青島黃島電廠溫排水對海域溫鹽分布影響調(diào)查研究

王興，張愛君，耿曉，鄭琳，劉首華

（1.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心，山東 青島 266033；2.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，山東 青島 266033；3.國家海洋信息中心，天津 300171）

近年來，經(jīng)濟的高速發(fā)展使得電力需求持續(xù)上升，引發(fā)了電廠建設(shè)的熱潮，沿海地區(qū)修建了大量濱海電廠，利用海水來進行冷卻，然后又將加熱后的海水排放到海洋中。加熱后的海水的溫度均比原海水溫度高，排放入海后，可能對海洋環(huán)境產(chǎn)生熱污染效應(yīng)，對局部海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。這種由工廠排入海域且其溫度比周圍海水溫度高的海水即為溫排水（鄭琳等，2012），也稱為冷卻水。

國內(nèi)外關(guān)于電廠溫排水對水生生態(tài)環(huán)境的影響的研究可歸納為3 種情況：①根據(jù)電廠溫排水的實際情況，采用數(shù)值計算溫排水引起的溫升范圍；②根據(jù)實際調(diào)查資料，分析電廠溫排水引起的周圍水域水產(chǎn)資源數(shù)量減少的程度；③在電廠溫排水引起的溫升范圍內(nèi)，定性分析溫排水對水生生態(tài)的影響（孫艷濤等，2008）。本文以1978年開始運行的黃島電廠為例，到電廠進行了調(diào)訪，對其鄰近海域環(huán)境狀況開展了調(diào)查，并深入分析、探討電廠鄰近海域的溫鹽平面、斷面分布特征及其形成原因，作為濱海電廠溫排水對海域生態(tài)環(huán)境影響研究的一部分。

圖1 溫鹽斷面調(diào)查站位（a） 與大面調(diào)查站位（b） 布設(shè)示意圖

1 材料和方法

1.1 電廠溫排水受納海域概況

黃島電廠位于膠州灣西海岸的青島市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，毗鄰青島前灣港，全廠總裝機容量約2 000 MW，是青島電網(wǎng)內(nèi)主要電廠之一，擔(dān)負(fù)青島市一半以上的電力供應(yīng)任務(wù)。電廠鄰近海域的主要功能定位為：港口區(qū)、航道區(qū)、海水利用區(qū)，溫排水口位于膠州灣內(nèi)，電廠采用海水作為冷卻用水，設(shè)計電廠取排水溫差為8.0 ℃。黃島電廠從1978年開始建設(shè)以來陸續(xù)建設(shè)了四期，兩個排水口分別位于取水口的南、北兩側(cè)（圖1a），第一二期的排水口位于北側(cè)，第三四期的排水口位于南側(cè)，電廠各期建設(shè)的溫排水量分別為：34 540 m3/h、54 276m3/h、133 450 m3/h、66 725 m3/h。

黃島電廠溫排水受納海域是膠州灣，膠州灣位于黃海之濱，山東半島的南岸，是以團島頭與薛家島腳子石連線為界、與黃海相通的半封閉式海灣，灣口開向東南，口門最窄處為3.1 km（中國海灣志，1993）。膠州灣又以團島頭和黃島的黃山咀連線分為內(nèi)灣和外灣，電廠溫排水入海口位于外灣的黃島前灣的東北部，靠近膠州灣內(nèi)灣口主水道，海域水動力較強。黃島電廠鄰近海域水深基本在0～25 m，水深分布呈近岸向外海深度增大的趨勢，向東靠近膠州灣主水道水深大幅變大，主水道處水深可達50 m。

1.2 調(diào)查概況

2011年9月，分別選高潮期和低潮期在黃島電廠鄰近海域開展了溫排水海洋環(huán)境影響調(diào)查；共設(shè)置12 個大面調(diào)查站位（圖1b） 及3 條溫鹽調(diào)查斷面（圖1a）；低潮期監(jiān)測時間為9月19日11 時至15 時，高潮期監(jiān)測時間為9月23日10 時至13時。

斷面調(diào)查設(shè)置了B、C、D 3 個斷面，共22 個站位，調(diào)查項目有：溫度、鹽度，采用多參數(shù)水質(zhì)儀監(jiān)測。12 個大面調(diào)查站的項目主要有：水溫、鹽度、pH、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽、磷酸鹽、油類、懸浮物、硫化物、有機碳、總汞（Hg）、表層沉積物、海洋生物等，水深范圍在2.3～25.0 m，10 號站和2號站分別為靠近南、北排水口位置設(shè)置的調(diào)查站，最東側(cè)的9 號站作為調(diào)查參考站（圖1b），樣品采集與分析均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度

（1） 水溫大面分布特征

調(diào)查海域海水水溫的變化范圍在21.72 ℃～25.60 ℃之間，平均為22.70 ℃。各站低潮、高潮表層溫度與高低潮溫差見表1，溫度最高值都出現(xiàn)在10 號站，其中低潮表層海水水溫的變化范圍在22.08 ℃～25.60 ℃之間，平均為23.07 ℃，低潮表層水溫平面分布呈自近岸海域向外海遞減的趨勢，電廠溫排水口附近形成明顯的高值區(qū)（圖2a）；高潮表層海水水溫的變化范圍在21.85 ℃～25.49 ℃之間，平均為22.83 ℃，高潮表層水溫平面分布也呈自近岸海域向外海遞減的趨勢，電廠溫排水口附近形成明顯的高值區(qū)（圖2b）；表層低潮高溫區(qū)面積大于高潮。低潮底層水溫的變化范圍在22.38 ℃～22.86 ℃之間，平均為22.56 ℃；高潮底層水溫的變化范圍在21.72 ℃～21.89 ℃之間，平均為21.82 ℃；表層水溫明顯高于底層，表明電廠溫排水表層水溫明顯，對底層水溫的影響較小。

各站高潮表層水溫基本低于低潮表層水溫（表1），即：高潮期外海水漲入后溫度較低，低潮期近岸水向外退潮后溫度較高，也反映了9月份膠州灣外海水溫度低于近岸水溫。表層溫度分布呈從電廠排水口向外海降低的趨勢，并且越靠近電廠排水口的海域等值線越密，即靠近排水口海域溫度遞減地較快（圖2）。

表1 各調(diào)查站表層水溫（℃）

圖2 調(diào)查海域低潮（a）、高潮（b） 表層水溫狀況（℃）

（2） 表層溫升分布

通過大面調(diào)查各站表層溫度減去參考站的表層溫度，得到各站溫升值；低潮各站表層溫升最大值為3.52 ℃，平均值為0.99 ℃；高潮各站表層溫升最大值為3.64 ℃，平均值為0.98 ℃。基于各站表層溫升值，采用克里格方法插值（陳歡歡 等，2007） 得到表層溫升場，再分別繪制（低潮、高潮、高低潮平均、高低潮最大） 表層溫升分布圖（圖3）。

由于高潮海水漲入后形成堆積效應(yīng)，溫排水?dāng)U散的速度變慢（圖3b），低潮則相反，相比高潮溫升分布，低潮的溫升等值線高值區(qū)較密，而低值區(qū)較疏（圖3a）。表2 是各種條件下溫升超過某一值的海域面積，溫升超過（0.5、1.0、2.5、3.0、3.5） ℃的區(qū)域高潮面積比低潮大，溫升超過（2.5、2.0） ℃的區(qū)域高潮面積比低潮面積大。

（3） 溫度斷面分布

依據(jù)斷面監(jiān)測水溫，繪制斷面溫度分布圖（圖4、圖5），結(jié)果顯示：溫度水平分布呈排水口附近向遠岸降低的趨勢，溫度垂向分布呈從表層到底層降低的趨勢，并且水溫垂直分層明顯，等值線密集區(qū)集中在5 m 以淺上層水域，溫排水引起的浮力分層效應(yīng)明顯（郝瑞霞等，2007）。

2.2 鹽度

（1） 鹽度大面分布狀況

調(diào)查海域海水鹽度的變化范圍在29.084 ～29.793 之間，平均為29.549；各站低潮、高潮表層鹽度與高低潮鹽度差值見表3，其中低潮表層海水鹽度的變化范圍在29.084～29.657 之間，平均為29.385；高潮表層海水鹽度的變化范圍在29.604～29.793 之間，平均為29.705。低潮底層鹽度的變化范圍在29.194～29.664 之間，平均為29.376；高潮底層鹽度的變化范圍在29.607～29.781 之間，平均為29.709。

圖3 低潮（a）、高潮（b）、高低潮平均（c）、高低潮最大（d） 表層溫升分布（℃）

表2 電廠鄰近海域溫升范圍

調(diào)查海域高潮鹽度明顯高于低潮鹽度（表3），低潮時鹽度分布呈近岸向海減小的趨勢（圖6a），高潮時鹽度波動范圍較小，分布較均勻（圖6b）。

（2） 鹽度斷面分布

根據(jù)斷面監(jiān)測鹽度，繪制斷面鹽度分布圖（圖7、圖8），結(jié)果顯示：高潮的鹽度高于低潮鹽度，高潮時排水口附近鹽度略高，低潮時5 m 以深水域鹽度隨著深度增大增高趨勢明顯。

從本次調(diào)查的鹽度大面和斷面分布狀況看，調(diào)查海域鹽度分布沒有整體的排水口附近高向海減小的現(xiàn)象，黃島電廠溫排水帶來的高鹽水現(xiàn)象不明顯；相比武雅潔等（2008） 的研究結(jié)果，對海域鹽度分布影響很小。

表3 各調(diào)查站表層鹽度

圖4 B 斷面低潮（a）、高潮（b） 溫度分布（℃）

圖5 C 斷面低潮（a）、高潮（b） 溫度分布（℃）

圖6 調(diào)查海域低潮（a）、高潮（b） 表層鹽度平面分布（℃）

圖7 B 斷面低潮（a）、高潮（b） 鹽度分布

圖8 C 斷面低潮（a）、高潮（b） 鹽度分布

3 結(jié)論

黃島電廠溫排水對鄰近海域生態(tài)環(huán)境具有一定影響。調(diào)查海域的溫度水平分布為排水口附近高向外海降低，并在高、低潮期呈現(xiàn)出不同的特點；溫度垂向分布從表層到底層降低，并且垂向分布層化明顯，等值線密集區(qū)集中在5 m 以淺上層水域。調(diào)查結(jié)果顯示：溫排水對電廠鄰近海域溫度分布的影響明顯，但影響的程度比數(shù)值模擬（張慧 等，2009） 研究得到結(jié)果要小，調(diào)查各站的最大溫升沒有超過4 ℃，反映了取排水口的溫差沒有達到8 ℃或者說取排水口的溫差并不穩(wěn)定。調(diào)查海域鹽度分布沒有整體的排水口附近高向海減小的現(xiàn)象，垂向分布在5 m 以深水域有層化現(xiàn)象，鹽度隨著深度增大而增高。調(diào)查結(jié)果顯示：溫排水帶來的高鹽水現(xiàn)象不明顯，對海域鹽度分布的影響很小。

黃島電廠溫排水溫鹽斷面調(diào)查結(jié)果顯示，溫度垂向分布有著明顯的層化現(xiàn)象；因此在采用二維數(shù)值模型模擬實際的溫排水?dāng)U散狀況存在很大的局限性。

致謝：國家海洋局第一海洋研究所吳倫宇和中國科學(xué)院海洋研究所南峰為文章修改提供寶貴意見和幫助，在此一并致謝。

陳歡歡，李星，丁文秀，2007.等值線繪制中的十二種插值方法.工程地球物理學(xué)報，4（1）：52-57.

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