飛雁灘油田岸灘防護(hù)方案研究

飛雁灘油田岸灘防護(hù)方案研究

勝利油田的海灘油田位于現(xiàn)代黃河三角洲。受黃河支流運(yùn)動和沙子輸送量顯著減少的影響，三角洲沿岸嚴(yán)重侵蝕，影響了勝利油田海灘油田的正?？碧胶烷_發(fā)。1992年和1997年的風(fēng)暴潮給油田帶來了9億噸的經(jīng)濟(jì)損失。海岸侵蝕是全球性問題,國內(nèi)外研究和治理的歷史悠久治理措施主要為建壩和生態(tài)護(hù)灘,屬于被動防護(hù)型,且在粉砂淤泥質(zhì)海岸效果欠佳(如尼羅河三角洲)。為了降低飛雁灘油田岸灘防護(hù)成本,需要探索一種新型的岸灘防護(hù)方案,充分利用自然力,通過人工干預(yù)的方式起動海底泥沙,使得高含沙水流由海向陸運(yùn)移,并在防護(hù)區(qū)淤積下來,實(shí)現(xiàn)岸灘蝕退的快速防護(hù),變被動防護(hù)為主動防護(hù)。本文針對該地區(qū)的岸灘侵蝕情況,首先提出了幾種防護(hù)設(shè)想,然后在對比分析的基礎(chǔ)上,提出了充分利用自然力的灘海油田泥沙運(yùn)移控制初步方案。1樁西油田魚間灘地飛雁灘油田位于黃河三角洲東北部沿岸38°02N、118°37E至38°10N、118°44E的范圍內(nèi)。本區(qū)陸域由黃河1946—1976年經(jīng)刁口流路入海期間的泥沙淤積而成,飛雁灘油田東北部為埕島油田,相距約10km左右,其東部與樁西油田毗鄰,相距不過數(shù)千米,樁西油田海岸修有防潮堤,該岸段的潮間灘地已被侵蝕殆盡。其西部為桃河河口,地勢低洼,呈漏斗形向陸凹進(jìn),潮間帶寬達(dá)13km,河叉交錯。在1976年5月黃河改道之前,河口沙嘴快速向海淤進(jìn),沙嘴零米岸線伸入海中最遠(yuǎn)達(dá)10.5km。至1976年黃河改道清水溝流路以后,該區(qū)泥沙來源斷絕,河口沙嘴遭到快速侵蝕,岸線迅速后退,到2000年零米線后退達(dá)10.5km,已進(jìn)入油田內(nèi)部。飛雁灘油田20世紀(jì)90年代投入開發(fā),目前年產(chǎn)原油30萬t,現(xiàn)有156口油井,其中146口井在工作。每逢大潮和東北風(fēng)4—5級時,70%以上的井都被潮水淹沒。2岸灘防護(hù)工程根據(jù)飛雁灘油田的原油生產(chǎn)實(shí)際需要和其特殊的地理位置,針對該地區(qū)的岸灘侵蝕情況,提出以下幾種防護(hù)設(shè)想:一是采取仿生和生物防護(hù)相結(jié)合的消浪阻流促淤保灘軟防護(hù)工程;二是通過工程措施改變區(qū)域流場,改善沿岸環(huán)境動力條件,實(shí)現(xiàn)岸灘淤積;三是傳統(tǒng)的堤防工程。2.1生物防護(hù)帶及混凝土重塊固定飛雁灘油田地處黃河三角洲自然保護(hù)區(qū),防護(hù)工程應(yīng)盡量不破壞自然面貌,為此對這一地區(qū)的岸灘提出了與其他海岸不同的防護(hù)形式——仿生和生物工程相結(jié)合的方案構(gòu)思,期望促進(jìn)該海區(qū)淤積,固沙保灘,防止或延緩該區(qū)岸線的蝕退,以盡可能小的投資,保持現(xiàn)有海岸線,加強(qiáng)油區(qū)內(nèi)部道路及井臺的維護(hù),改善該油區(qū)上井職工交通條件,加強(qiáng)對大潮、風(fēng)暴潮的預(yù)測預(yù)報工作,保障職工人身安全,將潮水的影響降低,保持油田現(xiàn)有開發(fā)和生產(chǎn)水平不致于因該地區(qū)的海岸蝕退而下降,保持黃河三角洲的自然風(fēng)貌。仿生防護(hù)工程構(gòu)思模仿沙漠地區(qū)防風(fēng)固沙的原理和我國東南沿海的紅樹林防護(hù)帶。仿生林帶的作用,①可以吸收波能,起到消波作用,同時可以降低潮流速度,減少浪流動力對岸灘的沖蝕,同時促進(jìn)海水中所挾泥沙的沉降,從而達(dá)到固沙促淤的目的;②保護(hù)仿生帶向岸側(cè)的淺水植物,防止風(fēng)暴潮等災(zāi)害性海洋動力作用直接沖擊淺水及岸邊的生物防護(hù)帶。這些淺水中的生物防護(hù)帶就同沙漠中的植被一樣,具有保持泥沙不被海水沖走,同樣也有消波、阻流、沉沙、促淤的作用。在仿生物根部配設(shè)混凝土重塊,以求固定在預(yù)定位置,上面系仿生漂浮物。以每塊混凝土塊為一株,暫定株距為2m,大致與沿岸平行布設(shè)10行,仿生林帶寬約30m。采用混凝土重塊固定仿生植株時,在施工現(xiàn)場用繩索將重塊連結(jié)起來,將仿生物固定到重塊鐵環(huán)上,通過船側(cè)滑板滑下水,施工比較容易。通過人工種植的方法促使或恢復(fù)海岸地區(qū)植物的繁殖,植物的新陳代謝能夠?yàn)楹０兜貐^(qū)增加大量的淤泥質(zhì)和固土根須,以保證海岸的防沖刷,同時也生產(chǎn)大量的養(yǎng)料,為鳥、蟲、魚、小動物等提供很好的生活,覓食環(huán)境。2.2改變區(qū)域流場的技術(shù)措施飛雁灘油田岸線在東北向強(qiáng)風(fēng)浪和沿岸潮流作用下侵蝕嚴(yán)重,通過工程措施消減波浪的直接作用,改變區(qū)域流場,降低對岸線的沖刷,增加防護(hù)區(qū)淤積是可行的方案之一。改變區(qū)域流場通常需要依據(jù)現(xiàn)有海洋動力條件和海岸地形、地貌,采用丁壩群、順岸潛堤等工程措施。勝利油田在長期的維護(hù)黃河堤壩和修建引黃水利工程過程中,創(chuàng)造性地把鉆井技術(shù)同水利工程結(jié)合起來,發(fā)明了鋼筋混凝土水力插板及施工工藝,采用該項(xiàng)技術(shù)的水利工程,例如黃河護(hù)岸堤、黃河險工挑流堤、水庫護(hù)岸、過水涵橋、污水處理工程等等,都要比常規(guī)的土石方工程節(jié)省40%～60%的資金。如果經(jīng)過試驗(yàn),消除初期穩(wěn)定性等問題,使其適用于海堤工程,預(yù)計(jì)能夠發(fā)揮良好作用。2.3海堤建設(shè)的形式海堤工程是可行的傳統(tǒng)防護(hù)方法,無疑是有效的。從勝利油田原油生產(chǎn)情況出發(fā),要徹底排除目前和未來影響職工安全和原油生產(chǎn)的隱患來看,修建油區(qū)沿海大堤是見效最快的一項(xiàng)方案。勝利油田孤東大堤屬較低標(biāo)準(zhǔn)的海堤,海堤基礎(chǔ)寬30多米,但由于基礎(chǔ)線近幾年受海岸蝕退影響,堤前泥沙淘刷嚴(yán)重,給大堤帶來嚴(yán)重的不安全隱患,在1992年、1997年的大風(fēng)暴潮中都有多處坍塌。上海金山化工廠的大堤屬較高標(biāo)準(zhǔn)的海堤,當(dāng)時按100年一遇的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),按500年一遇的大潮校核,海堤基礎(chǔ)寬達(dá)80～110m,堤頂高程9～10m,這樣大的堤防投資是可想而知的。而秦山核電站圍海大堤更按千年一遇標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。另外,在福建連江大宮板、珠江口門地區(qū)和舟山地區(qū)都曾建造過陡墻式海堤,此類海堤迎水面用塊(條)石、混凝土等砌筑成陡墻,墻后設(shè)置碎石反濾層或土工布反濾,也有采用拋石渣代替的,然后在后方填筑土和拋石。該形式的堤壩優(yōu)點(diǎn)是斷面小,占地小,工程量較少,波浪爬高較斜坡堤小,堤頂高程可略低;缺點(diǎn)是堤基應(yīng)力較集中,沉降較大,對地基要求較高,波浪破碎時對防護(hù)墻的動力作用強(qiáng)烈,對海堤破壞性較大。分析以上幾種不同類型的海堤,可以得出:如果在同一海區(qū)采取帶有丁壩、潛堤的海堤,丁壩、潛堤起到消波、阻流、促淤的作用,可以保護(hù)主堤基礎(chǔ)不被沖淘;如果大堤的臨海側(cè),沒有相應(yīng)的丁壩、潛堤,大堤基礎(chǔ)就要更寬,堤身坡度更緩,迎浪面強(qiáng)度更大,既要考慮消浪,又要考慮滲透因素引起海堤穩(wěn)定的問題。概括起來說,傳統(tǒng)大堤的主要缺陷是基礎(chǔ)較淺,迎水面的結(jié)構(gòu)整體性差。隨著時代的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)水平不斷提高,堤防建設(shè)也逐步改變。我國過去的海堤基礎(chǔ)基本是從原灘地面修建,整個地基相對來說是比較軟,只有極個別地段打有較淺的木樁。20世紀(jì)70年代,上海金山化工廠大堤采用過打樁的形式,最近幾年,錢塘江海寧段采用10m多的鋼筋混凝土樁加固海堤,加深了大堤基礎(chǔ),提高了大堤的穩(wěn)定性。3粉土容易擊穿潮流對比上述3個方案,第3個方案(建設(shè)傳統(tǒng)海堤)最直接有效,但顯然存在投資巨大的問題,經(jīng)濟(jì)效益和推廣的可能性受到嚴(yán)重影響,并不推薦采用。前面兩個方案,它們在理論上和實(shí)踐上都可以改變海洋動力對岸灘的直接侵蝕作用,促進(jìn)泥沙沉積,但關(guān)鍵問題是泥沙沉積速度問題,只有泥沙沉積較快,才能真正在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)岸灘防護(hù)的目的。通過巧妙利用粉土易于起動的特性人為提高漲潮流含沙量促淤是一項(xiàng)值得特別研究的課題,也是最具創(chuàng)新性、最有經(jīng)濟(jì)效益的促淤護(hù)灘措施。通過各種工程措施的組合、取舍和改進(jìn),實(shí)現(xiàn)快速、經(jīng)濟(jì)防護(hù)的目的。事實(shí)上,只要海水中含沙濃度提高,沉積速度必然加快,甚至出現(xiàn)與河口泥沙造陸相似的效果,但作為一般常識,完全靠人為因素實(shí)現(xiàn)泥沙的大量運(yùn)移,通常需要花費(fèi)大量人力物力。怎樣以較小的代價提高海水中的含沙量、怎樣將高含沙海水中所含泥沙運(yùn)移到預(yù)定區(qū)域并使其快速沉積就成了問題的關(guān)鍵。黃河三角洲的粉土粒度很小,在海洋動力作用下容易分散起動,隨潮流移向深水區(qū),這是造成三角洲岸灘侵蝕的重要原因。事物的利弊在一定條件下可以轉(zhuǎn)換,可以利用粉土的這些特性,通過人為擾動比較方便的實(shí)現(xiàn)海底泥土的起動,實(shí)現(xiàn)潮流漲落時海水泥沙含量的顯著差異,利用自然潮汐實(shí)現(xiàn)岸灘淤積?？偲饋碚f,初步方案可以概括為:通過丁壩、潛堤等工程措施(或附以仿生方法)改變區(qū)域海洋動力條件,造成有利于防護(hù)區(qū)岸灘淤積的區(qū)域環(huán)境,通過人為干擾促使防護(hù)