具體做法為:在低點建設若干的小集水池分散集水,在平臺空曠地帶建雨水緩沖池集中收水。利用潛污泵提升,即可將小集水池內(nèi)雨水全部匯集到雨水緩沖池中。這種雨水收集方式建設成本低,效果明顯。
井場雨水收集后,需要有用于緩沖雨水的水池,以滿足后期雨水處理或利用的要求。雨水緩沖池的容積不易過大,以免占用井場過多用地,應以一次暴雨所能匯集的雨水量來確定較為適宜。以下我們將講述如何確定雨水緩沖池容積。
雨水緩沖池容積為總降雨量減去下滲與水量和井場可積存與水量。
降雨后,部分雨水會通過下滲消耗,另一部分雨水會積存在井場地面。下滲雨水可存在于兩種情況,一是土壤吸收;二是場區(qū)地面鋪設碎石屑后,飽含于空隙內(nèi)。積存在井場地面的雨水,假設其最大允許積存高度為h積。由于場區(qū)輔助用房室內(nèi)外高差一般為0.3m,那么范圍應在0~0.3m之間。計算方法見公式:
(1)井場暴雨降水量公式:
h----由唐山市暴雨強度公式計算所得的n年重現(xiàn)期暴雨降水高度(根據(jù)井場重要程度選取n值)
(2)下滲雨水量計算公式:
V滲----下滲雨水量
ψ----徑流系數(shù)(查表取非鋪砌的土路面 0.3,但考慮唐海地下水位較高下滲性較差取值0.6)
(3)井場可積存水量公式:
V積----井場可積存雨水量(m3)
S------井場占地面積(m2)
h積------地面可積水高度(0~0.3m)
(4)將公式(1)、(2)、(3)帶入公式(4)可得雨水池緩沖池最小有效容積公式:
目前,冀東油田收集后的雨水大部分都通過聯(lián)合站處理之后用于回注或者達標后排放。這兩種方式都有一定的運行成本,且對聯(lián)合站的瞬時處理量要求很高。筆者通過對油田周邊現(xiàn)狀的了解,來尋找一些適用于冀東油田的雨水利用方式,來節(jié)省運行成本,降低處理負擔。
冀東油田緊鄰曹妃甸工業(yè)區(qū),工業(yè)區(qū)內(nèi)有首鋼等企業(yè)需要大量用水,部分企業(yè)對水質(zhì)要求不高??赏▽⒙?lián)合站處理后的合格用水直接輸送至企業(yè)再利用。這不但可以減少排放量,還能為油田提供一定的經(jīng)濟收益。其次,油田井場眾多,如果將收集后的雨水用于綠化澆灌,不但可以美化井場,還可固沙防塵。剩余的雨水可回灌地層補充地下水資源。
2012年的暴雨,對北方各大油田都造成一定的影響,其間的問題也引起了各方的重視。本文通過對冀東油田實際經(jīng)驗和國內(nèi)外雨水利用經(jīng)驗的介紹,提出了有關雨水收集方式、雨水緩沖池容積計算、雨水利用方面的見解。如何針對自身情況進行雨水系統(tǒng)的建設,還需更多人開動腦筋去創(chuàng)造。雨水是寶貴的淡水資源,如何合理的收集并利用,讓其為冀東油田乃至全國創(chuàng)造更多的價值,還有很多工作要做。
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[3]程江,徐啟新,楊凱等.國外城市雨水資源利用管理體系的比較及啟示[J].中國給水排水,2007,(12).
[4]孫宏波,蘭駟東.城市雨水現(xiàn)狀分析與收集利用[J].北京水務,2007,(5).
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