跨海大橋工程對附近海域水質和生態環境的影響及其跟蹤監測驗證

曹靜,許恒韜,趙滄海,王志富,林柏,陳立紅

(自然資源部第二海洋研究所工程海洋學重點實驗室 杭州 310012)

0 引言

隨著我國綜合國力、經濟發展水平、科學技術水平和社會交流程度的提升,跨海大橋成為促進兩地經濟和文化交流的重要交通樞紐,越來越多的跨海大橋相繼建成或開工。跨海大橋是在海上建造的橋梁工程,通常跨度較長,短則數千米、長則數十千米,結構復雜且建設周期較長,因此工程建設可能對附近海域水質和生態環境產生一定的影響。目前我國關于跨海大橋工程對附近海域影響的研究較少[1-2],關于跨海大橋工程實施前后其附近海域水質和生態環境實際變化情況的跟蹤監測研究更是尚未見報道。本研究以舟山市小干二橋為例,系統分析跨海大橋工程對附近海域水質和生態環境的影響因素、影響方式、影響性質和影響程度,同時收集和整理歷年調查資料,進一步驗證跨海大橋工程對附近海域水質和生態環境的影響。

1 調查和評價方法

1.1 水質和生態環境調查

舟山市小干二橋工程南起于小干島規劃環島南路,北止于港島路與海天大道路口。小干二橋全長1.46 km,分為主橋、臨城新區側引橋和小干島側引橋三大部分。主橋采用自錨式懸索橋方案,跨徑為370 m;引橋采用混凝土連續箱梁方案,跨徑為35～40 m。該工程于2015年5月12日開工,主體工程于2017年12月20日完工。

對小干二橋工程附近海域水質和生態環境共進行3次調查[3-5],分別是工程施工前(2012年4月,由自然資源部第二海洋研究所完成)、工程施工中(2016年5月,由舟山市海洋環境監測預報中心完成)和工程施工后(2019年4月,由自然資源部第二海洋研究所完成)。調查站位如圖1所示。

圖1 調查站位

海水水質的調查內容包括懸浮物、化學需氧量、溶解氧、無機氮、活性磷酸鹽和石油類,海洋生態環境的調查內容包括浮游植物、浮游動物、潮間帶生物和底棲生物。調查過程中的樣品采集、儲存、運輸和預處理及其分析和測定均按照《海洋調查規范》(GB/T 12763—2007)和《海洋監測規范》(GB 17378—2007)的相關要求進行。

1.2 評價方法

海水水質采用單因子評價標準指數法評價,如果評價因子的標準指數大于1,表明該因子超過相應的海水水質評價標準。海洋生態環境考量海洋生物多樣性,采用Shannon-Weaver指數法評價。

(1)化學需氧量、無機氮、活性磷酸鹽和石油類的標準指數計算公式為:

式中:Sij為評價因子i在站位j的標準指數;Cij為評價因子i在站位j的質量濃度;Csi為評價因子i的評價標準。

(2)溶解氧的標準指數計算公式為:

式中:Sj為溶解氧在站位j的標準指數;f為飽和溶解氧的質量濃度;Cj為溶解氧在站位j的實測濃度;S為溶解氧的評價標準;t為水溫。

(3)Shannon-Weaver指數的計算公式為:

式中:S為樣品中的生物種類數;Ni為樣品中第i種生物的個體數;N為樣品中的生物總個體數。

2 跨海大橋工程對附近海域水質的影響

2.1 總體分析

綜合小干二橋工程的規模、性質和施工特點,工程施工期對附近海域水質的污染源主要包括懸浮泥沙廢水、施工人員生活污水、施工廢水、施工船舶含油廢水和鉆渣泥漿。①懸浮泥沙廢水主要來自橋梁基礎作業,包括臨時棧橋和承臺等的搭建和拆除等施工過程;②施工人員生活污水主要來自宿舍水房、食堂、辦公地點和施工船舶,主要污染物為化學需氧量、氨氮、懸浮物和動植物油;③施工廢水主要來自施工機械的“跑冒滴漏”以及雨水沖刷產生的油污水和砂石料加工沖洗廢水,主要污染物為懸浮物和石油類;④施工船舶含油廢水主要來自拖輪、運輸駁、救護艇、砂石駁、交通船和打樁船等施工船舶的艙底油污水,主要污染物為石油類;⑤鉆渣泥漿主要來自鉆孔樁施工,主要成分為泥質、砂石和基巖屑。

根據調查結果[6],在小干二橋工程施工期,臨時棧橋和承臺的搭建和拆除等施工都盡量在低潮位時進行;施工人員生活污水經收集和處理后回用,無外排;設置專門的材料堆場,并有防風和防雨設施;施工船舶均有船舶防油污證書,含油廢水均鉛封管理,并送至具有處理資質的單位處理;鉆孔泥漿水經沉淀池簡易處理后,泥漿水和泥漿鉆渣統一運送至指定位置處理。因此,工程施工期施工人員生活污水、施工廢水、施工船舶含油廢水和鉆渣泥漿對附近海域水質不會造成影響;橋梁基礎施工盡量在低潮位時進行,最大限度地減少懸浮泥沙對水質的影響。

2.2 跟蹤監測驗證

結合工程施工期污染源的特點,選取懸浮物、化學需氧量、溶解氧、無機氮、活性磷酸鹽和石油類為調查對象,根據工程實施前后附近海域水質調查資料,對小干二橋工程對附近海域水質的影響進行跟蹤監測驗證(圖2)。

圖2 工程實施前后附近海域水質的變化情況

由圖2可以看出:工程實施前后附近海域懸浮物平均濃度的變化幅度不大,2016年橋梁基礎施工也未引起附近海域懸浮物濃度大幅增加,這可能與盡量在低潮位時施工有關;化學需氧量、溶解氧、無機氮、活性磷酸鹽和石油類平均濃度總體保持不變,表明工程施工對附近海域水質影響不大,與前文分析結果一致;除無機氮和活性磷酸鹽外,化學需氧量、溶解氧和石油類均符合《海水水質標準》(GB 3097—1997)[7]中的第一類標準。調查海域呈富營養化狀態,主要是受長江、錢塘江和杭州灣等徑流以及沿岸陸源排污的影響[8-9],而非本工程施工所致。

3 跨海大橋工程對附近海域生態環境的影響

3.1 總體分析

在采取各項有效污染防治措施的基礎上,小干二橋工程對附近海域水質的主要污染因子為橋梁基礎施工擾動潮間帶底泥等產生的懸浮泥沙,而懸浮泥沙入海可能對附近海域的浮游生物產生不利影響。相關報道表明[10-11]:一方面,懸浮泥沙與海水混合后將在局部海域形成懸浮物含量很高的水團,可削弱水體透光性和降低海洋初級生產力,導致浮游植物數量減少;由于泥沙的沉降,一些浮游植物被一同裹挾沉降,導致浮游植物的種類和數量都有所減少。另一方面,由于浮游植物數量減少,作為水體次級營養級并以浮游植物和有機碎屑為食物的浮游動物的生存環境將受到影響;懸浮物黏附在浮游動物體表會干擾其正常生理功能,尤其濾食性浮游動物會吞食一定粒徑的懸浮物,造成其內部消化系統紊亂,影響其生長率和攝食率等,從而造成浮游動物數量減少。小干二橋工程的橋梁基礎施工盡量在低潮位時進行,受施工條件限制,整個施工期間局部因樁基施打和拔除等作業擾動底泥產生的懸浮泥沙對附近海域水質的影響范圍和程度有限,進而可以判斷其對附近海域浮游生物的影響不大。

小干二橋工程對潮間帶生物和底棲生物的影響主要體現在基礎工程占用海域和施工過程造成的生物損失。在施工中,棧橋和承臺的搭建會占用一定面積的海床,造成該海域潮間帶生物和底棲生物損失,但隨著棧橋和承臺的拆除,該海域潮間帶生物和底棲生物的生境將逐漸恢復。橋墩會永久占用一定面積的海床,該海域潮間帶生物和底棲生物的生境將永久損失。此外,由于棧橋、承臺和橋墩在施工過程中會對該海域外側一定范圍內的底泥造成干擾,進而導致潮間帶生物和底棲生物的生境受損,并引發部分潮間帶生物和底棲生物死亡;但隨著施工結束,該海域潮間帶生物和底棲生物將在一定時間內逐漸恢復。總體來看,小干二橋工程對潮間帶生物和底棲生物的影響范圍是局部的,生境永久損失的范圍僅為橋墩占用的海床;而棧橋和承臺等臨時施工和擾動區域(一般為施工區域外側10 m內)對潮間帶生物和底棲生物的影響是暫時亦是局部的,施工結束其影響隨之消失,潮間帶生物和底棲生物的生境、生物量和生物密度將在一定時間內恢復。

3.2 跟蹤監測驗證

小干二橋工程實施前后附近海域生態環境的調查數據如表1和表2所示。

表1 浮游生物的變化情況

表2 潮間帶生物和底棲生物的變化情況

由表1可以看出:浮游植物和浮游動物的生物密度因工程施工而有所下降,但生物多樣性有所上升或保持不變,表明工程施工對浮游生物的影響不大;施工后浮游植物和浮游動物的生物密度均有所回升,生物多樣性也較穩定,表明懸浮泥沙對浮游生物的影響隨著施工結束而消失。總體來看,小干二橋工程對附近海域浮游生物的影響不大,與前文分析結果一致。

由表2可以看出,工程施工中附近海域潮間帶生物和底棲生物的生物量和生物密度并未明顯下降,進一步證明工程施工對潮間帶生物和底棲生物的影響僅限于局部范圍,與前文分析結果一致。

4 結語

本研究以小干二橋工程為例,從理論角度系統分析跨海大橋工程施工對附近海域水質和生態環境的影響,并結合歷年跟蹤監測的調查資料,驗證工程施工對海水水質和海洋生態環境的影響較小。此外,由于工程建設單位和施工單位在思想上高度重視海洋環境保護工作,在施工期間積極落實各項污染防治和環境保護措施,最大限度地減少工程施工對附近海域水質和生態環境的影響,實現海洋開發利用與生態環境保護的和諧共贏。