液化天然氣接收站取排水對(duì)漁業(yè)資源的影響研究
——以溫州LNG接收站工程為例

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310012)

近年來(lái)我國(guó)越來(lái)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(yùn)行期間大量海水取用過(guò)程的卷載效應(yīng)及排水過(guò)程的冷沖擊效應(yīng)和余氯效應(yīng)勢(shì)必會(huì)對(duì)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(duì)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(jì)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(duì)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(duì)漁業(yè)資源的影響和定量損失估算少有報(bào)道。本研究以溫州LNG接收站工程為例,定性分析LNG接收站運(yùn)行期間取排水對(duì)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(shí)施漁業(yè)資源損益評(píng)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(gè)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分類、鑒定和計(jì)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(hào)、記錄后,冰鮮保存,帶回實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目對(duì)海洋生物資源影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》(SC/T910—2007)中的有關(guān)評(píng)估方法[7]定量估算溫州LNG接收站工程取排水對(duì)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(guò)程的漁業(yè)資源損害估算

LNG接收站取水過(guò)程的卷載效應(yīng)對(duì)漁業(yè)資源的損害評(píng)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(píng)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(guò)程的漁業(yè)資源損害評(píng)估

LNG接收站余氯排放對(duì)漁業(yè)資源的損害評(píng)估公式如下:

式中:Mi為第i種類漁業(yè)資源累計(jì)損害量,單位為尾、個(gè)、kg;Wi為第i種類漁業(yè)資源一次平均損害量,單位為尾、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),單位為個(gè);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(gè)/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(chǔ)存、再氣化液化天然氣,其生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中取用海水作為加熱介質(zhì),對(duì)LNG進(jìn)行氣化,換熱后海水溫度有所降低。實(shí)際運(yùn)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(xiǎn),接收站一般會(huì)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(yùn)行期間,LNG氣化過(guò)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(jì)。

2.2 評(píng)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(dòng)物

(1)漁獲物種類組成和優(yōu)勢(shì)種。調(diào)查海域所獲拖網(wǎng)漁獲物,共分析鑒定游泳動(dòng)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(shì)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(duì)漁業(yè)資源影響分析和損失估算

LNG接收站取水過(guò)程對(duì)海洋生物造成的主要影響是機(jī)械卷載效應(yīng),對(duì)于水中能通過(guò)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(gè)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(yùn)行期間取水過(guò)程中,具有游泳能力的游泳動(dòng)物成體大部分可以回避因機(jī)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(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)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(huì)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(duì)LNG接收站取水過(guò)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(yùn)行期間取水量為16 500 m3/h,每年按365天連續(xù)取水計(jì),魚卵、仔魚、幼體出現(xiàn)頻率按每年6個(gè)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(yùn)行取水過(guò)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(duì)漁業(yè)資源影響分析和損失估算

已有國(guó)外研究表明[10-11],余氯通過(guò)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(guó)內(nèi),柏育材等[12-13]模擬LNG工程冷排水余氯排放,并通過(guò)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)研究余氯對(duì)大黃魚仔魚和幼魚以及南美白對(duì)蝦幼體的毒理效應(yīng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在余氯濃度為0.14 mg/L和0.20 mg/L時(shí),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(wú)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(shì)。余氯有較強(qiáng)的氧化性,它不僅可以殺死細(xì)菌,同樣對(duì)生物有機(jī)體產(chǎn)生危害,因此,LNG接收站運(yùn)行期間的余氯排放對(duì)鄰近海域漁業(yè)資源將造成一定影響。

LNG接收站近期運(yùn)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(jì),美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(USEPA)1976年制定出余氯對(duì)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(kuò)散數(shù)學(xué)模擬預(yù)測(cè)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(yùn)動(dòng),可沿著小門島岸線向排水口兩側(cè)擴(kuò)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(jiàn)表1。

表1 余氯各濃度影響范圍

根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)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%。考慮到游泳動(dòng)物成體對(duì)于余氯影響具有回避反應(yīng),因此本研究分別對(duì)余氯擴(kuò)散造成的魚卵、仔魚、魚蝦蟹幼體損失進(jìn)行定量計(jì)算。鑒于缺乏余氯對(duì)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(duì)魚卵的影響參照仔魚致死率,對(duì)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(gè)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(duì)漁業(yè)資源損失量計(jì)算

2.5 冷排水排放對(duì)漁業(yè)資源的影響分析

冷排水排入附近海域后,在水動(dòng)力條件下經(jīng)擴(kuò)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(duì)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(zhǎng)、繁殖等功能。根據(jù)國(guó)內(nèi)研究報(bào)道[15],在夏季,溫降有利于魚類生長(zhǎng),冬季反之,若水溫低于魚類適溫范圍,將會(huì)抑制魚類的新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育,若超過(guò)其忍受限度,還將會(huì)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(guò)海洋生物生長(zhǎng)的適宜溫度范圍時(shí),將可能導(dǎo)致海洋生物生長(zhǎng)受到抑制或死亡;如果水溫下降但仍在海洋生物生長(zhǎng)的適溫范圍內(nèi),則基本不會(huì)影響海洋生物的生長(zhǎng)和繁殖,在某些條件下,還可能促進(jìn)海洋生物的生長(zhǎng)和繁殖。魚類和蝦類成體多數(shù)會(huì)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(duì)漁業(yè)資源的影響有利有弊,最終對(duì)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(zhǎng)發(fā)育階段、對(duì)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(duì)海洋生物的定量損失研究鮮有報(bào)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(jì)算。

3 結(jié)論與討論

溫州LNG接收站工程建成投產(chǎn)后,運(yùn)行期間對(duì)漁業(yè)資源的影響將主要來(lái)自大量海水取用、冷排水和余氯排放,本研究定量計(jì)算了工程運(yùn)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(jì)為1.45×107ind./a,仔魚損失量合計(jì)為1.66×107ind./a,魚類幼體損失量合計(jì)為7.56×104ind./a,蝦類幼體損失量合計(jì)為8.68×104ind./a,蟹類幼體損失量合計(jì)為0.04×103ind./a。鑒于目前缺少冷排水對(duì)漁業(yè)資源影響的參考文獻(xiàn),本研究無(wú)法定量估算排水過(guò)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(jì)算方法和相關(guān)參數(shù)選取可能會(huì)被進(jìn)一步優(yōu)化,目前,所述的LNG接收站工程取排水過(guò)程對(duì)漁業(yè)資源的影響分析和定量損失計(jì)算較為合理,對(duì)于評(píng)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。