曹靜,王志富,豐衛(wèi)華,許恒韜,趙滄海,林柏,陳立紅

(自然資源部第二海洋研究所工程海洋學(xué)重點實驗室 杭州 310012)

近年來我國越來越重視清潔優(yōu)質(zhì)能源液化天然氣(LNG)的引進(jìn),沿海地區(qū)已陸續(xù)建成多座LNG接收站,其運行期間大量海水取用過程的卷載效應(yīng)及排水過程的冷沖擊效應(yīng)和余氯效應(yīng)勢必會對工程附近海域漁業(yè)資源造成一定的影響。海洋漁業(yè)資源不僅是漁業(yè)生產(chǎn)賴以生存的基礎(chǔ),而且對海洋食物鏈方面具有重要的生態(tài)意義[1],因此漁業(yè)資源在海洋經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面都起著重要作用。目前,關(guān)于海洋工程取排水對海洋生物的影響已有不少研究[2-5],主要為核電廠、火電廠、海水淡化工程等,但LNG接收站取排水對漁業(yè)資源的影響和定量損失估算少有報道。本研究以溫州LNG接收站工程為例,定性分析LNG接收站運行期間取排水對漁業(yè)資源的影響方式和性質(zhì),并定量估算取排水造成的漁業(yè)資源損失量,以期為今后更多LNG接收站工程建設(shè)實施漁業(yè)資源損益評估及漁業(yè)資源保護(hù)提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 漁業(yè)資源調(diào)查

采用2017年11月在溫州LNG接收站工程附近大小門島海域進(jìn)行的漁業(yè)資源調(diào)查資料[6]。調(diào)查海域共布設(shè)12個漁業(yè)資源調(diào)查站位(圖1),魚卵、仔魚定量樣品采用淺水I型浮游生物網(wǎng)垂直取樣,定性樣品采用水平拖曳,每站拖網(wǎng)10～15 min,船速1～2 kn,所獲樣品加入5%中性甲醛溶液固定,帶回實驗室進(jìn)行分類、鑒定和計數(shù)。游泳生物采用底拖網(wǎng)的方式采集樣品,每站拖網(wǎng)所獲的漁獲物全部取樣裝入樣品袋,并進(jìn)行編號、記錄后,冰鮮保存,帶回實驗室分析、鑒定。

1.2 漁業(yè)資源損失量估算方法

參照《建設(shè)項目對海洋生物資源影響評價技術(shù)規(guī)程》(SC/T910—2007)中的有關(guān)評估方法[7]定量估算溫州LNG接收站工程取排水對工程附近海域漁業(yè)資源的損失量。

圖1 工程位置和漁業(yè)資源調(diào)查站位

1.2.1 取水過程的漁業(yè)資源損害估算

LNG接收站取水過程的卷載效應(yīng)對漁業(yè)資源的損害評估公式如下:

式中:Wi為第i種類漁業(yè)資源年損失量,單位為尾;Di為評估區(qū)域第i種類漁業(yè)資源平均分布密度,單位為尾/m3;Q為電廠年取水總量,單位m3;Pi為第i種類漁業(yè)資源全年出現(xiàn)的天數(shù)占全年的比率,單位為%。

1.2.2 排水過程的漁業(yè)資源損害評估

LNG接收站余氯排放對漁業(yè)資源的損害評估公式如下:

式中:Mi為第i種類漁業(yè)資源累計損害量,單位為尾、個、kg;Wi為第i種類漁業(yè)資源一次平均損害量,單位為尾、個、kg;T為污染物濃度增量影響的持續(xù)周期數(shù)(以年實際影響天數(shù)除以15),單位為個;Dij為余氯第j類濃度增量區(qū)第i種類漁業(yè)資源密度,單位為尾/km2、個/km2、kg/km2;Sj為余氯第j類濃度增量區(qū)面積,單位為km2;Kij為余氯第j類濃度增量區(qū)第i種類漁業(yè)資源損失率,單位為%。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫州LNG接收站工程取排水工藝分析

LNG接收站的主要功能是接收、儲存、再氣化液化天然氣,其生產(chǎn)運行過程中取用海水作為加熱介質(zhì),對LNG進(jìn)行氣化,換熱后海水溫度有所降低。實際運行中存在海洋生物大量附著海水管道和ORV傳熱管外表面的風(fēng)險,接收站一般會在取水系統(tǒng)中投放一定濃度的有效氯,以抑制海洋生物的繁殖[8],因此,在冷排水中存在一定量的余氯。

溫州LNG接收站工程位于浙江省溫州市洞頭區(qū)小門島東側(cè),根據(jù)總體工藝布置,海水取水口布置在接收站東部,排水口布置在接收站東南部。工程建成投產(chǎn)后近期運行期間,LNG氣化過程海水取用量為16 500 m3/h;冷排水量為16 500 m3/h,為連續(xù)排放,溫度與當(dāng)?shù)睾Ｋ臏夭羁刂圃?5℃以內(nèi);冷排水中余氯含量控制在0.2 mg/L以內(nèi),按0.2 mg/L計。

2.2 評估海域漁業(yè)資源狀況

2.2.1 魚卵和仔魚

調(diào)查海域共采集到魚卵3 ind.,仔魚9 ind.。魚卵密度平均值為0.20 ind./m3,仔魚密度平均值為0.23 ind./m3。

2.2.2 游泳動物

(1)漁獲物種類組成和優(yōu)勢種。調(diào)查海域所獲拖網(wǎng)漁獲物,共分析鑒定游泳動物56種。其中:魚類30種,占比53.57%;蝦類16種,占比28.57%;蟹類9種,占比16.07%;頭足類1種,占比1.79%。所獲漁獲物中優(yōu)勢種為魚類和蟹類,具體分別為三疣梭子蟹、龍頭魚和口蝦蛄。

(2)漁獲物資源密度。調(diào)查海域拖網(wǎng)漁獲物漁業(yè)資源尾數(shù)密度平均值為36.96×103ind./km2。其中,魚類尾數(shù)密度平均值為18.17×103ind./km2,蝦類尾數(shù)密度平均值為13.20×103ind./km2,蟹類尾數(shù)密度平均值為5.59×103ind./km2,頭足類尾數(shù)密度平均值為0.01×103ind./km2。漁業(yè)資源重量密度平均值為274.36 kg/km2。其中,魚類重量密度平均值為136.92 kg/km2,蝦類重量密度平均值為44.56 kg/km2,蟹類重量密度平均值為92.01 kg/km2,頭足類重量密度平均值為0.86 kg/km2。

(3)漁獲物幼體比例。調(diào)查海域拖網(wǎng)漁獲物中魚類幼體占魚類總數(shù)量比例為62.68%,蝦類幼體占蝦類總數(shù)量比例為56.62%,蟹類幼體占蟹類總數(shù)量比例為69.57%,頭足類幼體比例為0。

2.3 取水卷載效應(yīng)對漁業(yè)資源影響分析和損失估算

LNG接收站取水過程對海洋生物造成的主要影響是機械卷載效應(yīng),對于水中能通過濾網(wǎng)而進(jìn)入工藝系統(tǒng)的小型浮游生物、卵、大型生物及魚類幼體所造成的損害,主要包括3個因素,即受高速水流的沖擊碰撞、冷沖擊和余氯的毒性。

工程取水頭部采用水平式喇叭口取水,喇叭口下部距離海床大于3 m,運行期間取水過程中,具有游泳能力的游泳動物成體大部分可以回避因機械卷載造成的死亡,但魚卵、仔稚魚、幼魚因缺乏游泳能力難以回避。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)報道[9],由于取水口離海底有一定的距離,底棲性的蝦、蟹類成體和幼體不會因此受到明顯傷害,但小蝦也將被卷入管道系統(tǒng)造成死亡。經(jīng)綜合分析,本研究分別對LNG接收站取水過程中造成的魚卵、仔魚、魚類幼體和蝦類幼體損失進(jìn)行定量估算。

根據(jù)2017年調(diào)查結(jié)果,調(diào)查海區(qū)魚卵平均密度為0.20 ind./m3,仔魚平均密度為0.23 ind./m3,魚類幼體平均密度為11.39×103ind./km2,蝦類幼體平均密度為7.47×103ind./km2。工程近期運行期間取水量為16 500 m3/h,每年按365天連續(xù)取水計,魚卵、仔魚、幼體出現(xiàn)頻率按每年6個月估算,則Pi取值為0.5,調(diào)查海區(qū)水深按11 m考慮,則LNG工程運行取水過程卷載效應(yīng)造成的魚卵損失量為1.45×107ind./a,仔魚損失量為1.66×107ind./a,魚類幼體損失量為7.48×104ind./a,蝦類幼體損失量為8.67×104ind./a。

2.4 余氯排放對漁業(yè)資源影響分析和損失估算

已有國外研究表明[10-11],余氯通過危害海洋生物的呼吸系統(tǒng),有可能造成海洋生物的死亡或畸變,尤其是漁業(yè)資源的幼體。國內(nèi),柏育材等[12-13]模擬LNG工程冷排水余氯排放,并通過獨立實驗研究余氯對大黃魚仔魚和幼魚以及南美白對蝦幼體的毒理效應(yīng),實驗結(jié)果顯示,在余氯濃度為0.14 mg/L和0.20 mg/L時,大黃魚仔魚出現(xiàn)死亡現(xiàn)象,在0.00 mg/L、0.02 mg/L和0.08 mg/L低濃度條件下,大黃魚仔魚無死亡率;大黃魚幼魚受余氯影響不顯著;幼蝦在設(shè)定的0.00 mg/L、0.02 mg/L、0.08 mg/L、0.14 mg/L、0.20 mg/L、0.26 mg/L濃度條件下,表現(xiàn)出存活率隨著余氯濃度的升高而降低的趨勢。余氯有較強的氧化性,它不僅可以殺死細(xì)菌,同樣對生物有機體產(chǎn)生危害,因此,LNG接收站運行期間的余氯排放對鄰近海域漁業(yè)資源將造成一定影響。

LNG接收站近期運行期間冷排水量為16 500 m3/h,其中余氯含量濃度按0.2 mg/L計,美國國家環(huán)保局(USEPA)1976年制定出余氯對海洋生物的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.01 mg/L[9],根據(jù)溫州LNG接收站工程余氯擴散數(shù)學(xué)模擬預(yù)測結(jié)果[14],余氯濃度由排水口向外逐漸降低,排水口附近濃度較高,余氯隨著潮流的運動,可沿著小門島岸線向排水口兩側(cè)擴散,余氯濃度大于0.01 mg/L的影響范圍僅限于排放口兩側(cè)900 m范圍內(nèi),余氯各濃度影響范圍見表1。

表1 余氯各濃度影響范圍

根據(jù)國內(nèi)相關(guān)實驗研究結(jié)果[12-13],0.01 mg/L、0.05 mg/L和0.10 mg/L余氯濃度影響下,仔魚的致死率分別為0.00%、0.00%和6.68%;幼魚的致死率分別為4.13%、4.72%和0.92%;幼蝦的致死率分別為0.00%、5.56%和20.32%?？紤]到游泳動物成體對于余氯影響具有回避反應(yīng),因此本研究分別對余氯擴散造成的魚卵、仔魚、魚蝦蟹幼體損失進(jìn)行定量計算。鑒于缺乏余氯對魚卵和蟹類幼體致死率的相關(guān)研究結(jié)果,本研究假設(shè)余氯對魚卵的影響參照仔魚致死率,對蟹類幼體的影響參照幼蝦致死率。根據(jù)2017年調(diào)查結(jié)果,調(diào)查海區(qū)水深按11 m考慮,魚卵、仔魚、幼體出現(xiàn)頻率按每年6個月估算,LNG接收站余氯排放造成魚卵損失量為1.78×103ind./a、仔魚損失量為2.04×103ind./a、魚類幼體損失量為0.75×103ind./a、蝦類幼體損失量為0.08×103ind./a、蟹類幼體損失量為0.04×103ind./a(表2)。

表2 余氯對漁業(yè)資源損失量計算

2.5 冷排水排放對漁業(yè)資源的影響分析

冷排水排入附近海域后,在水動力條件下經(jīng)擴散稀釋,使得排放口附近海域的水溫出現(xiàn)不同程度的降低,對海洋生物的生存環(huán)境產(chǎn)生一定影響,海水溫度的改變可能影響海洋生物的新陳代謝,影響其呼吸、代謝速率、生長、繁殖等功能。根據(jù)國內(nèi)研究報道[15],在夏季,溫降有利于魚類生長,冬季反之,若水溫低于魚類適溫范圍,將會抑制魚類的新陳代謝和生長發(fā)育,若超過其忍受限度,還將會導(dǎo)致其死亡。溫降為4℃～5℃的區(qū)域,冬季漁獲量將變低,夏季有所恢復(fù);溫降為2℃～3℃的區(qū)域,冬季將出現(xiàn)低漁獲量,但夏季和春季出現(xiàn)高漁獲量;溫降低于2℃的區(qū)域,影響不明顯。

綜上可知,當(dāng)LNG接收站冷排水導(dǎo)致海域水溫下降超過海洋生物生長的適宜溫度范圍時,將可能導(dǎo)致海洋生物生長受到抑制或死亡;如果水溫下降但仍在海洋生物生長的適溫范圍內(nèi),則基本不會影響海洋生物的生長和繁殖,在某些條件下,還可能促進(jìn)海洋生物的生長和繁殖。魚類和蝦類成體多數(shù)會回避低于適溫范圍的低溫水體。冷排水導(dǎo)致的海水水溫的變化對漁業(yè)資源的影響有利有弊,最終對漁業(yè)資源的影響性質(zhì)取決于多方面因素,例如海洋生物種類、生長發(fā)育階段、對溫度變化的耐受幅度以及排放季節(jié)等。目前,關(guān)于冷排水對海洋生物的定量損失研究鮮有報道,缺乏致死率等相關(guān)參數(shù)確定依據(jù),本研究不再進(jìn)行定量損失計算。

3 結(jié)論與討論

溫州LNG接收站工程建成投產(chǎn)后,運行期間對漁業(yè)資源的影響將主要來自大量海水取用、冷排水和余氯排放,本研究定量計算了工程運行期間取水卷載效應(yīng)和余氯排放造成的漁業(yè)資源損失,即魚卵損失量合計為1.45×107ind./a,仔魚損失量合計為1.66×107ind./a,魚類幼體損失量合計為7.56×104ind./a,蝦類幼體損失量合計為8.68×104ind./a,蟹類幼體損失量合計為0.04×103ind./a。鑒于目前缺少冷排水對漁業(yè)資源影響的參考文獻(xiàn),本研究無法定量估算排水過程中的冷沖擊導(dǎo)致的漁業(yè)資源損失。隨著日后相關(guān)研究深入發(fā)展,關(guān)于本研究采用的計算方法和相關(guān)參數(shù)選取可能會被進(jìn)一步優(yōu)化,目前,所述的LNG接收站工程取排水過程對漁業(yè)資源的影響分析和定量損失計算較為合理,對于評估類似工程造成的漁業(yè)資源損失和漁業(yè)資源保護(hù)可提供一定的參考借鑒。