基于潛水取樣方式的海上電力對海洋生物及環(huán)境的影響研究

摘要：分析海上風(fēng)電對海洋生物及環(huán)境的影響，聚焦于某海上風(fēng)電場，通過潛水取樣監(jiān)測水質(zhì)、沉積物及海洋生物。研究顯示，風(fēng)電場建設(shè)及運(yùn)營期間，水質(zhì)污染指數(shù)增加22.86%，沉積物中石油類和鋅污染加劇，分別上升28.57%和33.33%至輕度污染。風(fēng)電場建設(shè)后各監(jiān)測點(diǎn)位的浮游生物多樣性有所下降，降幅介于-12.50%至-25.86%。海上風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)對于該區(qū)域的水質(zhì)水平產(chǎn)生了不利影響，特別是鋅的污染者指數(shù)上升幅度最大。同時風(fēng)電項(xiàng)目的興建也導(dǎo)致區(qū)域沉積物質(zhì)量降低，海洋浮游生物多樣性下降，種群數(shù)量存在減少或遷移的情況。

關(guān)鍵詞：潛水取樣；海上電力；風(fēng)電工程；海洋生物；生態(tài)環(huán)境

中圖分類號：X171 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

海上電力作為清潔、可再生的能源形式，正逐漸成為未來能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分。然而，海上電力設(shè)施的建設(shè)與運(yùn)營不可避免地會對周邊海域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。通過潛水取樣，可以獲取海洋底質(zhì)、水質(zhì)以及生物樣本等第一手資料，為深入分析海上電力對海洋生物及環(huán)境的影響提供有力支撐。然而，目前基于潛水取樣方式的微觀層面研究相對較少。因此，此研究旨在通過潛水取樣技術(shù)，深入探究海上電力設(shè)施周邊海域的生態(tài)環(huán)境變化，以期為海上電力的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了一系列關(guān)于海上電力對海洋生物及環(huán)境影響的研究工作。這些研究涵蓋了從電力設(shè)施選址、建設(shè)到運(yùn)營全過程的生態(tài)環(huán)境影響評價，以及針對特定生物種群或生態(tài)系統(tǒng)的影響研究。然而，這些研究多依賴于遙感監(jiān)測、數(shù)值模擬等手段，雖然能夠從宏觀上把握影響趨勢，但在揭示微觀生態(tài)過程方面仍顯不足。潛水取樣技術(shù)的引入，可以彌補(bǔ)這一不足，通過獲取更為詳細(xì)、準(zhǔn)確的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為深入研究海上電力對海洋生物及環(huán)境的影響提供更為全面、深入的視角。

此研究基于潛水取樣方式，對海上電力對海洋生物及環(huán)境的影響進(jìn)行深入研究，旨在揭示影響機(jī)制并提出相應(yīng)的對策建議。

1研究區(qū)域

研究區(qū)域基本概況。此研究選取某市的海上風(fēng)電場一期項(xiàng)目所在區(qū)域作為取樣調(diào)查區(qū)域。該區(qū)域位于某市東部海域，擁有豐富的風(fēng)能資源。風(fēng)場整體呈矩形布局，東西長約15公里，南北寬約28公里，總面積達(dá)到246平方公里。風(fēng)場內(nèi)共布置了14臺風(fēng)電機(jī)組，這些機(jī)組按照特定的間距和排列方式，分布在風(fēng)場內(nèi)的不同位置，以最大化捕獲風(fēng)能并減少尾流效應(yīng)。

在風(fēng)電場建設(shè)方面，該海上風(fēng)電場一期項(xiàng)目總裝機(jī)容量達(dá)到64兆瓦，風(fēng)電機(jī)組之間平均間距超過100m，保證了風(fēng)能的均勻分布和機(jī)組之間的相互影響最小化。風(fēng)電場采用的電纜型號為MX-2140，電纜外徑為50mm，導(dǎo)體截面積為64mm²，平均鋪設(shè)深度為45m。

該風(fēng)電場所在區(qū)域位于城市的東部沿海，屬于典型的海洋性氣候。受海洋的調(diào)節(jié)作用較為明顯，區(qū)域氣候較為濕潤，降水受到氣流的影響呈現(xiàn)出明顯的階段性變化特點(diǎn)。

2研究方法

2.1調(diào)查與采樣

文章采用潛水取樣的方式，分別在不同日期在海上風(fēng)電場區(qū)域選取一個風(fēng)電機(jī)組所在區(qū)域作為采樣區(qū)域，沿著風(fēng)電機(jī)組樁基的東北以及西南兩個方向?qū)Σ蓸诱军c(diǎn)進(jìn)行布設(shè)?？紤]到該風(fēng)電場項(xiàng)目的預(yù)計完工日期在5月，因此文章選擇在3月和7月選取相同的天數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

采樣內(nèi)容包括水質(zhì)信息、水底沉淀物信息以及海洋生態(tài)信息三個方面，具體監(jiān)測項(xiàng)目包括水溫、鹽度、溶解氧、有機(jī)碳、硫化物、鋅含量、浮游生物等多項(xiàng)指標(biāo)。

對采樣點(diǎn)位進(jìn)行布設(shè)，并分別針對三個監(jiān)測項(xiàng)目下的不同指標(biāo)進(jìn)行取樣，具體取樣對象以及分析方法見表1。

在每個選定日期，選取一個風(fēng)電機(jī)組所在區(qū)域作為采樣區(qū)域?？紤]到風(fēng)電機(jī)組可能對海洋環(huán)境產(chǎn)生的局部影響，每個采樣區(qū)域均選擇遠(yuǎn)離風(fēng)電機(jī)組樁基一定距離的海域作為對照區(qū)。根據(jù)海底地形和風(fēng)電機(jī)組樁基的埋設(shè)深度，設(shè)定不同的取樣深度。在風(fēng)電機(jī)組樁基附近，取樣深度應(yīng)適當(dāng)加深，以獲取樁基對海底沉積物的影響數(shù)據(jù)。建議取樣深度范圍為15米至25米?？紤]到海洋環(huán)境的時空變化特性，設(shè)定取樣間隔時間為6小時。即在同一站點(diǎn)，每隔6小時進(jìn)行一次取樣，以獲取不同時間段的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)。

使用潛水泵在設(shè)定深度進(jìn)行水質(zhì)取樣。取樣過程中，注意保持取樣泵的清潔和穩(wěn)定。取樣后，立即對水樣進(jìn)行水溫、鹽度、溶解氧等指標(biāo)的現(xiàn)場測定，并將水樣送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行有機(jī)碳、硫化物等指標(biāo)的詳細(xì)分析。對于水底沉淀物取樣，文章采用抓斗進(jìn)行樣品獲取，在取樣過程中需要注意米邊抓到風(fēng)電機(jī)組樁基或其他海底硬物。并使用網(wǎng)具在設(shè)定深度進(jìn)行浮游生物的采集，采集到的浮游生物樣品需立即進(jìn)行初步分類和計數(shù)，并送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行詳細(xì)的生物分類和生態(tài)學(xué)研究。

通過上述水質(zhì)數(shù)據(jù)抽樣調(diào)查結(jié)果可以看出，在風(fēng)電場建設(shè)前期以及運(yùn)營階段，研究區(qū)域的水體質(zhì)量出現(xiàn)了較為明顯的變化。首先，該區(qū)域鹽度平均值維持在30‰左右，波動范圍較小，符合該海域典型的鹽度特征。在風(fēng)電場運(yùn)營后，鹽度平均上升了2.76%。這可能是由于風(fēng)電場的建設(shè)和運(yùn)營過程中，一些工程活動可能對海水產(chǎn)生了輕微的擾動，導(dǎo)致鹽度發(fā)生變化。但總體來說，鹽度變化幅度不大，對海洋環(huán)境沒有造成顯著影響。

在風(fēng)電場建設(shè)前期，研究區(qū)域的溶解氧含量平均為0.71mg/L，顯示出良好的水體自凈能力。然而，在風(fēng)電場運(yùn)營階段，溶解氧含量下降至0.68mg/L。這一變化可能是由于風(fēng)電場運(yùn)行過程中，樁基等結(jié)構(gòu)影響了海水的流動，導(dǎo)致水體混合減弱，溶解氧供應(yīng)不足。

化學(xué)需氧量（COD）反映了水體中有機(jī)物的污染程度。在風(fēng)電場建設(shè)后，研究區(qū)域的COD由7.28mg/L上升到8.15mg/L，但仍符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這可能是由于風(fēng)電場運(yùn)營過程中產(chǎn)生的廢水排放所致。石油類污染物是海洋環(huán)境中的重要污染源。

石油類污染物是海洋環(huán)境中的重要污染源。在風(fēng)電場建設(shè)前期，石油類污染物含量低于13.0μg/L，符合海洋環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。但在運(yùn)營階段，石油類污染物含量最高達(dá)到了13.6μg/L。因此可以推斷出風(fēng)電場在運(yùn)行過程中，機(jī)械設(shè)備的潤滑油可能會出現(xiàn)部分泄露，從而導(dǎo)致研究區(qū)域出現(xiàn)了一定程度的石油污染。

懸浮物含量可以對水體清澈度進(jìn)行衡量。通過數(shù)值上的對比可以看出，研究區(qū)域在風(fēng)電場建設(shè)前后，懸浮物含量由前期的22.4 mg/L下降到20.8mg/L。這種下降的趨勢表明，風(fēng)電場的建設(shè)和運(yùn)營可能采取了一系列有效的水土保持和污染防治措施，從而減少了泥沙、碎石等顆粒物進(jìn)入水體的數(shù)量。

鋅是海洋環(huán)境中的微量元素之一。在風(fēng)電場建設(shè)前期，鋅含量處于正常范圍內(nèi)，最大值為5.46mg/L。隨著風(fēng)電場的不斷運(yùn)營，研究區(qū)域的鋅含量有所上升，最高達(dá)到5.65mg/L。這可能是由于風(fēng)電場運(yùn)行過程中使用的防腐材料、涂料等含有一定量的鋅元素，在海水沖刷下逐漸釋放到水體中，但目前鋅含量仍處于安全水平以內(nèi)。

通過對比綜合污染指數(shù)可以看出，風(fēng)電場從建設(shè)前期到運(yùn)營階段，研究區(qū)域的水質(zhì)污染者指數(shù)呈現(xiàn)上升的趨勢，化學(xué)需氧量指數(shù)從0.65上升到0.8，變化率為+23.08%；NH₃-N指數(shù)從0.3上升到0.35，變化率為+16.67%；TP指數(shù)從0.2上升到0.25，變化率為+25%；Cu指數(shù)從0.1上升到0.12，變化率為+20%；綜合污染指數(shù)從1.40上升到1.72，變化率為+22.86%。這表明風(fēng)電場的建設(shè)和運(yùn)營對水質(zhì)產(chǎn)生了不良影響，增加了水體中的污染物含量。其中，鋅的污染者指數(shù)上升幅度最大，達(dá)到了33.33%，這也與上述調(diào)查結(jié)果得到了呼應(yīng)，證明風(fēng)電場建設(shè)過程中，可能由于土壤擾動、施工材料和設(shè)備的使用、自然因素的沖刷和風(fēng)力作用，以及廢水處理和排放控制不當(dāng)?shù)榷喾N因素共同作用，從而導(dǎo)致鋅含量污染程度較高。

3.2沉積物變化

研究區(qū)域有機(jī)碳、石油類、硫化物以及鋅含量的沉積物監(jiān)測數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算出的研究區(qū)域沉積物質(zhì)量綜合指數(shù)變化情況見圖1。

通過上述統(tǒng)計結(jié)果可以看出，風(fēng)電場建設(shè)后，有機(jī)碳含量的沉積物質(zhì)量綜合指數(shù)下降了9.33%，石油類含量的沉積物質(zhì)量綜合指數(shù)上升了28.57%，鋅含量的沉積物質(zhì)量綜合指數(shù)上升了33.33%。硫化物含量的沉積物質(zhì)量綜合指數(shù)上升了25.00%。其中，石油類含量以及鋅含量的沉積物質(zhì)量綜合指數(shù)達(dá)到了輕度污染，有機(jī)碳含量以及硫化物含量雖然有所上升，但仍屬于環(huán)境清潔水平。這表明風(fēng)電場的建設(shè)和運(yùn)營對研究區(qū)域沉積物的整體質(zhì)量產(chǎn)生了一定的影響。雖然這種影響目前看來并不十分嚴(yán)重，但仍需引起關(guān)注，并采取有效措施進(jìn)行治理和預(yù)防。

3.3海洋生態(tài)變化

研究區(qū)域浮游生物多樣性的對比結(jié)果見表3。

從總體來看，風(fēng)電場建設(shè)后各監(jiān)測點(diǎn)位的浮游生物多樣性指數(shù)均有所下降，變化率在-12.50%至-25.86%之間。這表明風(fēng)電場的建設(shè)對浮游生物多樣性產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。具體到各個監(jiān)測點(diǎn)位，點(diǎn)位08的浮游生物多樣性指數(shù)下降幅度最大，達(dá)到了-25.86%。這可能是由于點(diǎn)位08所處的環(huán)境受到風(fēng)電場建設(shè)的影響最為顯著，如施工擾動、水質(zhì)變化等因素可能導(dǎo)致浮游生物的種類和數(shù)量減少。點(diǎn)位14的浮游生物多樣性指數(shù)下降幅度最小，為-12.50%。這可能是因?yàn)辄c(diǎn)位14位于風(fēng)電場的邊緣地帶，受到風(fēng)電場建設(shè)的影響相對較弱，或者浮游生物群落結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，對外界環(huán)境變化具有一定的抵抗力。

4結(jié)束語

此研究通過基于潛水取樣方式的海上電力對海洋生物及環(huán)境的影響研究，深入探討了海上電力設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營過程中可能對海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的各種影響。研究不僅揭示了海上電力設(shè)施對海洋生物種群結(jié)構(gòu)、生物多樣性以及生態(tài)系統(tǒng)功能的潛在影響，還從微觀層面探究了這些影響的內(nèi)在機(jī)制和路徑。通過潛水取樣技術(shù)的精準(zhǔn)應(yīng)用，能夠直接觸及并收集海底生態(tài)系統(tǒng)的第一手資料，包括沉積物樣本、生物群落結(jié)構(gòu)等，這些數(shù)據(jù)為評估海上電力活動帶來的水質(zhì)變化、沉積物污染以及海洋生物健康狀態(tài)提供了堅實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過這些詳盡的數(shù)據(jù)分析，得以量化并可視化電力設(shè)施對海洋環(huán)境的具體影響，為制定更加科學(xué)、合理的環(huán)境保護(hù)策略和政策建議提供了強(qiáng)有力的支持。