海洋工程監(jiān)測(cè)體系分類(lèi)研究Ⅱ＊——資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)類(lèi)

于春艷，韓建波，韓庚辰，馬明輝，王曉萌

（國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 大連 116023）

《防治海洋工程建設(shè)項(xiàng)目污染損害海洋環(huán)境管理?xiàng)l例》中規(guī)定的主要海洋工程分別為：圍填海、海上堤壩工程；人工島、海上和海底物資儲(chǔ)藏設(shè)施、跨海橋梁、海底隧道工程；海底管道、海底電（光）纜工程；海洋礦產(chǎn)資源勘探開(kāi)發(fā)及其附屬工程；海上潮汐電站、波浪電站、溫差電站等海洋能源開(kāi)發(fā)利用工程；大型海水養(yǎng)殖場(chǎng)、人工魚(yú)礁工程；鹽田、海水淡化等海水綜合利用工程；海上娛樂(lè)及運(yùn)動(dòng)、景觀(guān)開(kāi)發(fā)工程［1］。

由于上述8類(lèi)海洋工程均有其各自的特點(diǎn)，目前對(duì)各類(lèi)工程項(xiàng)目在建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期的監(jiān)測(cè)體系研究缺乏針對(duì)性。本研究對(duì)海上油氣開(kāi)發(fā)、海砂開(kāi)采、人工魚(yú)礁、海水淡化等資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)類(lèi)海洋工程的監(jiān)測(cè)體系進(jìn)行研究，以期能客觀(guān)、準(zhǔn)確地掌握各類(lèi)海洋工程的污染狀況及對(duì)其周?chē)h(huán)境的影響，為海洋工程的分類(lèi)監(jiān)測(cè)和管理提供支撐。

1 海上油氣開(kāi)發(fā)工程

海上油氣開(kāi)發(fā)是指在內(nèi)海、大陸架和深海海域開(kāi)采石油和天然氣的活動(dòng)，包括地質(zhì)研究、可行性分析、工程設(shè)計(jì)、鉆井、采集、儲(chǔ)輸?shù)茸鳂I(yè)。海上油氣開(kāi)采比陸上油氣開(kāi)采難度高，海上油氣生產(chǎn)設(shè)備要求體積小、重量輕、高效可靠、自動(dòng)化程度高、布置集中緊湊。海上油氣開(kāi)發(fā)投資大，其鉆井比陸上鉆井成本要高好幾倍，且成功率較低，不確定因素多，風(fēng)險(xiǎn)較大。

1.1 產(chǎn)污分析

海上油（氣）田項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工程主要包括海上鉆井／完井期、海上施工／安裝期、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期及油（氣）田廢棄等階段。參加海上鉆井／完井作業(yè)的設(shè)備有懸臂式自升式鉆井船、值班船和供應(yīng)船，主要污染物包括鉆井泥漿和鉆屑、機(jī)艙含油污水、生活污水、生活垃圾和工業(yè)垃圾。海上施工／安裝期的作業(yè)內(nèi)容包括導(dǎo)管架就位與安裝、海上平臺(tái)安裝／連接、平臺(tái)上部模塊安裝／連接與調(diào)試，以及海底管道、海底電纜鋪設(shè)等，主要污染物包括挖溝作業(yè)攪起的海底沉積物、機(jī)艙含油污水、生活污水、生活垃圾和工業(yè)垃圾。在石油生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期，一般設(shè)置中央控制系統(tǒng)，對(duì)海上油氣集輸和公用設(shè)施運(yùn)行狀況等進(jìn)行集中監(jiān)控，自動(dòng)化程度高，平臺(tái)上操作人員少，主要污染物為非正常情況下的含油生產(chǎn)污水、少量的機(jī)艙含油污水等。油（氣）田廢棄階段為海上施工／安裝階段的反過(guò)程，主要工程量為工藝設(shè)備及輸油海底管道的掃線(xiàn)處理及拆卸、上部組塊及導(dǎo)管架的拆除、水下井口的切割拆除、封堵等，主要污染物包括機(jī)艙含油污水、清洗液、廢舊鋼材、生活污水、食品廢棄物和垃圾等［2－5］。

1.2 主要環(huán)境影響

施工期對(duì)海域環(huán)境的影響主要包括人工島建設(shè)、港池炸礁、爆破擠淤、港池疏浚、陸域回填、海底管道鋪設(shè)和泥方外拋等。運(yùn)營(yíng)期存在潛在的事故性溢油，若原油泄漏進(jìn)入海水會(huì)對(duì)海洋生物造成影響，特別是對(duì)幼體生物、浮游動(dòng)物、浮游植物可能造成毀滅性破壞，即使有些成體魚(yú)可產(chǎn)生回避反應(yīng)，但一部分仍會(huì)致畸甚至死亡。

1.3 環(huán)保措施

工程總體布局應(yīng)充分利用陸岸設(shè)施，簡(jiǎn)化海上流程及設(shè)施；施工過(guò)程中盡量保護(hù)好灘涂，注意避開(kāi)休漁季節(jié)、主要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵季節(jié)，減少對(duì)漁業(yè)資源的破壞；盡量使用商品混凝土，減少揚(yáng)塵；建設(shè)砂石人工島應(yīng)采用“先圍堰、后回填”并布設(shè)防土工布防濾層等工藝，減少懸浮泥沙入海；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)污水及含油污泥“零排放”；在油田鉆井作業(yè)過(guò)程中，盡量不使用毒性較大的油基泥漿和混油泥漿，首選無(wú)毒的環(huán)保型天然聚合物—水基泥漿，減少環(huán)境損害；人工井場(chǎng)實(shí)現(xiàn)落地原油100%回收，嚴(yán)格防止溢油發(fā)生；配有完備的溢油應(yīng)急方案和措施，一旦發(fā)生溢油，能夠及時(shí)有效地將影響范圍控制在最小。

1.4 監(jiān)測(cè)頻率及內(nèi)容

1.4.1 常規(guī)監(jiān)測(cè)

在海上鉆井作業(yè)開(kāi)始后每月采樣監(jiān)測(cè)1次，直到工程完工一個(gè)月后采最后一次施工期樣品為止。監(jiān)測(cè)平臺(tái)及外排生產(chǎn)水中的含油濃度，每日監(jiān)測(cè)4次。對(duì)于供應(yīng)船及守護(hù)船的機(jī)艙污水，至少每月1次從排放口處取樣監(jiān)測(cè)其含油濃度。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括懸浮物、石油類(lèi)、化學(xué)需氧量等。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲生物、漁業(yè)資源等。

1.4.2 非常規(guī)監(jiān)測(cè)

配合政府部門(mén)對(duì)防污染設(shè)備進(jìn)行定期檢查，以及在事故狀態(tài)下配合有關(guān)部門(mén)做好對(duì)事故的應(yīng)急和跟蹤監(jiān)測(cè)。

2 海砂開(kāi)采工程

海砂，即海中的砂石，是指受海水侵蝕而沒(méi)有經(jīng)過(guò)淡化處理的砂，多來(lái)自海水和河流交界地帶。作為僅次于石油天然氣的第二大海洋礦產(chǎn)，海砂有著眾多用途，其中最主要的用途之一是作為工程建設(shè)的原材料［6－7］。但由于海砂中含有氯離子成分，氯離子超標(biāo)會(huì)對(duì)鋼筋有嚴(yán)重的腐蝕作用。因此，建筑工程中采用的海砂必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的淡化處理，鋼筋混凝土中海砂的氯離子含量不應(yīng)大于0.06%。

2.1 產(chǎn)污分析

可用于深水采砂的設(shè)備有潛水泵式、氣動(dòng)泵式和射流式等裝置。其中，潛水泵式采砂裝置水下部分（特別是潛水電機(jī)的密封裝置）容易磨損，工作可靠性差；氣動(dòng)泵式采砂裝置單位能耗高；射流式采砂裝置由于其在水下無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐磨損、工作可靠、水下開(kāi)挖深度大、單位能耗低，因此是一種比較理想的水下采砂裝備。

目前，海砂開(kāi)采作業(yè)方式多采用射流式吸砂船，吸砂船所配置的鋼管砂頭在其自重的壓力下，可以直接穿透覆蓋層，進(jìn)入藏砂區(qū)。吸砂溢流作業(yè)過(guò)程為砂水混合物通過(guò)滾篩分離雜質(zhì)后，在篩網(wǎng)上留下石頭、泥塊以及其他雜物，而細(xì)顆粒淤泥和粉砂則隨著水流沿回流管溢流到海面，大部分沉降到采砂坑。采砂施工過(guò)程中高壓射流擾動(dòng)底質(zhì)中的砂和淤泥，部分淤泥懸浮后未被抽砂管吸取，而隨潮流擴(kuò)散；洗砂溢流作業(yè)也能產(chǎn)生懸浮泥沙。采砂工程結(jié)束后，海床地形地貌和潮流場(chǎng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化［8－9］。

2.2 主要環(huán)境影響

采砂施工過(guò)程中產(chǎn)生的懸浮泥沙、采砂人員產(chǎn)生的生活污水和生活垃圾、采砂船舶產(chǎn)生的含油廢水會(huì)對(duì)海水水質(zhì)和海洋生態(tài)環(huán)境造成影響。采砂結(jié)束后，海床地形地貌及潮流場(chǎng)等改變會(huì)對(duì)附近海域水動(dòng)力、沖淤環(huán)境、通航環(huán)境等產(chǎn)生影響。

2.3 環(huán)保措施

應(yīng)合理安排施工船舶數(shù)量和位置，射流功率和抽砂泵功率應(yīng)相匹配，盡量減少抽砂過(guò)程產(chǎn)生的懸浮物；采砂船溢流泄水口應(yīng)通過(guò)管道進(jìn)行水底排放，減少懸浮泥沙對(duì)表層水體的影響；對(duì)采砂作業(yè)準(zhǔn)確定位，防止越界開(kāi)采、超量開(kāi)采、超強(qiáng)度開(kāi)采；施工船舶須預(yù)留距邊界50～60m的距離進(jìn)行開(kāi)采，保證開(kāi)采完畢后，塌方的范圍不會(huì)超過(guò)申請(qǐng)用海的區(qū)域范圍。

2.4 監(jiān)測(cè)頻率及內(nèi)容

控制開(kāi)采深度、開(kāi)采面積、開(kāi)采量和采砂強(qiáng)度，加強(qiáng)對(duì)施工單位的監(jiān)管和海砂開(kāi)采跟蹤動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，防止海砂開(kāi)采對(duì)海洋資源、生態(tài)環(huán)境、海洋設(shè)施以及海岸、海底地形等造成損害。根據(jù)不同監(jiān)測(cè)內(nèi)容確定相應(yīng)監(jiān)測(cè)范圍、布設(shè)監(jiān)測(cè)站位等，監(jiān)測(cè)范圍應(yīng)比申請(qǐng)采砂范圍有所擴(kuò)大［10］。

一般情況下，開(kāi)采后每半年監(jiān)測(cè)1次。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，定期進(jìn)行海底地形、水深測(cè)量，并給出海砂開(kāi)采前后的地形定量變化數(shù)據(jù)。海砂開(kāi)采結(jié)束后對(duì)開(kāi)采區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的水深測(cè)量，作為續(xù)期依據(jù)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，在大、小潮期的漲、落潮各進(jìn)行1次，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)懸浮物的變化，監(jiān)測(cè)方法應(yīng)按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范（GB 17378－2007）》執(zhí)行。如果海砂開(kāi)采期間出現(xiàn)大范圍的懸浮物擴(kuò)散，或者需要加快海砂開(kāi)采進(jìn)度等，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)。

3 人工魚(yú)礁工程

人工魚(yú)礁是人為在海中設(shè)置的構(gòu)筑物，其目的是改善海域生態(tài)環(huán)境，營(yíng)造海洋生物棲息的良好環(huán)境，為魚(yú)類(lèi)等提供繁殖、生長(zhǎng)、索餌等場(chǎng)所，達(dá)到保護(hù)、增殖和提高漁獲量的目的。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛地開(kāi)展了人工魚(yú)礁建設(shè)，對(duì)近海海洋生物棲息地和漁場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)，取得了較好的效果［11－15］。

3.1 設(shè)計(jì)

人工魚(yú)礁規(guī)劃過(guò)程的最重要部分是設(shè)計(jì)，包括材料的選擇、位置的準(zhǔn)確安放、礁石的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。為特定目的建造的礁石通常有若干個(gè)組件組成，其設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足以下標(biāo)準(zhǔn)和要求：一是根據(jù)礁石的建設(shè)用途，重點(diǎn)考慮幾何尺寸和形狀，使之能夠“吸引”有關(guān)動(dòng)物，使藻類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、軟體動(dòng)物、珊瑚等能夠被快速吸引或定植在礁石表面或周?chē)欢墙甘瘧?yīng)具有足夠的工程強(qiáng)度，無(wú)論是礁石的個(gè)體組成部分，還是整體構(gòu)筑物，應(yīng)能承受海洋環(huán)境的物理應(yīng)力而不致?lián)p壞；三是能夠在最小的占地空間、最少的海洋生態(tài)環(huán)境影響情況下，滿(mǎn)足預(yù)期的目標(biāo)；四是根據(jù)需要，可以將礁石移走［16－19］。

3.2 材料

應(yīng)在考慮構(gòu)筑物的制作、運(yùn)輸、安放和持續(xù)維護(hù)的前提下，以最低的經(jīng)濟(jì)成本，但不能降低環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇材料建造人工魚(yú)礁。材料的選擇原則如下：可以使用天然的、回收利用的或預(yù)制的材料，優(yōu)先使用天然材料；所使用的材料必須是惰性的，不會(huì)通過(guò)滲瀝、物理、化學(xué)風(fēng)化或生物活動(dòng)等引起污染，同時(shí)應(yīng)能承受海水水質(zhì)惡化的影響；可以使用符合《倫敦條約》條款的廢棄物，如疏浚物、無(wú)機(jī)地質(zhì)材料、廢棄平臺(tái)等；對(duì)于價(jià)格昂貴或不易獲得的材料，不應(yīng)考慮；所使用的材料不會(huì)影響將來(lái)移植到礁石上物種的性質(zhì)；位于無(wú)遮蔽的、高能地區(qū)的礁石應(yīng)使用重型材料，例如巖石、混凝土和鋼材等［20－22］。

3.3 主要環(huán)境影響

礁石安放時(shí)由爆炸物、作業(yè)船只和其他機(jī)械設(shè)備引起的水下噪聲和振動(dòng)級(jí)增加，可能會(huì)造成生物棲息地破壞，導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、海洋哺乳動(dòng)物等臨時(shí)性遷移，同時(shí)不可避免地使生活在礁石底部的底上動(dòng)物和底內(nèi)動(dòng)物群落窒息，生物群落發(fā)生變化，也可能引入外來(lái)物種等［23－24］。

人工魚(yú)礁構(gòu)筑物盡可能固定在地層上以避免移位，應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性以抵御波浪和潮流的沖擊力，并能夠承受拖網(wǎng)漁船的牽引力。一旦人工魚(yú)礁（或礁石的組件）移位到鄰近的具有較高保存或保護(hù)價(jià)值的區(qū)域，礁石就會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)或船舶航行等造成危害。

3.4 監(jiān)測(cè)頻率及內(nèi)容

人工魚(yú)礁投放前，在預(yù)定設(shè)置海區(qū)要對(duì)不同季節(jié)的海域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)查，包括水溫、鹽度、透明度、水質(zhì)化學(xué)成分、海流流向、流速及浮游生物組成等。

人工魚(yú)礁投放后，可依據(jù)材料不同，定期對(duì)人工魚(yú)礁區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和生物資源狀況以及礁體本身進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確定所投放的人工魚(yú)礁是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，以及人工魚(yú)礁礁體材料的耐久性和穩(wěn)定性如何等。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括人工魚(yú)礁區(qū)域的生物數(shù)量、生物種類(lèi)等變化，礁體的掩埋、位置變動(dòng)、損壞情況等。

其實(shí)人工魚(yú)礁的監(jiān)測(cè)不是最終目的，而是通過(guò)監(jiān)測(cè)所獲得的資料來(lái)評(píng)估人工魚(yú)礁投放后的成效，獲得相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為今后建造和投放人工魚(yú)礁提供參考。同時(shí)，只有將生態(tài)調(diào)查和社會(huì)調(diào)查相結(jié)合，進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，才能正確指導(dǎo)人工魚(yú)礁的建礁工作，提高人工魚(yú)礁的增殖效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)漁業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展。

4 海水淡化工程

海水淡化，即利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水，是人類(lèi)追求了幾百年的夢(mèng)想。海水淡化工程增加了淡水總量，且不受時(shí)空和氣候的影響，水質(zhì)好、價(jià)格漸趨合理，可以保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供給。海水淡化方法有海水凍結(jié)法、電滲析法、多級(jí)閃蒸蒸餾法、低溫多效蒸餾法、反滲透法等，目前利用反滲透膜的反滲透法，以其設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和設(shè)備模塊化等優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，逐步取代蒸餾法，成為應(yīng)用最廣泛的方法［25－28］。

4.1 主要環(huán)境影響

（1）濃鹽水對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。海水淡化廠(chǎng)排放的濃鹽水的鹽度一般是取用海水的2倍，若這些濃鹽水排放方式不當(dāng)，將導(dǎo)致排放海域鹽度升高，改變海洋生物本身體液與其生活環(huán)境海水中滲透壓的平衡，從而降低海洋生物的繁殖能力。另外，排放濃鹽水的密度大于自然海水，其入海后易于沉降在水底，阻礙海水的垂直混合，并在排水口附近形成高鹽沙漠，使原有的環(huán)流模式產(chǎn)生改變［29－31］。

（2）污染物排放對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響。海水淡化廠(chǎng)排放水中污染物主要包括化學(xué)添加劑（如氯氣或次氯酸鈉）、抑垢劑（通常為聚磷酸鹽）、防沫劑、防蝕劑、酸洗劑，以及管路腐蝕產(chǎn)生的毒性重金屬（如Cu、Ni、Mo、Cr、Zn）等，這些污染物都會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成危害［32－33］。

（3）海水抽取對(duì)浮游和底棲生物的影響。海水本身就是許多海洋生物的棲息地，海水抽取時(shí)必然會(huì)將其中的微小生物直接抽走而造成生物量下降。個(gè)體較大的浮游生物、魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)等通過(guò)卷吸、撞擊也會(huì)受到損傷。如果取水口處于魚(yú)類(lèi)等海洋動(dòng)物繁殖地段，在繁殖季節(jié)海水中存在大量的魚(yú)卵和仔魚(yú)，大規(guī)模取水會(huì)導(dǎo)致魚(yú)卵和仔魚(yú)的損失，影響?hù)~(yú)類(lèi)等生物繁殖和補(bǔ)充。因此，在大力發(fā)展海水淡化事業(yè)的同時(shí)，決不可忽視其對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。

4.2 環(huán)保措施

在海水淡化工程規(guī)劃和建設(shè)中，應(yīng)避免在潟湖、半封閉性海灣等水交換能力較差的水域選擇廠(chǎng)址，宜選擇開(kāi)放性、水交換通暢且水質(zhì)良好的水域；要通過(guò)模型計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證來(lái)確定海水淡化量的每日最大值；海水淡化廠(chǎng)排放的濃鹽水及其所含的污染物，都要經(jīng)適當(dāng)處理，達(dá)標(biāo)后才能排放入海。

4.3 監(jiān)測(cè)頻率及內(nèi)容

監(jiān)測(cè)區(qū)域通常以所占海域的邊界向外5km范圍以?xún)?nèi)，主要監(jiān)測(cè)要素為鹽度、重金屬、化學(xué)添加劑、溫度等。鹽度和溫度應(yīng)每天進(jìn)行監(jiān)測(cè)，重金屬和化學(xué)添加劑應(yīng)每月監(jiān)測(cè)2～4次，有條件最好能夠安裝實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。盡量避免工程用海以外海區(qū)鹽度增加0.5以上，完全避免其鹽度增加1的情況出現(xiàn)。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲生物等，至少半年監(jiān)測(cè)1次。

5 小結(jié)

通過(guò)對(duì)海上油氣開(kāi)發(fā)、海砂開(kāi)采、人工魚(yú)礁、海水淡化等資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)類(lèi)海洋工程的工藝分析，闡述了各類(lèi)海洋工程的特征污染物、主要環(huán)境影響及環(huán)保措施等，將建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容匯總于表1，該結(jié)論可為海洋管理部門(mén)開(kāi)展海洋工程分類(lèi)監(jiān)測(cè)與管理提供依據(jù)。

表1 各類(lèi)海洋工程重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容匯總

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院 .防治海洋工程建設(shè)項(xiàng)目污染損害海洋環(huán)境管理?xiàng)l例［S］.2006.

［2］渤海石油研究院 .曹妃甸11－3／11－5油田開(kāi)發(fā)工程環(huán)境影響報(bào)告書(shū)［R］.2004.

［3］江志華，王華，蔡偉敘，等 .海洋石油開(kāi)發(fā)工程環(huán)境影響后評(píng)價(jià)初探［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2006，16（3）：52－54.

［4］中海石油環(huán)保服務(wù)（天津）有限公司 .渤海灣盆地海南—月東區(qū)塊開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)石油合同月東一塊油田總體開(kāi)發(fā)工程環(huán)境影響報(bào)告書(shū)［R］.2009.

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