曹靜,許恒韜,趙滄海,王志富,林柏,陳立紅

(自然資源部第二海洋研究所工程海洋學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310012)

0 引言

隨著我國(guó)綜合國(guó)力、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、科學(xué)技術(shù)水平和社會(huì)交流程度的提升,跨海大橋成為促進(jìn)兩地經(jīng)濟(jì)和文化交流的重要交通樞紐,越來越多的跨海大橋相繼建成或開工。跨海大橋是在海上建造的橋梁工程,通?？缍容^長(zhǎng),短則數(shù)千米、長(zhǎng)則數(shù)十千米,結(jié)構(gòu)復(fù)雜且建設(shè)周期較長(zhǎng),因此工程建設(shè)可能對(duì)附近海域水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。目前我國(guó)關(guān)于跨海大橋工程對(duì)附近海域影響的研究較少[1-2],關(guān)于跨海大橋工程實(shí)施前后其附近海域水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境實(shí)際變化情況的跟蹤監(jiān)測(cè)研究更是尚未見報(bào)道。本研究以舟山市小干二橋?yàn)槔?系統(tǒng)分析跨海大橋工程對(duì)附近海域水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的影響因素、影響方式、影響性質(zhì)和影響程度,同時(shí)收集和整理歷年調(diào)查資料,進(jìn)一步驗(yàn)證跨海大橋工程對(duì)附近海域水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的影響。

1 調(diào)查和評(píng)價(jià)方法

1.1 水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境調(diào)查

舟山市小干二橋工程南起于小干島規(guī)劃環(huán)島南路,北止于港島路與海天大道路口。小干二橋全長(zhǎng)1.46 km,分為主橋、臨城新區(qū)側(cè)引橋和小干島側(cè)引橋三大部分。主橋采用自錨式懸索橋方案,跨徑為370 m;引橋采用混凝土連續(xù)箱梁方案,跨徑為35～40 m。該工程于2015年5月12日開工,主體工程于2017年12月20日完工。

對(duì)小干二橋工程附近海域水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境共進(jìn)行3次調(diào)查[3-5],分別是工程施工前(2012年4月,由自然資源部第二海洋研究所完成)、工程施工中(2016年5月,由舟山市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心完成)和工程施工后(2019年4月,由自然資源部第二海洋研究所完成)。調(diào)查站位如圖1所示。

圖1 調(diào)查站位

海水水質(zhì)的調(diào)查內(nèi)容包括懸浮物、化學(xué)需氧量、溶解氧、無機(jī)氮、活性磷酸鹽和石油類,海洋生態(tài)環(huán)境的調(diào)查內(nèi)容包括浮游植物、浮游動(dòng)物、潮間帶生物和底棲生物。調(diào)查過程中的樣品采集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和預(yù)處理及其分析和測(cè)定均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763—2007)和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378—2007)的相關(guān)要求進(jìn)行。

1.2 評(píng)價(jià)方法

海水水質(zhì)采用單因子評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評(píng)價(jià),如果評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大于1,表明該因子超過相應(yīng)的海水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。海洋生態(tài)環(huán)境考量海洋生物多樣性,采用Shannon-Weaver指數(shù)法評(píng)價(jià)。

(1)化學(xué)需氧量、無機(jī)氮、活性磷酸鹽和石油類的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計(jì)算公式為:

式中:Sij為評(píng)價(jià)因子i在站位j的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);Cij為評(píng)價(jià)因子i在站位j的質(zhì)量濃度;Csi為評(píng)價(jià)因子i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計(jì)算公式為:

式中:Sj為溶解氧在站位j的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);f為飽和溶解氧的質(zhì)量濃度;Cj為溶解氧在站位j的實(shí)測(cè)濃度;S為溶解氧的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);t為水溫。

(3)Shannon-Weaver指數(shù)的計(jì)算公式為:

式中:S為樣品中的生物種類數(shù);Ni為樣品中第i種生物的個(gè)體數(shù);N為樣品中的生物總個(gè)體數(shù)。

2 跨海大橋工程對(duì)附近海域水質(zhì)的影響

2.1 總體分析

綜合小干二橋工程的規(guī)模、性質(zhì)和施工特點(diǎn),工程施工期對(duì)附近海域水質(zhì)的污染源主要包括懸浮泥沙廢水、施工人員生活污水、施工廢水、施工船舶含油廢水和鉆渣泥漿。①懸浮泥沙廢水主要來自橋梁基礎(chǔ)作業(yè),包括臨時(shí)棧橋和承臺(tái)等的搭建和拆除等施工過程;②施工人員生活污水主要來自宿舍水房、食堂、辦公地點(diǎn)和施工船舶,主要污染物為化學(xué)需氧量、氨氮、懸浮物和動(dòng)植物油;③施工廢水主要來自施工機(jī)械的“跑冒滴漏”以及雨水沖刷產(chǎn)生的油污水和砂石料加工沖洗廢水,主要污染物為懸浮物和石油類;④施工船舶含油廢水主要來自拖輪、運(yùn)輸駁、救護(hù)艇、砂石駁、交通船和打樁船等施工船舶的艙底油污水,主要污染物為石油類;⑤鉆渣泥漿主要來自鉆孔樁施工,主要成分為泥質(zhì)、砂石和基巖屑。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果[6],在小干二橋工程施工期,臨時(shí)棧橋和承臺(tái)的搭建和拆除等施工都盡量在低潮位時(shí)進(jìn)行;施工人員生活污水經(jīng)收集和處理后回用,無外排;設(shè)置專門的材料堆場(chǎng),并有防風(fēng)和防雨設(shè)施;施工船舶均有船舶防油污證書,含油廢水均鉛封管理,并送至具有處理資質(zhì)的單位處理;鉆孔泥漿水經(jīng)沉淀池簡(jiǎn)易處理后,泥漿水和泥漿鉆渣統(tǒng)一運(yùn)送至指定位置處理。因此,工程施工期施工人員生活污水、施工廢水、施工船舶含油廢水和鉆渣泥漿對(duì)附近海域水質(zhì)不會(huì)造成影響;橋梁基礎(chǔ)施工盡量在低潮位時(shí)進(jìn)行,最大限度地減少懸浮泥沙對(duì)水質(zhì)的影響。

2.2 跟蹤監(jiān)測(cè)驗(yàn)證

結(jié)合工程施工期污染源的特點(diǎn),選取懸浮物、化學(xué)需氧量、溶解氧、無機(jī)氮、活性磷酸鹽和石油類為調(diào)查對(duì)象,根據(jù)工程實(shí)施前后附近海域水質(zhì)調(diào)查資料,對(duì)小干二橋工程對(duì)附近海域水質(zhì)的影響進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)驗(yàn)證(圖2)。

圖2 工程實(shí)施前后附近海域水質(zhì)的變化情況

由圖2可以看出:工程實(shí)施前后附近海域懸浮物平均濃度的變化幅度不大,2016年橋梁基礎(chǔ)施工也未引起附近海域懸浮物濃度大幅增加,這可能與盡量在低潮位時(shí)施工有關(guān);化學(xué)需氧量、溶解氧、無機(jī)氮、活性磷酸鹽和石油類平均濃度總體保持不變,表明工程施工對(duì)附近海域水質(zhì)影響不大,與前文分析結(jié)果一致;除無機(jī)氮和活性磷酸鹽外,化學(xué)需氧量、溶解氧和石油類均符合《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)[7]中的第一類標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查海域呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),主要是受長(zhǎng)江、錢塘江和杭州灣等徑流以及沿岸陸源排污的影響[8-9],而非本工程施工所致。

3 跨海大橋工程對(duì)附近海域生態(tài)環(huán)境的影響

3.1 總體分析

在采取各項(xiàng)有效污染防治措施的基礎(chǔ)上,小干二橋工程對(duì)附近海域水質(zhì)的主要污染因子為橋梁基礎(chǔ)施工擾動(dòng)潮間帶底泥等產(chǎn)生的懸浮泥沙,而懸浮泥沙入?？赡軐?duì)附近海域的浮游生物產(chǎn)生不利影響。相關(guān)報(bào)道表明[10-11]:一方面,懸浮泥沙與海水混合后將在局部海域形成懸浮物含量很高的水團(tuán),可削弱水體透光性和降低海洋初級(jí)生產(chǎn)力,導(dǎo)致浮游植物數(shù)量減少;由于泥沙的沉降,一些浮游植物被一同裹挾沉降,導(dǎo)致浮游植物的種類和數(shù)量都有所減少。另一方面,由于浮游植物數(shù)量減少,作為水體次級(jí)營(yíng)養(yǎng)級(jí)并以浮游植物和有機(jī)碎屑為食物的浮游動(dòng)物的生存環(huán)境將受到影響;懸浮物黏附在浮游動(dòng)物體表會(huì)干擾其正常生理功能,尤其濾食性浮游動(dòng)物會(huì)吞食一定粒徑的懸浮物,造成其內(nèi)部消化系統(tǒng)紊亂,影響其生長(zhǎng)率和攝食率等,從而造成浮游動(dòng)物數(shù)量減少。小干二橋工程的橋梁基礎(chǔ)施工盡量在低潮位時(shí)進(jìn)行,受施工條件限制,整個(gè)施工期間局部因樁基施打和拔除等作業(yè)擾動(dòng)底泥產(chǎn)生的懸浮泥沙對(duì)附近海域水質(zhì)的影響范圍和程度有限,進(jìn)而可以判斷其對(duì)附近海域浮游生物的影響不大。

小干二橋工程對(duì)潮間帶生物和底棲生物的影響主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)工程占用海域和施工過程造成的生物損失。在施工中,棧橋和承臺(tái)的搭建會(huì)占用一定面積的海床,造成該海域潮間帶生物和底棲生物損失,但隨著棧橋和承臺(tái)的拆除,該海域潮間帶生物和底棲生物的生境將逐漸恢復(fù)。橋墩會(huì)永久占用一定面積的海床,該海域潮間帶生物和底棲生物的生境將永久損失。此外,由于棧橋、承臺(tái)和橋墩在施工過程中會(huì)對(duì)該海域外側(cè)一定范圍內(nèi)的底泥造成干擾,進(jìn)而導(dǎo)致潮間帶生物和底棲生物的生境受損,并引發(fā)部分潮間帶生物和底棲生物死亡;但隨著施工結(jié)束,該海域潮間帶生物和底棲生物將在一定時(shí)間內(nèi)逐漸恢復(fù)。總體來看,小干二橋工程對(duì)潮間帶生物和底棲生物的影響范圍是局部的,生境永久損失的范圍僅為橋墩占用的海床;而棧橋和承臺(tái)等臨時(shí)施工和擾動(dòng)區(qū)域(一般為施工區(qū)域外側(cè)10 m內(nèi))對(duì)潮間帶生物和底棲生物的影響是暫時(shí)亦是局部的,施工結(jié)束其影響隨之消失,潮間帶生物和底棲生物的生境、生物量和生物密度將在一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)。

3.2 跟蹤監(jiān)測(cè)驗(yàn)證

小干二橋工程實(shí)施前后附近海域生態(tài)環(huán)境的調(diào)查數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1 浮游生物的變化情況

表2 潮間帶生物和底棲生物的變化情況

由表1可以看出:浮游植物和浮游動(dòng)物的生物密度因工程施工而有所下降,但生物多樣性有所上升或保持不變,表明工程施工對(duì)浮游生物的影響不大;施工后浮游植物和浮游動(dòng)物的生物密度均有所回升,生物多樣性也較穩(wěn)定,表明懸浮泥沙對(duì)浮游生物的影響隨著施工結(jié)束而消失?？傮w來看,小干二橋工程對(duì)附近海域浮游生物的影響不大,與前文分析結(jié)果一致。

由表2可以看出,工程施工中附近海域潮間帶生物和底棲生物的生物量和生物密度并未明顯下降,進(jìn)一步證明工程施工對(duì)潮間帶生物和底棲生物的影響僅限于局部范圍,與前文分析結(jié)果一致。

4 結(jié)語

本研究以小干二橋工程為例,從理論角度系統(tǒng)分析跨海大橋工程施工對(duì)附近海域水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的影響,并結(jié)合歷年跟蹤監(jiān)測(cè)的調(diào)查資料,驗(yàn)證工程施工對(duì)海水水質(zhì)和海洋生態(tài)環(huán)境的影響較小。此外,由于工程建設(shè)單位和施工單位在思想上高度重視海洋環(huán)境保護(hù)工作,在施工期間積極落實(shí)各項(xiàng)污染防治和環(huán)境保護(hù)措施,最大限度地減少工程施工對(duì)附近海域水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的影響,實(shí)現(xiàn)海洋開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的和諧共贏。