海底管道工程對(duì)海洋環(huán)境的影響及生態(tài)用海探討

摘要：我國海底管道數(shù)量日益劇增，為海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，然而海底管道工程蓬勃發(fā)展的同時(shí)，也帶來了一系列的海洋環(huán)境問題。文章通過分析海底管道工程的特點(diǎn)，總結(jié)了其建設(shè)對(duì)海洋環(huán)境及海洋生態(tài)的主要影響，包括施工懸沙對(duì)海洋水質(zhì)、海洋沉積物以及海洋生態(tài)環(huán)境造成的影響以及對(duì)海洋生物資源造成的損失；營運(yùn)期排污管道正常工況下污水排放對(duì)海域的積累及其污染生態(tài)效應(yīng)，以及各種類型海底管道事故狀態(tài)下可能的物料泄漏、爆炸對(duì)海洋水質(zhì)、海洋生態(tài)造成的用海風(fēng)險(xiǎn)，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的污染防治及生態(tài)用海措施，為海洋環(huán)境保護(hù)和海域使用管理決策提供參考。

關(guān)鍵詞：海底管道；海洋環(huán)境影響；生態(tài)用海

中圖分類號(hào)：X55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）03-0158-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.093

Abstract： The number of submarine pipelines in our country is increasing rapidly， which has made outstanding contributions to the development of marine economy. However， while the submarine pipelines project is booming， it also brings about a series of problems in marine environment. By analyzing the characteristics of submarine pipeline project， the article summarizes the main impacts of its construction on the marine environment and marine ecology， including the impact of suspended sediment construction on marine water quality， marine sediments and marine ecological environment as well as the loss of marine living resources. During the operation period， the sewage discharge to the sea under the normal working condition and its pollution ecological effect， as well as possible material leakage and explosions on the marine water quality and marine ecology caused by various types of subsea pipeline accidents， Put forward the corresponding measures for pollution prevention and control and ecological use of the sea， and provide reference for marine environmental protection and management decision-making of marine use.

Key words： Submarine pipeline； Marine environmental impact；Ecological sea

海底管道是指鋪設(shè)于海底用于輸水、輸氣、輸油或輸送其他物質(zhì)的管狀設(shè)施[1]，按輸送介質(zhì)可分為輸油管道、輸氣管道、油氣混輸管道、輸送?；饭艿?、供水管道、供暖供熱管道以及排污管道等。

海底管道鋪設(shè)施工中對(duì)海底的攪動(dòng)產(chǎn)生的懸浮物會(huì)對(duì)海洋水質(zhì)、海洋沉積物以及海洋生態(tài)環(huán)境造成影響，同時(shí)會(huì)對(duì)浮游生物、底棲生物、魚卵、仔稚魚和游泳動(dòng)物幼體等海洋生物資源造成損害。在營運(yùn)期，除排污管道存在正常工況下污水排放對(duì)海域的積累及其污染生態(tài)效應(yīng)外，其它類型的海底管道正常工況下對(duì)海洋環(huán)境的影響較小，主要是事故狀態(tài)下可能的物料泄漏、爆炸對(duì)海洋水質(zhì)、海洋生態(tài)造成的影響[2]。目前關(guān)于海底管道工程退役期影響的研究較少，其問題包括廢棄的海底管道是否需要拆除，拆除廢棄過程產(chǎn)生懸沙以及施工船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)所引發(fā)的海洋環(huán)境問題，是否考慮就地廢棄，就地廢棄后對(duì)海洋環(huán)境的影響如何判定等，因此本文暫不考慮海底管道工程退役期影響。

2011年9月28日，“生態(tài)用?！崩砟畹谝淮伪粐液Ｑ缶终教岢?，其內(nèi)涵簡(jiǎn)言之，即：在利用海洋資源的同時(shí)，加強(qiáng)保護(hù)海洋資源和海洋生態(tài)環(huán)境，不以海洋環(huán)境質(zhì)量的惡化為代價(jià)換取海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3]。本文基于對(duì)海底管道工程的用海影響分析，提出相對(duì)應(yīng)的生態(tài)用海措施，以期為海底管道工程建設(shè)貫徹生態(tài)用海理念提供技術(shù)支撐，為實(shí)現(xiàn)海域使用的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益最大化提出理論依據(jù)。

1 海底管道工程特點(diǎn)

海底管道工程具有其特定的施工方法與工藝，不同施工方法對(duì)海洋環(huán)境的影響程度有所差異。

1.1 施工方法及工藝

海底管道施工工藝一般包括：管道分段陸上預(yù)制、分段托管下水、海上接口連接、立管安裝、管道挖溝、清管試壓。

海底管道的鋪設(shè)方法有托管法、鋪管船法和圍堰法。托管法是根據(jù)托管位置不同可將托管法分浮拖法、近底拖法和底拖法；三種方法適用的水深不同，目的是為了防止波浪對(duì)管線的破壞。鋪管船進(jìn)行鋪管作業(yè)需要有一整套施工機(jī)具和船舶與之配合，按照鋪設(shè)方式不同又分為S型鋪管法、J型鋪管法、卷筒式/卷盤式鋪管法。淺海灘涂地帶一般采用圍堰法[4]。

海底管道在海底的狀態(tài)一般分為全部埋入底土中（1～2m）、部分埋入底土中、裸露海底三種。在海底管道登陸段（水深4m左右以淺的近岸段），一般采用預(yù)挖溝方式而后將其管道埋入土中；淺水段（水深5～50m）則為先鋪管后挖溝方式；深水段多為直接裸鋪在海底表面，若海底表層沉積物為軟弱淤泥，靠管線自重沉入或部分沉入底土中。不論是預(yù)挖溝還是后挖溝，其挖溝方式一般為埋設(shè)犁法、高壓重射流法和耙吸式挖泥法，挖溝方式不同對(duì)懸浮物的產(chǎn)生量有一定的影響[2]。

1.2 工程特點(diǎn)

海底管道施工方法的選擇取決于綜合因素，主要包括路由區(qū)地形地貌及海洋水文狀況、海底管道設(shè)計(jì)、社會(huì)環(huán)境因素和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件等。海底管道工程具有以下顯著特點(diǎn)。①線性工程，長幾十米至幾千米，途經(jīng)路由區(qū)復(fù)雜多變，對(duì)海底地形地貌、水深、沖淤環(huán)境、風(fēng)速、海流、波浪、潮汐等環(huán)境條件要求較高。②潛在風(fēng)險(xiǎn)大。不論在施工期或是營運(yùn)期，一旦海底管道發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故，其維修比陸上管道更為困難，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境將造成巨大損害；而且海上溢油與陸上溢油相比，則更難以控制和消除，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也會(huì)更加嚴(yán)重和持續(xù)。③施工周期相對(duì)較短，除排污管外，影響主要集中在施工期。

2 海底管道工程建設(shè)對(duì)海洋環(huán)境、生態(tài)的影響

2.1 對(duì)海洋環(huán)境的影響

海底管道埋設(shè)及挖溝作業(yè)產(chǎn)生的懸浮泥沙使排放點(diǎn)周圍海水中懸浮物濃度增大，對(duì)海水水質(zhì)的影響范圍主要集中在路由區(qū)兩側(cè)幾十至幾百米的范圍內(nèi)。懸沙沿管線路由兩側(cè)擴(kuò)散，按移動(dòng)源連續(xù)性排放懸沙入海進(jìn)行影響預(yù)測(cè)分析。一般合理選擇有代表性的潮型和潮流時(shí)刻，根據(jù)不同工況計(jì)算各控制點(diǎn)在大、小潮狀況下的預(yù)測(cè)濃度增加值，根據(jù)懸沙擴(kuò)散的濃度增量的外包絡(luò)線、外包絡(luò)面積及其空間分布預(yù)測(cè)懸沙對(duì)海洋水質(zhì)的影響時(shí)長和最大影響距離[5]。施工期影響較為短暫，一般隨著施工期的結(jié)束懸浮泥沙絕大部分沉降于海底，海水水質(zhì)可以逐步恢復(fù)到本底水平。施工產(chǎn)生的懸浮泥沙進(jìn)入水體之后，其中顆粒較大的懸浮泥沙將直接沉降于附近，形成新的表層沉積物環(huán)境，顆粒較小的懸浮泥沙將隨流漂移擴(kuò)散，并最終沉積在工程區(qū)周邊海域海底，覆蓋原有的表層沉積物，一般情況下對(duì)沉積物大多是物理性質(zhì)的改變，因此對(duì)既有沉積物環(huán)境的影響甚微。營運(yùn)期對(duì)海洋環(huán)境的影響主要為海底管道發(fā)生故障如管道損壞、損傷或折斷等，進(jìn)行海上修復(fù)作業(yè)時(shí)，需海上打撈管道和重新埋設(shè)管道等，將會(huì)對(duì)海域環(huán)境帶來一定影響，其影響因素同施工期[6-7]。此外，海底輸油、氣、?；饭艿罓I運(yùn)期發(fā)生故障時(shí)造成的油、氣以及危險(xiǎn)化學(xué)品泄露會(huì)對(duì)海水水質(zhì)和海洋沉積物造成污染。營運(yùn)期正常工況下，海底供暖、供熱、輸水、油、氣、危化品管道基本不產(chǎn)生污染物。海底管道大多為埋設(shè)在海床不同深度下，基本沒有改變海底地形地貌，不影響周圍水域的流速、流場(chǎng)流態(tài)，營運(yùn)期對(duì)海洋水文動(dòng)力和海底沖淤環(huán)境的影響較小。

海底管道工程建設(shè)的海洋環(huán)境影響因素識(shí)別見表1。

2.2 對(duì)海洋生態(tài)的影響

管道施工引起的懸沙濃度增大導(dǎo)致透明度降低，引起浮游植物光合作用的減少，對(duì)浮游植物將產(chǎn)生一定的影響和破壞作用，進(jìn)而影響以浮游植物為餌料的浮游動(dòng)物的繁殖、生長和攝食；還將改變施工區(qū)附近底棲生物的生境，棲息于該范圍內(nèi)的底棲動(dòng)物將全部或部分喪失，但具有行動(dòng)能力的底棲生物則可能主動(dòng)逃竄回避從而免遭受損，一般按按懸浮泥沙濃度增量超過10mg/L包絡(luò)范圍內(nèi)的10%的底棲生物受到致命傷害估算；懸沙還將對(duì)工程區(qū)附近海區(qū)魚卵、仔魚的正常生長發(fā)育產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，人為增加懸浮物濃度大于10mg/L的水域范圍內(nèi)，成魚雖可以回避，但部分魚卵、仔魚可能因高濃度的含沙量而死亡，而蝦蟹類因其本身的生活習(xí)性，大多數(shù)對(duì)懸浮泥沙有較強(qiáng)的抗性。

排污管道營運(yùn)期的影響主要為污水排放，包括正常排放和事故排放對(duì)排放口周圍海域水質(zhì)、沉積物的影響，進(jìn)而對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成影響。影響分析應(yīng)根據(jù)污水種類選擇其特征污染因子，如污水處理廠尾水排放口的海域影響預(yù)測(cè)因子為CODMn；造紙行業(yè)則為CODMn、硫化物、鋅、AOX、二噁英；核電廠一般包括海水溫度、余氯、常規(guī)島的化學(xué)廢水、濃鹽水、放射性核素（110Ag、60Co、90Sr、134Cs、137Cs、131I）等。通常采用三維水質(zhì)模型模擬排污口主要污染物的擴(kuò)散范圍和影響程度，給出混合區(qū)或者溫升范圍和邊界。若采用海底擴(kuò)散器排放，則對(duì)備選排放口進(jìn)行初始稀釋度計(jì)算[2]。排污口長期排放的污染物在海域的積累及其污染生態(tài)效應(yīng)不可忽視。隨著污水排放，排污口附近水域生態(tài)環(huán)境會(huì)緩慢出現(xiàn)惡化，生物多樣性也可能逐步減少，底棲生物的種類組成上耐污種的數(shù)量將增加，魚、蝦、貝類生物體內(nèi)污染物質(zhì)的殘留量也會(huì)逐漸增加。對(duì)電廠而言，大量冷卻水排入近岸海域，使得海洋熱污染問題逐漸突出，水體溫度升高會(huì)引起水中溶解氧含量降低，影響魚類和其他水生生物的生存和繁殖；電廠循環(huán)水取水過程中的卷吸效應(yīng)將導(dǎo)致海域生物量的損失；冷卻水中的余氯也會(huì)對(duì)海洋生物產(chǎn)生一定的影響。

2.3 用海風(fēng)險(xiǎn)分析

主要事故風(fēng)險(xiǎn)類型除施工期船舶溢油事故外，還有營運(yùn)期輸送介質(zhì)（污水、石油、天然氣、有毒有害及危險(xiǎn)化學(xué)品等）泄露入海事故。

2.3.1 施工船舶溢油風(fēng)險(xiǎn)

溢油風(fēng)險(xiǎn)分析通過對(duì)施工期船舶溢油事故發(fā)生概率進(jìn)行分析評(píng)估，包括建立數(shù)學(xué)模型根據(jù)不同潮型和工況預(yù)測(cè)溢油漂移擴(kuò)散路徑與范圍、掃海面積、抵岸時(shí)間、殘留量、污染岸線長度和水體中石油類濃度等時(shí)空分布特征進(jìn)行溢油影響預(yù)測(cè)與分析，進(jìn)而明確對(duì)周圍海洋生物生態(tài)環(huán)境以及周邊環(huán)境敏感區(qū)的影響范圍和損害程度[5]。根據(jù)相關(guān)研究，溢油會(huì)破壞浮游生物的食物鏈和餌料基礎(chǔ)，附著在生物體上使其中毒或者窒息死亡，一般海洋浮游植物的石油急性中毒致死濃度范圍為0.1-10mg/L，浮游動(dòng)物為0.1 -15mg/L，多數(shù)底棲動(dòng)物為2.0～15mg/L。灘涂及沉積物中未經(jīng)降解的油又可能還原于水中造成二次污染。溢油對(duì)魚卵、仔稚魚的危害主要是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，海水中油溶解成分的毒性及海面浮油均會(huì)使魚卵不能正常孵化，孵化仔魚畸形率和死亡率增高，仔、稚魚喪失或減弱活動(dòng)能力，影響正常行為和生理功能，使受污個(gè)體沉降并最終死亡，由此影響種群資源延續(xù)。溢油事故對(duì)成體魚類的影響相對(duì)較小，主要是由于大量油在海水表面以漂浮形態(tài)存在，而大多數(shù)魚類是在中層和底層水中生活。溢油還會(huì)對(duì)附近養(yǎng)殖區(qū)造成影響，使得花蛤、牡蠣等生物死亡或者毒性聚集體內(nèi)，并通過食物鏈進(jìn)入人體。

2.3.2 海底管道事故風(fēng)險(xiǎn)

海底管道工程潛在的事故誘因包括：海底管道途經(jīng)不穩(wěn)定土層如淤泥層時(shí)，易引起不均勻沉降，若地基未進(jìn)行處理，存在地基不均勻沉降導(dǎo)致管道接頭處斷裂的風(fēng)險(xiǎn)；穿越航道時(shí)，存在被船錨抓損、拖網(wǎng)損壞等的風(fēng)險(xiǎn)；管線鋪設(shè)后，受長期泥沙沖刷的影響，管線和海床之間有形成淘空的可能，也可能因局部沖刷產(chǎn)生深坑，在風(fēng)浪作用下，發(fā)生管道斷裂的危險(xiǎn)；此外，海底管道使用年限過久、腐蝕、管材及纜線質(zhì)量以及地質(zhì)災(zāi)害（如地震或塌陷）等都可能引起管道破損。海底輸水管線破裂造成淡水資源的損失；海底供暖、供熱管道破裂造成周邊海水水溫上升，影響海洋生物的棲息環(huán)境；海底排污管道事故排放將對(duì)該海域水體造成污染，直接影響周邊的海洋生物生存及繁殖、餌料等；海底輸油、氣、危化品管道破裂則會(huì)造成油、氣以及危險(xiǎn)化學(xué)品泄露，污染海水水質(zhì)和海洋沉積物，從而造成對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境以及海洋生物資源的損害。

3 海底管道工程的生態(tài)用海措施

海底管道工程的生態(tài)用海措施，可以從選址階段、施工階段、營運(yùn)階段幾個(gè)方面入手。

3.1 選址階段

應(yīng)根據(jù)海域自然資源條件確定用海方案。選址應(yīng)避開海洋保護(hù)區(qū)、生態(tài)系統(tǒng)敏感區(qū)以及生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)的區(qū)域；還應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離錨地、航道；同時(shí)選址于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)均衡、廠址范圍內(nèi)無活動(dòng)性斷裂、周邊斷裂的發(fā)生概率低及距離主干活動(dòng)斷裂較遠(yuǎn)的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)，并盡可能回避巨厚淤泥層等工程地質(zhì)條件差的地區(qū)。

3.2 施工階段

以生態(tài)友好、環(huán)境友好的方式開發(fā)使用海域，盡可能減輕對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響，將生態(tài)用海理念貫穿于用海活動(dòng)，與海洋生態(tài)修復(fù)相結(jié)合，包括：①盡可能縮短水下作業(yè)時(shí)間，施工期避開魚類繁殖季節(jié)。②水下施工應(yīng)在預(yù)定好的路由范圍內(nèi)開挖管溝，避免由于偏離路由而增加對(duì)底泥擾動(dòng)范圍，盡量減少施工對(duì)底棲環(huán)境的破壞。③若有爆破工程應(yīng)選擇低潮時(shí)刻施工，爆破時(shí)應(yīng)采用毫秒微差爆破法，減小單端用藥量，爆破后的清渣要盡量減小清渣的幅度，減小對(duì)潮間帶生物的影響。④采用增殖放流、海洋生態(tài)修復(fù)等措施對(duì)工程造成的海洋生態(tài)損害進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。⑤采取必要的海底管線保護(hù)措施，包括人工沖埋保護(hù)、安裝套管保護(hù)，采取管中管保護(hù)結(jié)構(gòu)、混凝土護(hù)板、沙袋防護(hù)、捆扎防護(hù)、隧道結(jié)構(gòu)、凹槽設(shè)計(jì)，管線外側(cè)涂防護(hù)層等[8-9]。

3.3 營運(yùn)階段

確保海域使用的生態(tài)安全，采取有效措施保護(hù)生物“三場(chǎng)一通道”，必要時(shí)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)修復(fù)，包括①劃定保護(hù)區(qū)，設(shè)立警示標(biāo)志，禁止在管道保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行鉆探、采砂、拋錨等作業(yè)。②確認(rèn)海底管道埋深，定期進(jìn)行維護(hù)和檢修，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，避免管道爆管、穿孔和破裂。③建立可靠的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)排污管可在尾水排放口安裝水質(zhì)連續(xù)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)海纜的狀態(tài)，判斷是否懸空，必要時(shí)采取壓護(hù)覆蓋等措施。

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收稿日期：2018-01-12

作者簡(jiǎn)介：林燕鴻，女，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)和海域管理。