王海棠，周勇華，劉有剛

(國(guó)家海洋局 北海海洋工程勘察研究院， 山東 青島 266061)

海洋疏浚工程的環(huán)境影響及對(duì)策措施*1

王海棠，周勇華，劉有剛

(國(guó)家海洋局 北海海洋工程勘察研究院， 山東 青島 266061)

以黃驊港航道擴(kuò)建項(xiàng)目為例，利用二維數(shù)值模型模擬分析了航道疏浚產(chǎn)生懸沙對(duì)水質(zhì)的影響，并計(jì)算了項(xiàng)目產(chǎn)生懸沙對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響。經(jīng)分析，黃驊港航道擴(kuò)建項(xiàng)目使約376.1 km2的海域水質(zhì)環(huán)境受到懸沙的影響，造成約180 t底棲生物、231 t浮游動(dòng)物、1 503 t魚(yú)卵和3 757 t仔魚(yú)損失。提出了 “實(shí)現(xiàn)疏浚土的綜合利用”、“提高施工效率，縮短施工期限”、“合理安排施工時(shí)間”、“對(duì)受損的海洋生物進(jìn)行增殖放流”等措施,以降低航道疏浚工程施工期間對(duì)海洋環(huán)境的影響。

疏浚；懸沙；水質(zhì)；海洋生態(tài)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和航運(yùn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，我國(guó)疏浚業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步*中國(guó)疏浚協(xié)會(huì).中國(guó)疏浚業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告( 2008 年版),2009.，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，為了滿足日益增長(zhǎng)的貨運(yùn)量和船舶大型化的需求，港口與航道不斷向規(guī)模化、深水化方向發(fā)展，因港航建設(shè)和維護(hù)帶來(lái)的疏浚量相當(dāng)可觀。疏浚工程對(duì)海洋環(huán)境的影響主要集中在施工期間[1]，主要影響海水水質(zhì)環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，對(duì)疏浚工程的海洋環(huán)境影響研究主要利用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法和數(shù)值模擬法2種手段。賀廣凱等[2]以大窯灣疏浚工程環(huán)境監(jiān)測(cè)的資料為基礎(chǔ)，計(jì)算出濁度和懸浮體的變化關(guān)系，為該地區(qū)航道疏浚環(huán)境影響提供依據(jù)。王超等[3]通過(guò)廣州港航道施工前及施工期監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)比，分析了廣州港航道疏浚工程對(duì)珠江口生態(tài)環(huán)境的影響。趙吉國(guó)等[4]、鄭志華等[5]、賈怡然等[6]將二維輸運(yùn)-擴(kuò)散模型分別運(yùn)用到汕尾電廠航道疏浚工程、盤(pán)錦港航道工程和青島墨女港區(qū)港池疏浚工程中，較好的模擬了疏浚工程懸浮物的擴(kuò)散對(duì)周?chē)|(zhì)環(huán)境的影響。

以上的研究成果大多偏重于疏浚對(duì)水質(zhì)環(huán)境影響的定量分析，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響多以定性分析為主。我們以黃驊港航道疏浚項(xiàng)目為例，在利用數(shù)值模式計(jì)算航道疏浚對(duì)水質(zhì)環(huán)境的影響范圍的基礎(chǔ)上，定量計(jì)算了疏浚工程對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成的損失，并提出了一些合理的環(huán)境保護(hù)措施。

1 項(xiàng)目概況及環(huán)境狀況

擬將黃驊港現(xiàn)有航道擴(kuò)建成5萬(wàn)t級(jí)重載雙向航道。以原單向航道的軸線為軸線，在原航道基礎(chǔ)上向南北兩側(cè)各拓寬65 m，形成寬270 m，長(zhǎng)約41 km，底標(biāo)高-14.0 m的新航道(圖1)。航道疏浚土方量約4 015萬(wàn) m3，疏浚工程工期為2 a，擬投入5 000 m3/h自航耙吸式挖泥船進(jìn)行疏浚。疏浚土擬傾倒至距離航道約10 km的某海洋傾倒區(qū)內(nèi)*青島環(huán)海海洋工程勘察研究院.神華黃驊港5萬(wàn)噸級(jí)重載雙向航道工程海洋環(huán)境影響報(bào)告書(shū),2012.。根據(jù)測(cè)算，航道擴(kuò)建部分占用海域面積為8.43 km2。

圖1 項(xiàng)目擬建航道及調(diào)查站位示意圖Fig.1 Locations of the deepwater channel to be expanded and the surveying stations

項(xiàng)目周邊海域環(huán)境質(zhì)量狀況較好。2012-04進(jìn)行的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查(圖1)表明：海水水質(zhì)符合國(guó)家二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海洋沉積物質(zhì)量符合國(guó)家一類(lèi)沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。海域葉綠素a平均值為0.85 mg/m3。浮游植物共發(fā)現(xiàn)18屬29種，隸屬硅藻和甲藻兩個(gè)大類(lèi)，優(yōu)勢(shì)種類(lèi)是尖刺菱形藻、星臍圓篩藻和中肋骨條藻，細(xì)胞數(shù)量平均值為392 373 個(gè)/m3。浮游動(dòng)物共發(fā)現(xiàn)8種，優(yōu)勢(shì)種類(lèi)為小擬哲水蚤、克氏紡錘水蚤和擬長(zhǎng)腹劍水蚤，生物量平均值為30.8 mg/m3。大型底棲生物共發(fā)現(xiàn)28種，優(yōu)勢(shì)種為日本倍棘蛇尾，生物量平均值為10.7 g/m2。調(diào)查區(qū)魚(yú)卵平均資源密度為0.2 粒/m3，仔魚(yú)平均資源密度為0.1 尾/m3。

數(shù)值預(yù)測(cè)結(jié)果(圖2和圖3)表明：黃驊海域漲潮流整體上為自東向西的向岸流，落潮流相反，整體上為自西向東的離岸流，落潮流速略小于漲潮流速。在工程附近海域，黃驊港煤炭港區(qū)現(xiàn)有南防砂堤南側(cè)及綜合港區(qū)北防砂堤北側(cè)的近岸區(qū)域，潮流均為順岸流動(dòng)。煤炭港區(qū)現(xiàn)有南防砂堤堤頭附近流速較大，落急時(shí)刻在口門(mén)處形成漩渦。

圖2 工程前漲急時(shí)刻潮流場(chǎng)Fig.2 Tidal current at the middle time of flood before the project

圖3 工程前落急時(shí)刻潮流場(chǎng)Fig.3 Tidal current at the middle time of ebb before the project

2 疏浚工程環(huán)境影響分析

2.1 疏浚工程對(duì)水質(zhì)環(huán)境的影響

疏浚工程施工產(chǎn)生的懸沙在潮流的作用下進(jìn)行稀釋擴(kuò)散，將對(duì)疏浚區(qū)的水質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生影響。在獲得可靠的潮流場(chǎng)基礎(chǔ)上，通過(guò)添加平面二維非恒定的對(duì)流-擴(kuò)散模型[7]，即可就疏浚工程對(duì)疏浚區(qū)水質(zhì)產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算。

在數(shù)值模型中計(jì)算的懸沙濃度值是疏浚造成的海水懸沙的增加值，根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中一類(lèi)、二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，懸浮物質(zhì)人為增加量不得高于10 mg/L，因此，將模擬濃度臨界值定為10 mg/L，即認(rèn)為當(dāng)懸沙濃度增量降至10 mg/L以下時(shí)對(duì)海洋環(huán)境無(wú)影響，視為恢復(fù)本底。

項(xiàng)目主要采用5 000 m3/h自航耙吸式挖泥船，考慮滿艙溢流情況下，源強(qiáng)為13.9 kg/s。按照前述模型對(duì)航道疏浚引起的懸沙擴(kuò)散進(jìn)行模擬，以確定海水水質(zhì)環(huán)境受影響的范圍。預(yù)測(cè)結(jié)果：當(dāng)懸浮泥沙濃度為10，20，50，100和150 mg·L-1時(shí)，懸沙擴(kuò)散面積為376.1,289.9,98.8,47.8和14.1 km2。圖4表明航道疏浚施工期間產(chǎn)生的懸沙10 mg/L等值線向NW方向最大擴(kuò)散距離約為4.7 km，向SE方向最大擴(kuò)散距離約為3.1 km，向NE方向最大擴(kuò)散距離現(xiàn)有防砂堤堤頭約為36.1 km，向W方向深入港池內(nèi)部。10 mg/L等值線最大影響范圍包絡(luò)線所圍面積約為376.1 km2。

圖4 航道疏浚產(chǎn)生懸浮泥沙最大包絡(luò)范圍Fig.4 The maximum range of suspended sediments resulted from dredging the deepwater channel

2.2 疏浚工程對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響

航道疏浚產(chǎn)生的懸浮泥沙，導(dǎo)致航道區(qū)及周邊局部海域水質(zhì)混濁，使海水的光線透射率下降，溶解氧降低，對(duì)魚(yú)類(lèi)的天然餌料浮游生物的繁殖生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。海水中懸浮泥沙增加，懸浮顆粒會(huì)黏附在浮游動(dòng)物體表，干擾其正常的生理功能，尤其是濾食性浮游動(dòng)物會(huì)吞食適當(dāng)粒徑的懸浮顆粒，造成內(nèi)部消化系統(tǒng)紊亂；海水透明度下降，溶解氧降低，不利于浮游植物的光合作用，進(jìn)而影響浮游植物的細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)，使單位水體內(nèi)浮游植物的數(shù)量降低，導(dǎo)致該水域內(nèi)初級(jí)生產(chǎn)力水平下降。另外，懸浮顆粒會(huì)隨魚(yú)類(lèi)的呼吸而進(jìn)入鰓部，沉積在鰓瓣、鰓絲及鰓小片上，不僅損傷鰓組織，而且會(huì)隔斷魚(yú)類(lèi)氣體交換的進(jìn)行，使魚(yú)類(lèi)呼吸困難，甚至窒息而死。但由于成魚(yú)具有相對(duì)較強(qiáng)的避害能力，在航道疏浚作業(yè)施工期間海水混濁時(shí)，成魚(yú)一般會(huì)自動(dòng)避開(kāi)，而仔幼體對(duì)懸浮物濃度的忍受限度比成魚(yú)低得多。因此，對(duì)魚(yú)類(lèi)來(lái)說(shuō)，航道疏浚產(chǎn)生的懸浮沙主要影響的是魚(yú)卵和仔魚(yú)。此外，航道疏浚將對(duì)海底造成擾動(dòng)，對(duì)底棲生物產(chǎn)生影響。

因此，航道疏浚對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在對(duì)浮游生物、底棲生物和魚(yú)卵、仔魚(yú)的影響。以下對(duì)航道疏浚造成的浮游生物、底棲生物和魚(yú)卵、仔魚(yú)的損失進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 計(jì)算公式

(1)底棲生物損失計(jì)算公式

按規(guī)定[8]，占用漁業(yè)水域，使?jié)O業(yè)水域功能被破壞或海洋生物資源棲息地喪失，各種類(lèi)生物資源損害量評(píng)估按下式計(jì)算：

Wi=Di×Si

(1)

式中，Wi為第i種類(lèi)生物資源受損量(尾、個(gè)或kg)；Di為評(píng)估區(qū)域內(nèi)第i種類(lèi)生物資源密度(尾(個(gè))/km2、尾(個(gè))/km3或kg/km2)；Si為第i種類(lèi)生物占用的漁業(yè)水域面積或體積(km2或km3)。

(2)浮游生物和魚(yú)類(lèi)損失計(jì)算公式

按規(guī)程[8]，漁業(yè)生物資源一次性平均受損量，按下式計(jì)算：

(2)

式中，Wi為第i類(lèi)生物資源一次性平均損失量(尾，個(gè)，kg)；Dij為某一污染物第j類(lèi)濃度增量區(qū)第i類(lèi)生物資源密度〔(尾，個(gè)，kg)/ km2〕；Sj為某一污染物第j類(lèi)濃度增量區(qū)面積(km2)；Kij為某一污染物第j類(lèi)濃度增量區(qū)第i類(lèi)生物資源損失率(%)；n為某一污染物濃度增量分區(qū)總數(shù)。

每年漁業(yè)生物資源的累計(jì)損害量，按下式計(jì)算：

Mi=Wi×T

(3)

式中，Mi為每年第i類(lèi)生物資源累計(jì)損害量(尾，個(gè)，kg)；Wi為第i類(lèi)生物資源一次性平均損失量(尾，個(gè)，kg)；T為污染物濃度增量影響的持續(xù)周期數(shù)(以年實(shí)際影響天數(shù)除以15)。

2.2.2 疏浚工程海洋生態(tài)環(huán)境影響計(jì)算

項(xiàng)目用海面積為8.43 km2，施工期為2 a，底棲生物生物量為10.7 g·m-2。經(jīng)計(jì)算：航道疏浚造成疏浚區(qū)底棲生物損失量為180 t。

航道疏浚區(qū)平均水深按10 m考慮，生物損失率按懸浮物超標(biāo)倍數(shù)0～1,1～4,4～9和≥9分別對(duì)應(yīng)5%，10%，30%和50%考慮，分別計(jì)算航道疏浚造成疏浚區(qū)浮游動(dòng)物、魚(yú)卵、仔魚(yú)的一次性損失量(表1和表2)，并按照2 a進(jìn)行考慮，計(jì)算浮游動(dòng)物、魚(yú)卵、仔魚(yú)的累計(jì)損失量(表3)。懸浮物污染年實(shí)際影響天數(shù)按90 d計(jì)算，即T=6。計(jì)算結(jié)果表明：航道疏浚將造成疏浚區(qū)231 t浮游動(dòng)物、1 503 t魚(yú)卵和3 757 t仔魚(yú)損失。

表1 航道疏浚區(qū)浮游動(dòng)物的一次性損失量Table 1 The one-off loss of zooplankton in the dredged area

注：表內(nèi)“空白”代表無(wú)此項(xiàng)

表2 航道疏浚區(qū)魚(yú)卵、仔魚(yú)的一次性損失量Table 2 The one-off losses of fish eggs and fish fries at in the dredged area

注：表內(nèi)“空白”代表無(wú)此項(xiàng)

表3 航道疏浚區(qū)浮游動(dòng)物、魚(yú)卵和仔稚魚(yú)累計(jì)損失量Table 3 The total loss of zooplankton、fish eggs and fish fries in the dredged area

注：表內(nèi)“空白”代表無(wú)此項(xiàng)

3 環(huán)境保護(hù)措施

綜上所述，航道疏浚工程施工期間對(duì)海水水質(zhì)環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境造成顯著影響。黃驊港航道擴(kuò)建項(xiàng)目的施工使約376.1 km2的海域水質(zhì)環(huán)境受到懸浮泥沙的影響，造成約180 t底棲生物、231 t浮游動(dòng)物、1 503 t魚(yú)卵和3 757 t仔魚(yú)損失。為降低航道疏浚工程施工期間對(duì)海洋環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的，現(xiàn)提出以下對(duì)策措施：

1)實(shí)現(xiàn)疏浚土的綜合利用

疏浚土作為一種可利用的資源可廣泛用于吹填造陸、筑堤護(hù)岸、路基工程、燒制陶粒和保溫隔熱的新型輕質(zhì)墻磚、濱海濕地的修復(fù)和重建等[9-13]。在國(guó)內(nèi)，利用疏浚土進(jìn)行吹填造地已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和成功案例，例如，黃浦江航道整治工程疏浚土吹填造就復(fù)興島、天津港東疆港區(qū)疏浚土吹填造陸以及長(zhǎng)江口深水航道治理二期工程疏浚土吹填橫沙東灘等，均具有很強(qiáng)的借鑒意義。

2)提高施工效率，縮短施工期限

施工期限越長(zhǎng)，產(chǎn)生懸浮泥沙對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響期限約長(zhǎng)，海洋生物越難于自然恢復(fù)。因此，應(yīng)提高施工效率，縮短施工期限。目前，一種耙絞聯(lián)合的施工方式已逐漸得到推廣[14]，設(shè)置2個(gè)坑輪拋，在一個(gè)坑拋泥完成后，絞吸船開(kāi)始在該坑挖吹，耙吸船在另一個(gè)坑進(jìn)行拋泥，可大大提高疏浚船舶的施工效率。

3)合理安排施工時(shí)間

合理安排施工時(shí)間，使施工期盡量避開(kāi)海洋生物的產(chǎn)卵、繁育盛期，可有效降低施工懸沙擴(kuò)散對(duì)海洋生物的影響。另外，施工期間，應(yīng)考慮潮位和流速的影響，通過(guò)限制疏浚時(shí)段，至漲落潮流速較低時(shí)作業(yè)[15]，來(lái)縮小懸沙擴(kuò)散面積，降低對(duì)水質(zhì)環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境的影響。

4)對(duì)受損的海洋生物進(jìn)行增殖放流

在采取各種工程措施仍無(wú)法避免對(duì)海洋生物資源造成損失時(shí)，可考慮將受損生物幼苗增殖放流來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，以減緩工程施工對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

以黃驊港航道擴(kuò)建項(xiàng)目為例，分析了海洋疏浚工程的環(huán)境影響。提出了“實(shí)現(xiàn)疏浚土的綜合利用”、“提高施工效率，縮短施工期限”、“合理安排施工時(shí)間”、“對(duì)受損的海洋生物進(jìn)行增殖放流”等措施，以降低航道疏浚工程施工期間對(duì)海洋環(huán)境的影響。

文中計(jì)算得到的懸沙擴(kuò)散面積是工程施工期間懸沙的最大可能影響面積，因此，利用該面積計(jì)算的海洋生物資源的損失量也是最大可能損失量。實(shí)際的損失量可能低于本文計(jì)算結(jié)果。若要得到更為精確的結(jié)果，尚需從疏浚作業(yè)方式、作業(yè)船舶數(shù)量、作業(yè)時(shí)段安排等多個(gè)方面綜合考慮，確定更為精確的模式輸入?yún)?shù)。

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InfluenceofMarineDredgingonEnvironmentandEnvironmentalProtectionMeasures

WANGHai-tang,ZHOUYong-hua,LIUYou-gang

(BEIHAIMarineEngineeringProspectingInstitute,SOA,Qingdao 266061，China)

The Channel Expansion Project at Huanghua Port is taken as an example and a two-dimensional numerical model is used for studying the influence of the suspended sediments resulted from dredging in deepwater channel at Huanghua Port on the water quality.According to the specification requirements,the effects of the suspended sediments resulted from the project on the marine ecological environment are also calculated and analyzed.The results indicate that the project has made the water quality and environment in about 376.1km2areas be influenced by the suspended sediments,resulting in 180 t of benthos loss,231t of zooplankton loss,1503 t of fish egg loss and 3757 t of fish fry loss.Therefore,a number of reasonable measures have been put forward,including actualizing comprehensive utilization of dredged soils,heightening the working efficiency and shortening the working time,making reasonable working plan,breeding and releasing the impaired halobios,and so on.

dredging； suspension sediment； water quality； marine ecology

2013-12-05

神華黃驊港5萬(wàn)噸級(jí)重載雙向航道工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)項(xiàng)目

王海棠(1980-)，女，工程師，碩士，主要從事海洋水文數(shù)據(jù)分析和數(shù)值模擬方面研究.E-mail:ddmjcx@163.com(陳 靖 編輯)

U616

A

1002-3682(2014)01-0043-08