小麥島綜合開發項目對小麥島海洋環境監測站影響評價

任榮珠,郭明克,曹叢華,高 松,孫 濱,呂富良

(1.國家海洋局北海預報中心 青島 266033;2.國家海洋局北海分局 青島 266033)

小麥島綜合開發項目對小麥島
海洋環境監測站影響評價

任榮珠1,郭明克2,曹叢華1,高 松1,孫 濱1,呂富良1

(1.國家海洋局北海預報中心 青島 266033;2.國家海洋局北海分局 青島 266033)

小麥島海洋環境監測站位于青島市嶗山區小麥島,建站50年來,通過對青島沿海海域長期、連續、動態地監測,獲取了大量具有代表性的水文、氣象觀測數據,在海洋防災減災、經濟建設、交通運輸、科學研究和國防建設等方面發揮了重要作用。但根據青島市政府的綜合開發規劃,將在小麥島區域實施綜合開發項目,對小麥島進行整體改造。該項目的建設將對小麥島海洋環境監測站的水文、氣象觀測帶來一定影響。為保障觀測數據的連續性和代表性,文章依據有關法律、法規及規范的要求,運用數值模擬和統計分析等方法,分析了項目建設對水文、氣象和大氣要素觀測的影響。結果表明:項目建成后對驗潮井附近海域流速影響較大;對驗潮站海域水溫、鹽度、潮汐影響不明顯;對海面能見度、空氣溫度、空氣濕度、氣壓、風向、風速、降水量、天氣現象等氣象觀測要素的影響在規范允許的范圍內;若搬遷后的波浪觀測樓位于新月島南側將對人工波浪觀測比較有利,提高其代表性;海洋大氣測點若建設于規劃中的新月島新建測波樓頂,則工程建設對海洋大氣監測影響變化不大;工程建成后驗潮井附近海域侵蝕、淤積變化狀況不明顯。

小麥島;海洋環境監測站;綜合開發項目;影響評價

隨著我國海洋事業的發展,一些港口工程及濱海旅游項目離海洋觀測站的距離越來越近,一定程度上會對海洋水文、氣象和大氣要素觀測造成影響。筆者以小麥島綜合開發項目為例,依據有關法律、法規及有關規范的要求,運用數值模擬和統計分析等方法,分析評價了項目建設對小麥島海洋環境監測站觀測環境的影響,并為海洋環境監測站的搬遷工作提供依據。

1 小麥島綜合開發項目簡介

小麥島位于青島浮山南麓海濱,面積0.2 km2,距海岸約200 m。根據青島市政府的綜合開發規劃,將在小麥島區域實施綜合開發項目,對小麥島進行整體改造。該開發項目包括:在小麥島南側海域建設兩個人工島——新月島和七星級標志性豪華酒店所在的人工島,并通過跨海大橋與小麥島連接,同時對小麥島本島和小麥島北部海岸線進行改造等內容。考慮到國家海洋局小麥島海洋環境監測站的驗潮井和氣象觀測場是海洋環境監測的重要基礎設施,必須保證監測數據的代表性和連續性,因此小麥島監測站氣象觀測場、驗潮井保留在原址,波浪觀測室移至新填成的人工島——新月島上。

2 國家海洋局小麥島海洋環境監測站現狀

小麥島海洋環境監測站于1959年建站,是國家海洋局北海分局設置在青島地區從事海洋環境、海洋災害監測和海洋科學實驗的基層臺站,也是國家級的海洋環境監測示范站。主要承擔海洋水文、氣象觀測和海洋大氣環境監測,同時還擔負著我國海洋儀器設備的中試試驗、國家重大課題船舶監測聯調實驗及二氧化碳岸基站監測等工作。建站50年來,小麥島海洋環境監測站通過對青島沿海海域長期、連續、動態地監測,獲取了大量具有代表性的水文、氣象觀測數據。在海洋防災減災、經濟建設、交通運輸、科學研究和國防建設等工作中發揮了重要作用。小麥島海洋環境監測站觀測基礎設施全部按照國家標準規范要求建設,觀測要素代表性好,主要體現在以下幾方面。

(1)氣象觀測場位于小麥島海拔29.8 m處,四周沒有公路、工礦、煙囪、高大建筑物,觀測場四周空曠且較為平坦、視野寬廣,觀測要素能較好地反映該區域較大范圍氣象要素的特點。

(2)波浪測點海拔高度適宜,觀測視角較大,其前方海域開闊,無暗礁等障礙物,現有測波樓面積約234.5 m2。波浪觀測浮標拋設處離波浪觀測室約800 m。海底比較平坦,觀測的波浪要素能較好地反映該海域較大范圍波浪的特點。

(3)驗潮井為雙井結構,外井主要進行水溫、鹽度觀測,內井進行潮汐觀測,井體設有多個進水孔與外海暢通,受波浪影響較小,其海底平坦,底質堅實,沖刷、淤積比較輕微,最低潮時水深在1 m以上。

3 臨近海域的基本情況

小麥島海洋環境監測站附近海域是海洋產業非常集中的海域,有港口航運、濱海旅游、海水養殖和海洋漁業等海洋產業。小麥島海洋環境監測站附近海域海洋產業分布及開發利用現狀 (圖1和表1)。

圖1 小麥島附近海洋產業分布及開發利用現狀

表1 小麥島海洋環境監測站附近海洋產業布局

3.1 航道

(1)海上旅游觀光航道:距擬建新月島南部邊緣0.2 km,是小型旅游船舶航道。

(2)青島港主航道:距離擬建新月島南部邊緣4.5 km,是各種船舶進出青島港的主要通道。

3.2 銀海大世界游艇碼頭

該碼頭是青島淺海旅游東段重要的旅游碼頭,同時也為青島水上奧運會分會場提供相關的服務設施。

4 小麥島綜合開發項規劃方案概述

(1)總體方案

小麥島綜合開發項目共分7個區域,總占地面積46.51 hm2,如圖2所示。主要包括:①麥島路西地塊,用地面積為7.63 hm2,規劃建設用于辦公、商業、旅游的4層以下建筑(圖2中A區);②麥島路東地塊,用地面積為10.3 hm2,規劃建設用于辦公、停車場、商業的4層以下其中岸邊用地控制在3層以下的建筑 (圖2中B區);③小麥島規劃路西側用地,用地面積約4.65 hm2,規劃建設4層以下用于旅游、商業及配套的服務設施 (圖2中C區);④小麥島規劃路東、小麥島北側用地,這一地塊用地面積約2.8 hm2,規劃建筑面積19 300 m2,建設4層以下用于文化中心、會議中心設施 (圖2中D區);⑤小麥島規劃路東、小麥島南側地塊,用地面積約6.13 hm2,規劃建筑面積59 700 m2,規劃建設4層以下用于酒店、商業及配套的服務設施 (圖2中 E區);⑥新月島,用地面積為14 hm2,規劃建筑面積為122 900 m2,建設度假酒店、商業及服務設施,建筑控制在4層以下 (圖 2中 F區);⑦西側填海地,用地面積1 hm2,規劃建筑面積35 000 m2,根據方案和其他控制要求確定建設酒店及服務設施 (圖2中 G區)。

(2)F區和 G區人工島建設內容

F區為扇形人工島,是本工程的主體工程,外側設有護岸,北側設有私人游艇碼頭,并通過兩座跨海大橋分別與小麥島、G區相連接。島上建筑物主要為2～6層產權式酒店。

圖2 小麥島綜合區域開發項目規劃布局

G區為圓形人工島,是七星級標志性豪華酒店所在地,酒店為45層高。G區外側設有護岸,并通過跨海大橋與F區相連接。

考慮到小麥島與新建人工島之間的水體與外海水體之間的交換,依據有關研究成果,平均低潮位時小麥島與 F區護岸之間的間距為150 m,效果圖見圖 2。F區護岸總長度為2 210 m,G區護岸總長度為338 m,G區離小麥島海洋環境監測站氣象觀測場的最近距離約390 m。

根據《小麥島綜合開發項目填海工程海域使用論證報告》的測算結果,小麥島綜合開發項目F人工島填海占用海域面積為25.716 9 hm2;G人工島填海占用海域面積為3.069 7 hm2。

5 附近海域海洋地質地貌條件

5.1 地形地貌概況

小麥島海洋環境監測站位于小麥島南側。區內基巖出露面積較大,巖性主要為中生代燕山期花崗巖,其次為后期沿構造線充填的細晶巖脈、花崗巖脈和輝綠巖脈,這些基巖是構成海岸、海中島礁的主要“基底”。受區域構造控制,海岸曲折,岬灣相間,海蝕地貌發育。

小麥島前海底礁石出露,水深變化快,海底地形坡度為5°左右,總體上由岸向海傾斜。近岸礁石出露,海底微地貌凹凸不平,離岸300 m外水域為膠州灣灣外潮流深槽。該深槽水深大于20 m,屬漲潮槽性質,形成于全新世海侵初期,多年來沖淤平衡,底床穩定。小麥島兩側水深變化平緩,2 m、5 m、10 m等深線成凹弧狀逐漸向外分布。

5.2 地質概況

小麥島及其周邊底質沉積物主要有淤泥、黏質粉土、細砂、貝殼細砂粉土混合和裸露基巖等5種類型。近岸海域主要分布在裸露基巖區域,基巖巖性為花崗巖。小麥島西側為細砂分布區,東側為貝殼細砂粉土混合區域,兩區域內沉積物厚度較薄。

5.3 海底沉積物

麥島外圍距岸150～300 m的范圍內分布著大片基巖,無松散沉積物覆蓋。基巖外圍分布著細砂、淤泥、貝殼細砂粉土混合物質以及黏質粉土。兩側小海灣灣頂地帶有中粗砂和礫石分布,沙源不豐富,目前岸灘略有侵蝕。

小麥島附近海域東、西兩端海底有松散沉積物分布。其西端表層主要為細砂,但沉積物厚度小;其東端海底表層為貝殼細砂粉土混合物質,局部有淤泥,但沉積物厚度小,均不超過幾十厘米。

5.4 泥沙來源

小麥島地處市南區和嶗山區交界附近,屬城市區域,附近沒有大河來沙。

6 開發工程對海洋水文觀測要素影響預測與評價

小麥島區域綜合開發項目填海工程將改變小麥島及周邊海域的自然環境。因此采用數值模擬的方法對工程前后潮汐和潮流場進行數值模擬,并分析評價工程建設后對小麥島海洋環境監測站附近海域水文觀測要素的影響。

6.1 工程建設對潮流的影響預測與評價

6.1.1 模擬區域及計算參數

采用POM二維嵌套模式。控制方程采用矩形網格有限差分法求解。開邊界的水位邊界條件參照日本海岸廳1984年出版的調和常數表和渤黃東海水文圖集 (水文1993)得出,共取4個主要分潮 (M2、S2、O1、K1)。模式設置 3層嵌套:第一個范圍為渤黃東海,模擬范圍為24°20′～41°10′N,117°20′～130°10′E, 網格距為1/24經緯度;第二個范圍為山東半島至鹽城海域 , 模擬范圍為 33°3′～37°10′N,119°～122°39′54″E,網格距為 1/240 經緯度; 第三個范圍為小麥島附近海域,模擬范圍為35°53′12″～36°12′N,120°8′30″～120°31′54″E, 網格距為1/2 400經緯度。有關 POM的細節及該模式的發展可參閱Mellor G L等[1-3]和Blumberg A F等[4-6],在此不再詳述。

6.1.2 潮流、潮汐的模擬結果檢驗與分析

(1)模擬結果檢驗。利用上述模式對工程及其附近海域進行潮流、潮汐數值模擬。提取小麥島海洋站位置模擬計算值與實測值進行對比,驗證數學模型的可靠性。圖3是模擬區小麥島海洋站潮位實測值與模擬計算值的比較圖,由圖3可以看出,潮位變化基本一致,吻合較好,這說明該計算模式能較好地再現該海區的實際潮汐狀況,可以用于對本海區的海流、潮汐進行預測分析。

圖3 小麥島海洋站潮位計算值與實測值比較

(2)工程前后潮流模擬結果分析。圖4和圖5為工程建設前后落急和漲急時流矢量對比圖。從圖4和圖5中可以看出,工程前后小麥島附近海域均呈明顯的往復流特征,高潮時流速較小、流向較亂;落急時流速較大,最大值約為90 cm/s,流向為 E—NE向,平均流速約為45 cm/s;低潮時流速較小、流向較亂;漲急時流速較大,最大值約為120 cm/s,流向為SW—W向,平均流速約為50 cm/s。

由于工程的建設,驗潮站附近海域流場發生如下變化:落急時在工程的東側和西側都存在流速減小區,流速最大約減小90 cm/s;東南側存在流速增大區,最大約增加15 cm/s。水道內流速最大值約為25 cm/s(圖6),位于驗潮站附近,比工程前約減小20 cm/s;漲急時在工程的東側和西側存在流速減小區,流速最大減小約110 cm/s,工程的西南側存在流速增大區,流速最大增加約15 cm/s,水道內的最大流速約為35 cm/s(圖7),位于驗潮站附近,比工程前驗潮站的西側和西南側潮流均呈順時針旋轉,東側和東南側潮流均呈逆時針旋轉。增大約15 cm/s。流向變化方面,落急和漲急時

圖4 工程建設前后落急時刻流矢量比較

圖7 工程建設后工程附近漲急時刻流速

通過以上分析可以看出,工程建設對小麥島海洋環境監測站驗潮井附近海域潮流影響較大。

6.2 工程建設對潮汐觀測的影響分析

圖8是小麥島填海工程前后潮汐的模擬結果。從圖8中可以看出:工程前后小麥島驗潮站的水位曲線變化規律幾乎一致。工程后比工程前水位略有升高,最大值約0.9 cm,最大值出現在漲。由此可知,工程建設對潮汐影響很小。

圖8 小麥島填海工程前后潮汐的模擬結果比較

6.3 工程建設對海水溫度、鹽度觀測結果的影響分析

根據規劃,小麥島海洋環境監測站驗潮井在原址不動,驗潮站以南保留低潮線至人工島為150m寬的水道。雖然數值模擬結果表明:人工島建設對小麥島與人工島之間水道內海流的影響較大,但仍保持了海水的流動性,若工程建設過程中及營運期間嚴格執行《中華人民共和國環境保護法》和《中華人民共和國海洋環境保護法》的有關規定,生活污水全部匯入城市管網,人工島建設對驗潮站海域水溫和鹽度影響不大。

7 氣象要素觀測影響分析

7.1 陸域建筑物的影響

小麥島綜合開發項目實施后,小麥島氣象觀測場保留原址,即位于項目規劃中的 E區(圖2),以西為C區,以北為D區。小麥島綜合開發項目C、D、E區的建筑物均低于4層。按照《氣象探測環境和設施保護辦法》規定,C、D、E區的建筑物若為孤立建筑物,觀測場圍欄距建筑物最近點的距離與建筑物最高點超出觀測場地面的高度的比值應大于等于3,或障礙物遮擋仰角不大于18.44°。C、D、E區的建筑物若為成排建筑物,觀測場圍欄距建筑物最近點的距離與建筑物最高點超出觀測場地面的高度的比值應大于等于8或障礙物遮擋仰角不大于7.13°[7]。C、D、E區的建筑物若按此要求設計,則符合有關規范要求,視為無影響。

7.2 道路建設對氣象觀測場的影響

按照《氣象探測環境和設施保護辦法》規定,與公路路基距離須大于30 m。因此,規劃中小麥島道路路基離氣象觀測場的距離若按此規定設計,則符合規范要求,視為無影響。

7.3 人工島建設對氣象觀測場的影響

規劃中F區建筑大都低于4層,且距氣象觀測場較遠 (約336 m),因此 F區建筑對氣象觀測基本無影響。

G區建筑為45層孤立建筑,陸域回填高程為10.0 m,離氣象觀測場最近距離約390 m。按照《氣象探測環境和設施保護辦法》規定,觀測場圍欄距建筑物最近點的距離與建筑物最高點超出觀測場地面的高度的比值應大于等于3,或障礙物遮擋仰角不大于18.44°。根據上述規定,G區建筑物的海拔高度若不高于160 m,則符合規范要求,視為無影響。

8 工程對波浪觀測影響分析

由于新月島的建設直接影響了波浪觀測,因此,北海分局要求建設方將波浪觀測樓移至規劃建設的新月島南部視野開闊地域,高度應高于兩側建筑物,臨海視野不小于180°(圖 2)。

8.1 施工期波浪觀測影響分析

施工期間,為保證波浪觀測資料的連續性,該站臨時使用遙測浮標作為波浪觀測手段,數據采用無線傳輸,因此項目施工期對波浪的無線傳輸不會有影響。

8.2 項目建成后對波浪觀測的影響

8.2.1 對人工觀測波浪的影響

假如搬遷后的波浪測點位置如圖2所示,觀測視野比原來更加開闊,對人工波浪觀測比較有利,代表性提高。

8.2.2 對波浪觀測的影響

從工程海域海洋產業分布看出,新月島南部約0.2 km處為海上觀光旅游航道,航道寬度約300 m。由于觀光旅游船只一般較小,航速較慢,過往船只引起的涌浪也較小。青島港主航道離新月島南部邊緣約4.5 km,距離較遠,因此,若將波浪浮標布置于新月島南1.0～1.2 km處,既能滿足《海濱觀測規范》的要求,又避開了航道。營運期間,浮標至測波樓之間將鋪設海底通信電纜,根據《海底電纜管道保護規定》,為保護測波浮標和海底電纜的安全,應在浮標周圍和電纜兩側設置500 m的保護區[8]。

9 工程建設對海洋大氣監測影響分析

小麥島海洋環境監測站海洋大氣測點屬岸基監測點,海洋大氣監測項目主要有海洋大氣懸浮顆粒物監測中的總懸浮顆粒物、銅、鉛、鎘、鋅、硫酸鹽、營養鹽,海洋大氣降水檢測中的電導率、p H、營養鹽及硫酸鹽等。小麥島海洋環境監測站海洋大氣測點若建設于規劃中的新月島新建測波樓頂,與原觀測點位置周圍環境接近,工程建設對海洋大氣觀測影響變化不大。

10 泥沙沖淤影響預測與評價

該海域水域開敞,波浪作用強、水流流速大,泥沙來源少,水體懸沙含量低、處于自然侵蝕狀態下。本工程擬在小麥島外側修建弧形構筑物,構筑物大部分建于裸露的基巖海底,僅東、西兩端海底覆蓋有薄層的松散沉積物。構筑物和小麥島之間的間隔水域海底沒有松散沉積物覆蓋。

施工期,建設方如果按照先護岸圍堰后回填的方式施工,則對驗潮井的淤積影響較小。但應加強對風暴潮、巨浪等自然災害的預警和防御,避免造成圍堰坍塌,導致驗潮井的淤積。

工程修建后,不會改變附近海域的海底地貌格局,構筑物局部由于水流、波浪作用的改變,海底地形稍有變化,但由于沉積物厚度有限,加之該海域水深較深,一般的波浪掀沙作用有限,因此工程引起的海底沖淤變化很小。工程前后小麥島海洋環境監測站驗潮井附近海域沖淤變化不明顯。

11 結果與討論

通過以上分析,小麥島區域綜合開發項目對小麥島海洋環境監測站觀測要素的主要影響如下。

(1)對流場的影響:潮流數值模擬結果表明,由于工程的阻擋,項目建成后對驗潮井附近海域流速影響較大。

(2)對潮汐、水溫、鹽度的影響:數值模擬結果表明,工程后比工程前水位最大升高0.9 cm。雖然人工島建設對小麥島與人工島之間水道內的海流影響較大,但仍保持了海水的流動性,因此如果工程建設期和運營期嚴格執行國家的環保法規,人工島建設對驗潮站海域水溫、鹽度和潮汐影響不明顯。

(3)對氣象觀測要素的影響:規劃中F區建筑大都低于4層,且距氣象觀測場較遠規劃中F區建筑大都低于4層,且距氣象觀測場較遠 (約336 m),因此 F區建筑對氣象觀測基本無影響;若C、D、E、G區的建筑物離氣象觀測場邊緣的距離滿足《氣象探測環境和設施保護辦法》和《地面氣象觀測規范》規定,則小麥島改造項目對小麥島海洋環境監測站海面能見度、空氣溫度、空氣濕度、氣壓、風向、風速、降水量和天氣現象等氣象觀測要素的影響在規范允許的范圍內。

(4)對波浪觀測的影響:若搬遷后的波浪觀測樓位于如圖2所示位置,則觀測海域比原來更加開闊,對人工波浪觀測比較有利,代表性提高。若將波浪浮標布置于新月島南1.0～1.2 km處,既能滿足《海濱觀測規范》的要求,又避開了航道。

(5)對海洋大氣監測影響:小麥島海洋環境監測站海洋大氣測點若建設于規劃中的新月島新建測波樓頂,與原觀測點位置周圍環境接近,工程建設對海洋大氣監測影響變化不大。

(6)對沖淤的影響:小麥島以南海域屬泥沙來源不豐富段,加之工程構筑物與小麥島之間的間隔水域水深較深,海底基巖裸露,抗侵蝕能力強,工程后依然保持水流暢通,因此工程建成后驗潮井附近海域侵蝕、淤積變化狀況不明顯。

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[7] 中國氣象局.氣象探測環境和設施保護辦法[Z].2004.

[8] 中華人民共和國國土資源部.海底電纜管道保護規定[Z].2004.