海水腐蝕在環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用及意義＊

趙迎春，宋 湦

（1.青島環(huán)海海洋工程勘察研究院 青島 266033；2.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院 青島 266100）

海洋環(huán)境是一個(gè)腐蝕性很強(qiáng)的災(zāi)害環(huán)境，尤其是金屬材料在海洋環(huán)境中極易發(fā)生劣化破壞，造成直接或間接的腐蝕損失結(jié)果，不但材料浪費(fèi)、強(qiáng)度降低，更嚴(yán)重的是造成災(zāi)難性事故和人員傷亡；同時(shí)海水腐蝕對(duì)海洋環(huán)境也帶來影響，并對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成污染。青島環(huán)海海洋工程勘察研究院對(duì)環(huán)渤海水域及近岸海洋工程的海水腐蝕情況，進(jìn)行了調(diào)查和研究，多年的工作經(jīng)驗(yàn)告訴我們：在我國海洋環(huán)境評(píng)價(jià)體系中，納入海水腐蝕作為其中的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)是必要且意義重大。

1 海水腐蝕及危害

1.1 海水腐蝕環(huán)境

海洋腐蝕環(huán)境一般分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海泥區(qū)5個(gè)腐蝕區(qū)帶。平均高潮線以上的浪花飛濺區(qū)，因海水飛濺和干濕交替，氧的供應(yīng)最充分，同時(shí)，光照和浪花沖擊破壞金屬的保護(hù)膜，造成的腐蝕最為強(qiáng)烈，也是最嚴(yán)峻的海洋腐蝕環(huán)境；其次是平均低潮線以下0.5～1.0m處，因其溶解氧充分、流速較大、水溫較高、海洋生物繁殖快，也是金屬腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域；而在海水與海泥交界處下方，由于此處容易產(chǎn)生海泥和海水腐蝕電池，因此也是腐蝕較嚴(yán)重的區(qū)域。

2009年5月，中國石油天然氣管道工程有限公司，在大港灘海地區(qū)進(jìn)行了腐蝕環(huán)境調(diào)查，對(duì)渤海灣水質(zhì)腐蝕因子進(jìn)行測定，特別對(duì)灘海地區(qū)不同環(huán)境和不同地點(diǎn)的腐蝕程度進(jìn)行了詳細(xì)測定。圖1是實(shí)測的不同區(qū)帶的腐蝕速率，表1是不同腐蝕區(qū)域的腐蝕數(shù)據(jù)。

圖1 不同沉積環(huán)境的腐蝕速率

表1 大港灘海各站不同腐蝕區(qū)域的腐蝕速度 mm／a

1.2 海水腐蝕的危害

世界各國每年因腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占其國民生產(chǎn)總值的2%～4%，其破壞力之大令人震驚。其中海洋腐蝕的損失約占總腐蝕的1／3。這在美國、英國、日本、德國、印度、蘇聯(lián)、法國等都做過類似的調(diào)查［1］。以此推算，2012年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值519322億元，海水腐蝕的損失約為5141億元，其災(zāi)害性事故隱患也是嚴(yán)峻的。盡管如此，如果我們的防護(hù)工作做得好，其中25%～40%的損失可以得到有效避免。

隨著沿海工業(yè)，如石油化工企業(yè)、火電、核電站的建立，海洋石油、礦產(chǎn)以及運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，海上鋼鐵構(gòu)筑物猛增，而這些鋼鐵構(gòu)筑物在海洋環(huán)境中會(huì)遭受嚴(yán)重的腐蝕破壞，引發(fā)災(zāi)難性事故以及環(huán)境污染和人員傷亡。

金屬腐蝕過程中產(chǎn)生的重金屬離子，以及傳統(tǒng)防腐技術(shù)中持久性有機(jī)物污染對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境也造成了嚴(yán)重的危害。

所以做好海洋腐蝕的調(diào)查研究、海洋腐蝕程度的評(píng)價(jià)，對(duì)于保證海上金屬構(gòu)筑物的正常運(yùn)行和安全使用、促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有十分重要的意義。

2 海水腐蝕在環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)用意義

我國已于2002年頒布并與2003年實(shí)施了《中華人民共和國環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》。為防止和控制海洋工程對(duì)海洋環(huán)境的污染，有利于海洋環(huán)境和資源的可持續(xù)開發(fā)利用，保護(hù)海洋環(huán)境，維護(hù)海洋生態(tài)平衡，保障人體健康，1999年修訂了《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》；2006年10月國務(wù)院頒布了《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》。

2004年9月1日國家頒布實(shí)施的《海洋工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》 （GB／T 19485－2004）［2］，從落實(shí)《中華人民共和國環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》和《中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法》角度出發(fā)，依據(jù)多年來海洋工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合海洋環(huán)境的特征，界定了海洋、工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容，提出了海洋環(huán)境影響評(píng)價(jià)應(yīng)遵循的原則、技術(shù)方法和技術(shù)要求。

對(duì)于主要評(píng)價(jià)內(nèi)容，導(dǎo)則GB／T 19485－2004以分章的形式，分別界定和規(guī)定了海洋水文動(dòng)力環(huán)境、海洋水質(zhì)環(huán)境、海洋沉積物環(huán)境和海洋生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、影響預(yù)測及環(huán)境事故評(píng)價(jià)的內(nèi)容、范圍、要求和技術(shù)方法。

上述與海水腐蝕有關(guān)的為海洋水質(zhì)環(huán)境、海洋沉積物環(huán)境，《海洋工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》中對(duì)海洋水質(zhì)和海洋沉積物的現(xiàn)狀調(diào)查，根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目類型規(guī)定了調(diào)查參數(shù)和分析評(píng)價(jià)方法，雖然參數(shù)中包括了海洋腐蝕的主要因子，但都沒有針對(duì)海水腐蝕進(jìn)行調(diào)查和分析評(píng)價(jià)，環(huán)境影響預(yù)測更沒有關(guān)于海水腐蝕的內(nèi)容。

其他評(píng)價(jià)內(nèi)容中，規(guī)定了當(dāng)海洋工程建設(shè)項(xiàng)目涉及熱污染、大氣、噪聲、固體廢棄物、文物等內(nèi)容的環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，按照《海洋工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》相應(yīng)部分的技術(shù)要求進(jìn)行評(píng)價(jià)，也未規(guī)定要對(duì)海洋腐蝕環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在實(shí)際環(huán)境評(píng)價(jià)工作中，基本按照規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)和預(yù)測，幾乎沒有海水腐蝕的內(nèi)容，個(gè)別評(píng)價(jià)文件中，在描述海上鋼結(jié)構(gòu)安裝施工時(shí)提到海水腐蝕，主要是因?yàn)殇摌?gòu)物施工需加防腐蝕材料時(shí)才述及。但并未對(duì)海水腐蝕進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測，也沒有對(duì)防腐材料是否環(huán)保，是否污染海洋進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測。

開展海洋環(huán)境腐蝕調(diào)查和進(jìn)行控制腐蝕技術(shù)的研究［3］在海洋環(huán)境評(píng)價(jià)中具有重要的意義。因?yàn)楹Ｋg對(duì)海洋環(huán)境的影響更加直接和更具危害，對(duì)其進(jìn)行調(diào)查、評(píng)價(jià)和預(yù)測，可以很好地認(rèn)識(shí)到建設(shè)項(xiàng)目所面對(duì)的腐蝕環(huán)境及其影響，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，保護(hù)海洋環(huán)境。在對(duì)海洋工程的建設(shè)和運(yùn)行中，對(duì)海水腐蝕進(jìn)行調(diào)查、監(jiān)測和預(yù)測，消除由此造成的危害，是完全可以做到和應(yīng)該進(jìn)行的。

3 環(huán)境評(píng)價(jià)中應(yīng)用海水腐蝕指標(biāo)探討

我們知道，環(huán)境影響評(píng)價(jià)是一種過程，這種過程的重點(diǎn)在決策和開發(fā)建設(shè)活動(dòng)開始前，體現(xiàn)出環(huán)境影響評(píng)價(jià)的預(yù)防功能。決策后或開發(fā)活動(dòng)開始，通過實(shí)施環(huán)境監(jiān)測計(jì)劃和持續(xù)研究，環(huán)境影響評(píng)價(jià)的作用還在延續(xù)，不斷驗(yàn)證其評(píng)價(jià)結(jié)論，并反饋給決策者和開發(fā)者，進(jìn)一步修改和完善其決策和開發(fā)建設(shè)活動(dòng)。

根據(jù)上述環(huán)境影響評(píng)價(jià)的過程特點(diǎn)，不難設(shè)計(jì)海水腐蝕在海洋環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用操作步驟。推薦以下方法：① 進(jìn)行海洋腐蝕環(huán)境調(diào)查，掌握建設(shè)項(xiàng)目所在地的腐蝕影響因子參數(shù)特點(diǎn)；② 進(jìn)行海洋腐蝕現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和預(yù)測；③ 根據(jù)評(píng)價(jià)和預(yù)測情況進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)；④ 工程項(xiàng)目施工過程中和完成后的檢測和監(jiān)測。

3.1 海水腐蝕環(huán)境調(diào)查

海洋腐蝕環(huán)境調(diào)查分為海水環(huán)境調(diào)查和海底沉積物調(diào)查，目前我國主要對(duì)渤海、南海的近海石油開發(fā)區(qū)進(jìn)行了幾次一定范圍的腐蝕調(diào)查，系統(tǒng)分析了我國近海石油開發(fā)區(qū)的環(huán)境腐蝕因子，探討了這些環(huán)境因子與鋼鐵腐蝕失效的相關(guān)性，綜合評(píng)估了幾個(gè)海域的腐蝕環(huán)境，如渤海海洋石油開發(fā)區(qū)的遼東灣、埕島海區(qū)、南海西部和東部海洋石油公司的北部灣、珠江口、鶯歌海區(qū)和潿洲島海區(qū)等。

海水腐蝕環(huán)境的調(diào)查包括 K＋、Na＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、、和的濃度測定以及硫酸鹽還原菌、海水的鹽度、水溫和電阻率等要素的調(diào)查。沉積物腐蝕環(huán)境因子的調(diào)查主要對(duì)表層沉積物（泥面下0～10cm）樣品的泥溫、電阻率、Eh、pH、Fe3＋／Fe2＋和硫酸鹽還原菌等項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場分析測定。例如：青島環(huán)海海洋工程勘察研究院于2012年在趙東油田海底管線工程路由調(diào)查、勘測項(xiàng)目中，就采用相關(guān)設(shè)備和技術(shù)方法進(jìn)行了沉積物腐蝕環(huán)境因子的調(diào)查。

3.2 海水腐蝕的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和預(yù)測

鋼鐵材料在土壤、大氣腐蝕的情況下局部腐蝕與均勻腐蝕結(jié)果的趨勢基本相同，因此可以進(jìn)行土壤腐蝕或大氣腐蝕性的評(píng)價(jià)和分類。而在海水腐蝕的情況下由于海洋生物附著，它對(duì)局部腐蝕與均勻腐蝕的影響效果截然相反，加上海洋環(huán)境因素的多元性、復(fù)雜性和可變性，因此，對(duì)海水腐蝕性的評(píng)價(jià)和分類就有一定的難度。

目前海水水質(zhì)和沉積物環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)采用單因子污染標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法，按下列公式計(jì)算：

式中：Pi為i項(xiàng)污染物的質(zhì)量指數(shù)；

Ci為i項(xiàng)污染物的實(shí)測濃度；

CSi為i項(xiàng)污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于《海洋工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》（GB／T 19485－2004）［2］中規(guī)定的評(píng)價(jià)因子，都有相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，要利用單因子污染標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評(píng)價(jià)海水腐蝕，首先要制訂海水腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，這是需要研究和探索的問題。

朱相榮、黃桂橋［4］在《海水腐蝕性的雙因素環(huán)境評(píng)價(jià)法》一文中，提出了海水腐蝕性評(píng)價(jià)因子和海水腐蝕性分級(jí)意見，現(xiàn)介紹如下，供參考。

海水腐蝕性評(píng)價(jià)因子：

式中：Yi是3個(gè)影響程度較大的環(huán)境因素（溫度、海生物附著、pH），fi是3個(gè)影響程度較大的環(huán)境因素對(duì)腐蝕深度的關(guān)聯(lián)度，此處是以Yi與fi乘積之和作評(píng)價(jià)基數(shù)的。

文中提出用海水溫度和海洋生物附著面積這兩個(gè)主要的環(huán)境因素給海區(qū)的腐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià)和分類 ，提供了科學(xué)的依據(jù)和支持，因此 ，將海區(qū)的腐蝕性分為5個(gè)類別的標(biāo)準(zhǔn)（表2）。

表2 海水腐蝕類別判斷

建設(shè)項(xiàng)目海水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測的任務(wù)是通過一定的技術(shù)方法，預(yù)測建設(shè)項(xiàng)目在不同實(shí)施階段（建設(shè)期、運(yùn)行期、服務(wù)期后）對(duì)海水環(huán)境質(zhì)量的影響，為采取相應(yīng)的環(huán)境管理措施［5］提供科學(xué)依據(jù)。海水腐蝕預(yù)測應(yīng)預(yù)測以下內(nèi)容：①工程實(shí)施后由于海水物理、化學(xué)和生物環(huán)境的變化導(dǎo)致的腐蝕強(qiáng)度的變化；② 建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施引起的腐蝕環(huán)境的改變，如海泥區(qū)可能變化為海水全浸區(qū)，浪花飛濺區(qū)可能變?yōu)榇髿鈪^(qū)；③ 金屬材料腐蝕對(duì)海洋環(huán)境的污染預(yù)測；④ 防腐材料的使用對(duì)海洋環(huán)境的污染預(yù)測等。

3.3 防腐設(shè)計(jì)技術(shù)

根據(jù)腐蝕環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，以及腐蝕預(yù)測的結(jié)果，針對(duì)不同海洋環(huán)境下的金屬構(gòu)筑物，采用不同的防腐設(shè)計(jì)方法，提高保護(hù)效果。

無論什么樣的設(shè)計(jì)保護(hù)方法，都應(yīng)該考慮防護(hù)材料本身對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境所造成的污染。這有待于今后更好的研究。

3.4 海洋腐蝕的檢測和監(jiān)測

在建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)過程中和建成后的運(yùn)營中，必須對(duì)腐蝕狀態(tài)定期進(jìn)行常規(guī)檢測和特別檢測。中國科學(xué)院海洋研究所研制的海洋鋼鐵設(shè)施腐蝕狀態(tài)跟蹤掃描系統(tǒng)為勝利油田海上平臺(tái)、海底管線陰極保護(hù)的參數(shù)設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)，延長了海洋鋼鐵構(gòu)造物的服役壽命，是一種新型的海洋腐蝕監(jiān)測技術(shù)［6］。其推廣應(yīng)用將為“海洋工程”建設(shè)，提供相應(yīng)的防腐技術(shù)支持。

4 結(jié)論

海洋環(huán)境是一個(gè)特定的極為復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，海水腐蝕對(duì)海洋構(gòu)筑物，尤其是鋼鐵構(gòu)筑物具有很強(qiáng)的腐蝕破壞作用，有時(shí)會(huì)因此造成嚴(yán)重事故?？梢哉f，海水腐蝕對(duì)海洋環(huán)境的影響是更加直接和更大危害的，對(duì)其進(jìn)行調(diào)查、評(píng)價(jià)和預(yù)測，可以很好地認(rèn)識(shí)到建設(shè)項(xiàng)目所面對(duì)的腐蝕環(huán)境及其影響，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

根據(jù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的過程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)海水腐蝕在海洋環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用操作步驟，推薦如下：①進(jìn)行海洋腐蝕環(huán)境調(diào)查，掌握建設(shè)項(xiàng)目所在地的腐蝕影響因子參數(shù)特點(diǎn)；② 進(jìn)行海洋腐蝕現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和預(yù)測；③ 根據(jù)評(píng)價(jià)和預(yù)測情況進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)；④ 工程項(xiàng)目施工過程中和完成后的檢測和監(jiān)測。

［1］王慶飛，宋詩哲 .金屬材料海洋環(huán)境生物污損腐蝕研究進(jìn)展［J］.中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2002（3）184－188.

［2］中華人民共和國國家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) .GB／T 19485－2004海洋工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則［S］.2004.

［3］姚子偉，江桂斌，蔡亞歧 .北極地區(qū)表層海水中持久性有機(jī)污染物和重金屬污染的現(xiàn)狀［J］.科學(xué)通報(bào)，2002（15）1196－1199.

［4］夏蘭廷，黃桂橋，張三平 .金屬材料的海洋腐蝕與防護(hù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

［5］陳錫雄 .防止海水腐蝕的措施與效果［J］.電力建設(shè)，2001（5）34－35.

［6］戴明安，黃桂橋 .海水中鋼的局部腐蝕與海域環(huán)境的相關(guān)性［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，1999（5）：309－311.