濱海電廠溫排水用海管理范圍界定初步研究

張翠萍，賈后磊，張紹麗，李珊，王平，陳綿潤

(1．國家海洋局南海規(guī)劃與環(huán)境研究院 廣州 510300;2．國家海洋局海域綜合管理司 北京 100860)

濱海電廠溫排水用海管理范圍界定初步研究

張翠萍1，賈后磊1，張紹麗2，李珊1，王平1，陳綿潤1

(1．國家海洋局南海規(guī)劃與環(huán)境研究院 廣州 510300;2．國家海洋局海域綜合管理司 北京 100860)

目前我國電廠溫排水用海面積大、占用岸線長、形狀不規(guī)則等問題已經(jīng)造成海域資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)增加海域使用管理的難度。文章基于對(duì)我國18個(gè)濱海電廠溫排水排放特性的調(diào)查研究，分析18個(gè)案例中的溫排水用海確權(quán)情況，通過單位兆瓦發(fā)電量對(duì)溫排水的實(shí)際用海面積和申請(qǐng)用海面積進(jìn)行量化取值;針對(duì)案例分析結(jié)果，結(jié)合溫排水降溫效果，從方便溫排水用海管理角度提出建議。

濱海電廠溫排水;用海確權(quán);海域管理

建設(shè)海洋強(qiáng)國要推動(dòng)海洋資源的節(jié)約利用和 海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，堅(jiān)持規(guī)劃用海、集約用海、生態(tài)用海、科技用海和依法用海。目前根據(jù)不同用海方式界定的用海范圍確權(quán)后具有一定的排他性，而溫排水不是一種排他性很強(qiáng)的用海方式，除養(yǎng)殖用海、旅游用海外，幾乎可以和所有的用海方式相兼容。

目前世界上主要的海洋國家都對(duì)溫排水排放制定管理規(guī)定和排放限值。如，美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)在1976年公布的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:在海水中，由人為源導(dǎo)致的最大可接受的標(biāo)準(zhǔn)是每周溫度提高范圍為1℃，全年四季相同;世界銀行對(duì)申請(qǐng)其貸款建造的熱電廠要求其溫排水在初始混合和稀釋區(qū)邊界的溫升不得超過3℃，沒有規(guī)定混合區(qū)邊界的則距排放口100 m處溫升不得超過3℃，并且在此范圍內(nèi)不得有敏感的水生生態(tài)系統(tǒng);法國水質(zhì)政策要求“在稀釋后，附近水域水質(zhì)不應(yīng)損害魚類生物”，如果排水口距離貝類繁殖區(qū)域或自然保護(hù)區(qū)不足1 km，排水溫度必須低于30℃，主要通過溫升限值、排水口溫度限值、排水口外一定距離外的溫度限值進(jìn)行限值控制。

我國目前還沒有專門的冷卻水排放標(biāo)準(zhǔn)，僅在部分水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水體的溫升提出明確規(guī)定。如，《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097—1997)規(guī)定，對(duì)于第一、二類海域海水水質(zhì)，人為造成的海水溫升夏季不超過當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)?℃，其他季節(jié)不超過2℃;對(duì)于第三、四類海域海水水質(zhì)，人為造成的海水溫升不超過當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)?℃。另外，其他行業(yè)規(guī)章制度和管理辦法對(duì)溫排水范圍控制方法和指標(biāo)也做出一些規(guī)定。如，《近岸海域環(huán)境功能區(qū)管理辦法》(國家環(huán)境保護(hù)總局令第8號(hào)，1999)第九條規(guī)定，對(duì)入海河流河口、陸源直排口和污水排海工程排放口附近的近岸海域可確定為混合區(qū)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)該區(qū)域水動(dòng)力條件，鄰近近岸海域環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)要求以及接納污染物的種類、數(shù)量等因素，進(jìn)行科學(xué)論證并確定混合區(qū)的范圍，混合區(qū)不得影響鄰近近岸海域環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)和魚類洄游通道;水利部頒布的《入河排污口設(shè)置論證基本要求》規(guī)定，論證工作應(yīng)預(yù)測(cè)入河排污口排污對(duì)各水期，尤其是不利環(huán)境設(shè)計(jì)水量條件下對(duì)水體水質(zhì)影響范圍，溫排水應(yīng)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)條件下周平均1℃以上溫升范圍，涉及第三者權(quán)益影響的需預(yù)測(cè)周平均1℃以下溫升影響范圍。

針對(duì)溫排水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，國外早在20世紀(jì)40年代已開展熱污染對(duì)魚類的影響研究［1－2］。20世紀(jì)50年代以后，隨著工業(yè)的發(fā)展，電力需求量增大、循環(huán)冷卻水量增大、排入環(huán)境的熱量增大，溫排水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響受到廣泛關(guān)注，美國、西歐等發(fā)達(dá)國家相繼開展水生環(huán)境的熱影響方面的研究工作［3－6］，我國在20世紀(jì)80年代后期陸續(xù)開展有關(guān)水生生態(tài)熱效應(yīng)的研究［7－9］。溫排水使水域溫度升高，在水體表面常出現(xiàn)白色浮沫，造成水色渾濁、透明度降低、溶解氧含量下降以及增加氨氮和重金屬的毒副作用，從而影響水域中生物的生存［10－11］。浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最主要的初級(jí)生產(chǎn)者，溫度對(duì)海洋浮游植物的生長繁殖以及群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響［12－20］。研究表明，環(huán)境水溫較低時(shí)，水體升溫能促進(jìn)藻類生長;環(huán)境水溫適中時(shí)，增溫不大于3℃能促進(jìn)藻類生長，群落中種類數(shù)增加，其中浮游植物種類數(shù)平均增加50%，而增溫大于3℃則抑制藻類生長;環(huán)境水溫較高時(shí)，水體升溫會(huì)抑制藻類生長，且增溫幅度越大，降低群落物種多樣性，抑制效果越強(qiáng)。溫升對(duì)底棲動(dòng)物的種類組成和生物量沒有明顯的規(guī)律性影響，但是季節(jié)不同，水溫對(duì)底棲動(dòng)物的影響有所差別。

對(duì)于電廠溫排水用海面積的界定，目前只有《海籍調(diào)查規(guī)范》(HY/T 124—2009)中給予較明確的方法。根據(jù)《海籍調(diào)查規(guī)范》(HY/T 124—2009)中的規(guī)定，位于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)附近的電廠溫排水用海，按人為造成夏季升溫1℃、其他季節(jié)升溫2℃的水體所波及的最大包絡(luò)線界定;其他水域的溫排水用海，按人為造成升溫4℃的水體所波及的最大包絡(luò)線界定。目前國家海洋局在審批濱海電廠溫排水用海時(shí)，均對(duì)溫排水的用海范圍和形狀提出進(jìn)行調(diào)整的要求，以減少對(duì)海岸線和海域資源的占用和規(guī)整溫排水用海形狀。為充分體現(xiàn)集約節(jié)約用海理念、減少環(huán)境影響、提高海域使用論證工作效率和便于海域使用管理，有必要對(duì)溫排水用海界定方法進(jìn)行深入研究。

1 濱海電廠案例

圖1 濱海電廠地理位置

根據(jù)電廠溫排水用海擴(kuò)散數(shù)值模擬結(jié)果，即電廠溫排水用海實(shí)際需要占用海域面積來統(tǒng)計(jì)，位于開闊海域的濱海電廠，每1 000 MW發(fā)電量產(chǎn)生的溫排水用海需使用海域面積約0.79～41.25 hm2，平均約15.74 hm2;位于海灣的電廠，每1 000 MW發(fā)電量產(chǎn)生的溫排水用海需使用海域面積約1.23～33.64 hm2，平均約16.43 hm2;核電廠由于其排水量比較大，溫排水?dāng)U散范圍也較大，根據(jù)收集電廠資料，溫排水4℃溫升用海面積約為43.52～815.93 hm2，平均約332.93 hm2(表1、圖2)。

表1 不同海域類型的濱海電廠基本情況

續(xù)表

根據(jù)收集的電廠用海情況來看，廣東陸豐甲湖灣電廠和國投湄洲灣第二發(fā)電廠溫排水用海面積較小，主要原因?yàn)?廣東陸豐甲湖灣電廠排水口布置在電廠東防波堤外側(cè)、海甲山以南的護(hù)岸外側(cè)，采用箱涵排水，排水口設(shè)置在－8 m等深線附近，水比較深，利于溫排水的混合;國投湄洲灣第二發(fā)電廠排水口布置在湄洲灣主航道的東側(cè)約370 m，排水口底板頂標(biāo)高－16 m，排水出流與周圍環(huán)境水體的卷吸摻混較充分，高溫升區(qū)影響面積較小。

圖2 濱海火電廠溫排水實(shí)際用海(4℃溫升最大外包絡(luò)線面積)及申請(qǐng)用海面積比較

根據(jù)收集電廠溫排水用海情況來看，湛江京信東海電廠2×600 MW“上大壓小”熱電聯(lián)產(chǎn)熱媒機(jī)組工程和福建石獅鴻山熱電廠二期工程溫排水用海面積較大，主要原因?yàn)?湛江京信東海電廠2× 600 MW“上大壓小”熱電聯(lián)產(chǎn)熱媒機(jī)組工程位于湛江灣內(nèi)，排水口布置煤碼頭西側(cè)港池外的海床上，通過水下涵管將溫排水輸送到外海主流區(qū)排放，排水口附近水深在2.4～4.0 m，不利于溫排水?dāng)U散;福建石獅鴻山熱電廠二期工程雖不在海灣，但其排水口設(shè)置在一個(gè)小海灣即錦尚灣內(nèi)，排水口內(nèi)底標(biāo)高為－7.5 m、內(nèi)頂標(biāo)高為－5.0 m，在保證率97%的低潮位時(shí)，其排水溝道的內(nèi)頂標(biāo)高尚有1.48 m的淹沒水深，不利于溫排水?dāng)U散，使兩期工程的溫排水4℃溫升最大包絡(luò)線幾乎覆蓋整個(gè)錦尚灣。

對(duì)比2010年前后的電廠溫排水用海情況，最近幾個(gè)電廠溫排水用海面積比以前的用海面積有所減少，其原因主要包括:最近審批的電廠對(duì)排水口選址問題比較重視，從水深、擴(kuò)散條件等角度建議排水口設(shè)置比選;針對(duì)溫排水范圍較大，對(duì)周邊海域開發(fā)活動(dòng)影響顯著的，均要求其采取工程措施或環(huán)保措施，如采用海底管道進(jìn)行離岸深水排放或冷卻塔等;海洋環(huán)境保護(hù)意識(shí)加強(qiáng)和海域資源合理利用的監(jiān)管力度加強(qiáng)。

從表1中可以看出，位于海灣的電廠溫排水用海范圍與位于開闊海域電廠的溫排水用海范圍基本相當(dāng)。另外，根據(jù)對(duì)幾個(gè)典型電廠的研究結(jié)果，建議在海灣或開闊海域電廠每1 000 MW發(fā)電量產(chǎn)生的溫排水用海面積不超過5 hm2。因核電溫排水量比較大，溫升范圍影響也大，從集約節(jié)約用海和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，建議按照統(tǒng)計(jì)值中的最小用海面積進(jìn)行界定，即每1 000 MW發(fā)電量產(chǎn)生的溫排水用海面積不超過40 hm2。

2 溫排水排放和管理存在的問題

2.1 溫排水用海形狀不規(guī)則，不方便用海管理

目前對(duì)溫排水用海面積的界定多數(shù)是嚴(yán)格按照《海籍調(diào)查規(guī)范》要求，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果“在其他海域人為造成升溫4℃(水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)附近按夏季溫升2℃、冬季溫升1℃)的水體所波及的最大包絡(luò)線”確定，雖符合要求，但不規(guī)則的溫排水用海范圍給海域使用管理帶來一定困難。如，京信電力2臺(tái)600 MW超臨界國產(chǎn)燃煤供熱發(fā)電機(jī)組工程和某核電廠4項(xiàng)目的溫排水用海形狀不規(guī)則，從便于海域管理等角度出發(fā)，都進(jìn)行不同程度的規(guī)整。

(2)在雙山巖體及老墳爬巖體中尋找斑巖型(銅)鉬礦床，在巖體中鉀化、黃鐵礦化、硅化等礦化蝕變處是非常有效的找礦標(biāo)志。

以京信電力2臺(tái)600 MW超臨界國產(chǎn)燃煤供熱發(fā)電機(jī)組為例，該項(xiàng)目位于湛江灣、東海島北岸、東海島臨港工業(yè)區(qū)區(qū)域建設(shè)用海規(guī)劃范圍內(nèi)。該項(xiàng)目排水方案采用“近取遠(yuǎn)排、深取深排”的差位式取、排水布置，排水管順規(guī)劃岸線向西北延伸153 m后直角轉(zhuǎn)向海延伸500 m，通過水下涵管將溫排水輸送到主流區(qū)排放。

由于項(xiàng)目位于海灣淺灘，海域環(huán)境容量有限，工程所在海域的潮流動(dòng)力較弱，溫排水4℃溫升包絡(luò)線影響范圍較大。受工程附近往復(fù)流的影響，使溫水向西側(cè)擴(kuò)散的距離大于東側(cè)。溫排水部分?jǐn)U散至項(xiàng)目西側(cè)區(qū)域建設(shè)用海規(guī)劃港池范圍內(nèi)，若嚴(yán)格按照《海籍調(diào)查規(guī)范》要求根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果界定溫排水用海范圍并以此進(jìn)行溫排水用海確權(quán)，將對(duì)西側(cè)項(xiàng)目碼頭的建設(shè)和發(fā)展帶來影響。另外，根據(jù)數(shù)值模擬給出的4℃的水體所波及的最大包絡(luò)線外緣線界定溫排水用海，其形狀呈舌形分布、極其不規(guī)則，給海域使用管理帶來一定困難。

從便于海域管理和不影響規(guī)劃港池開發(fā)利用的角度出發(fā)，對(duì)溫排水用海確權(quán)范圍進(jìn)行調(diào)整，確權(quán)至東海島港區(qū)航道和東海島臨港工業(yè)區(qū)區(qū)域建設(shè)用海規(guī)劃的港池等用海的邊緣線。溫排水(4℃包絡(luò)線)實(shí)際需要用海40.221 9 hm2，而調(diào)整后的確權(quán)面積為13.455 1 hm2，溫排水用海界址點(diǎn)從40個(gè)減少為9個(gè)。

2.2 溫排水?dāng)U散面積大，占用岸線較長

濱海電廠利用海水冷卻可滿足電廠大量用水需求，但若將升溫后的水不采取任何措施直排入海，往往擴(kuò)散范圍較大，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響也較大;此外直排入海的溫排水沿海岸擴(kuò)散、影響岸線較長，若按實(shí)際影響范圍來申請(qǐng)用海則占用岸線較長，影響海域岸線資源的開發(fā)利用。

廣東華電豐盛汕頭電廠“上大壓小”新建項(xiàng)目規(guī)劃容量為2×600 MW+2×1 000 MW國產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組，本期工程建設(shè)2×600 MW超超臨界國產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)，本項(xiàng)目用海主要包括廠區(qū)填海、碼頭工程和取排水口用海幾個(gè)部分，項(xiàng)目申請(qǐng)海域使用總面積為159.828 7 hm2，溫排水用海范圍按《海籍調(diào)查規(guī)范》中對(duì)于其他水域的溫排水用海界址線的規(guī)定“按人為造成升溫4℃的水體所波及的最大包絡(luò)線界定”的要求來確定。根據(jù)本項(xiàng)目溫排數(shù)模的結(jié)果，以項(xiàng)目2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)升溫4℃的水體所波及的最大包絡(luò)線為界確定項(xiàng)目溫排水用海界址線，項(xiàng)目溫排水用海面積為27.483 2 hm2、占用岸線546.62 m。評(píng)審專家認(rèn)為從減少項(xiàng)目占用岸線以及溫排水用海確權(quán)對(duì)該海域海洋功能區(qū)開發(fā)利用的影響角度考慮，提出項(xiàng)目溫排水不予確權(quán)的結(jié)論。

某核電廠2項(xiàng)目溫排水冬、夏季的大、中、小潮4℃溫升疊加最大包絡(luò)范圍為375.599 3 hm2、占用岸線2 658.7 m，溫排水用海方式為其他開放式用海。由于海域具有功能的多宜性和開發(fā)利用的立體性，溫排水區(qū)域?qū)厣绊懖幻舾械拈_發(fā)利用活動(dòng)無排他性。經(jīng)論證，最終申請(qǐng)的溫排水用海面積285.553 7 hm2，不再占用自然岸線。

2.3 海灣內(nèi)潮流動(dòng)力弱，溫升影響范圍較大

海灣內(nèi)多往復(fù)流，使溫升包絡(luò)線擴(kuò)散范圍較大。此外海灣的水動(dòng)力條件差、污染物擴(kuò)散較慢，導(dǎo)致海灣海域的生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，主要表現(xiàn)在富營養(yǎng)化及營養(yǎng)鹽失衡、生物群落結(jié)構(gòu)異常、生態(tài)環(huán)境易惡化，因此電廠溫排水的排放會(huì)在不同程度上加快海灣生態(tài)系統(tǒng)的惡化速度。湛江京信電力項(xiàng)目位于湛江灣淺灘，海域環(huán)境容量有限，工程所在海域的潮流動(dòng)力較弱，因此溫排水4℃溫升包絡(luò)線影響范圍較大。另外，福建省石獅市鴻山熱電廠雖廠址不在海灣，但其排水口設(shè)置在一個(gè)小海灣即錦尚灣內(nèi)，根據(jù)數(shù)模研究結(jié)果，鴻山熱電廠兩期工程溫排水4℃溫升最大影響面積幾乎覆蓋整個(gè)錦尚灣。

3 結(jié)論與建議

根據(jù)已有研究結(jié)果和電廠溫排水存在的問題，結(jié)合了解的溫排水降溫措施，為便于溫排水用海管理，提出以下建議。

(1)從大多數(shù)學(xué)者的研究來看，溫升大于3℃時(shí)，溫升對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境影響較為明顯，尤其是對(duì)浮游生物和魚類的不利影響非常明顯。結(jié)合《中華人民共和國海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，建議將溫升大于4℃的溫排水用海納入用海申請(qǐng)管理。

(2)根據(jù)溫排水用海規(guī)模等相關(guān)研究，濱海電廠預(yù)測(cè)4℃最大包絡(luò)范圍與實(shí)測(cè)4℃最大包絡(luò)范圍比較相近，但隨著溫升度數(shù)的降低，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的差別增大，建議濱海電廠溫排水用海范圍的界定按溫升4℃最大包絡(luò)線范圍為基準(zhǔn)。

(3)針對(duì)4℃溫升的包絡(luò)線，考慮周邊海域開發(fā)利用現(xiàn)狀、利益相關(guān)者、海域資源利用效率等，進(jìn)行形狀的規(guī)則化如矩形、多邊形等，使其更便于管理。

(4)為降低濱海電廠溫排水?dāng)U散范圍和減少其對(duì)周邊開發(fā)活動(dòng)的影響，建議采用排水明渠或采用階梯式的排水方式。

(5)建議濱海電廠或電廠排水口避開水體交換條件和水文動(dòng)力環(huán)境較差的小海灣。

(6)建議電廠排水工程盡可能遠(yuǎn)離岸線，深海排放。

(7)根據(jù)電廠所在海域特征進(jìn)行取排水口布置優(yōu)化，從排水口的走向、位置、深度和排水方式等方面進(jìn)行比選優(yōu)化，提出工程措施，以降低溫排水的影響范圍。排水口的設(shè)置要與已有的和將有的其他排污口錯(cuò)開，以免對(duì)水生態(tài)產(chǎn)生疊加效應(yīng)，排水口之間要留有足夠距離，以保持原有水體的生態(tài)環(huán)境。排水口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離岸線，在不影響航道船只通航的情況下，溫排水口應(yīng)盡量向海洋中心深入，因地制宜安排排水設(shè)施，盡量減小溫排水對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

(8)采取環(huán)保措施后，濱海電廠溫排水的影響范圍仍然會(huì)波及周邊敏感活動(dòng)的，應(yīng)要求電廠設(shè)冷卻系統(tǒng)，降低排水口出水溫升。

(9)由于溫排水用海屬于開放式且排他性較低，往往海域使用面積大，建議在海域使用功能兼容的情況下，溫排水用海與其他開發(fā)活動(dòng)用海范圍重疊，或設(shè)在具有明確開發(fā)方向且尚未使用的海域內(nèi);若溫排水用海確權(quán)會(huì)影響現(xiàn)有海域功能的發(fā)揮或未來開發(fā)使用，溫排水用海可不確權(quán)。

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Marine Management Scope of Cooling Water Discharge of Coastal Power Plant for Sea Area Usage

ZHANG Cuiping1，JIA Houlei1，ZHANG Shaoli2，LI Shan1，WANG Ping1，CHEN Mianrun1

(1.South China Sea Marine Engineering and Environment Institute，SOA，Guangzhou 510300，China; 2．Management Department of Marine，SOA，Beijing 100860，China)

Cooling water of power plant has the problems of irregular shape，large sea area occupying，and long coastline，which not only have caused serious waste of marine resources，but also increased the difficulty of the management of sea area usage．This paper analyzed the characteristics of reclamation of the rights of sea usage，quantified the actual and applying sea area of occupying by unit Megawatt，based on investigation on coastal cooling waters discharge of 18 coastal power plants．Suggestions were put forward according to the case analysis，combined with the cooling effect of cooling water．

Cooling water of coastal power plant，Reclamation of the rights of sea area usage，Marine management

X3;P7

A

1005－9857(2017)02－0027－07

2016-10-07;

2016-12-20

國家海洋局海域使用管理專項(xiàng)(2200204)．

張翠萍，工程師，博士，研究方向?yàn)楹Ｓ蚬芾怼⒑Ｑ笊鷳B(tài)，電子信箱:zcp80@126．com

賈后磊，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)楹Ｓ蚬芾怼⒑Ｑ蟓h(huán)境保護(hù)和海洋減災(zāi)等，電子信箱:jiahoulei@163.com