芻議我國直流冷卻電廠冷卻用水生態危害與減損

唐森銘，商照榮，黃 浩*, 張玉生

(1.自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005； 2.生態環境部核與輻射安全中心, 北京 100082)

海洋作為全球最大的生態系統，在全球氣候調節、污染物降解以及生態系統健康維護等方面發揮了重要作用。近海海洋水體是生態系統的重要組成部分，它具有生態平衡、氣候調節、凈化環境、漁業生產、運輸、旅游、教育等重大功能[1]。除此之外，人們還利用海水進行降溫，賦予了海水冷卻功能。迄今為止，世界濱海的火電和核電廠絕大多數使用海水進行循環冷卻。我國的濱海電廠基本上使用海水直接冷卻，為發電機組降溫。隨著濱海熱電廠數量的增加，冷卻水用量劇增，余熱排放導致高溫海水大量進入海洋，引發了一系列生態與環境問題。電廠取水冷卻過程中，在高溫、高壓、機械以及藥物投放等多種物理化學因子的作用下，大部分生物不適應突變的環境而死亡，導致水體中生物消失、水體污染。水生生物的棲息空間、水環境質量和海洋冷卻用水需求之間的矛盾日益尖銳，海洋生態系統結構和服務功能退化[2-6]。

冷卻水使用對生態系統的負面影響伴隨著電廠取水冷卻過程持續存在。但是，過去人們主要關注溫排水造成的海洋生態系統影響。電廠取水需求增加后，人們發現取水口同樣存在生物傷害和海洋生態系統危害[7-9]。當今全球海洋生態系統受到海洋污染、棲息地破壞、過度捕撈和外來物種入侵等四大威脅，冷卻水取水和排水的負面影響幾乎涉及了所有方面。溫排水改變局部海洋熱平衡，改變水生生物棲息環境；溫排水中的余氯和余熱導致水體污染；取水傷害魚類和其他小型生物，成為過度捕撈的又一種方式；電廠取水口外滋生外來物種，如斑馬貽貝(Dreissenapolymorpha)等[10]。目前，電廠大量取用海水產生的海洋環境影響仍然沒有得到充分認識。實際上，海洋植物的光合作用，動物覓食、生長和繁殖，生態系統的穩定和功能正常，都不能離開海水。海洋是全球生命支持系統的一個基本組成部分，冷卻取水實現了海水降溫的附加價值，但在海洋生命系統內取水，擠占海洋生態空間的事實很多人混然不知。

本研究以我國規?；鋮s取排水為背景，對海洋生態系統潛在的負面影響進行闡述。特別就電廠冷卻取水伴生的卷塞和卷載效應以及對漁業資源和魚卵、仔稚魚的影響進行了分析，提出了冷卻用水過程中防范生物傷害的減損措施。本研究旨在為濱海電廠建設以及海洋生態系統保護和修復提供科學依據和技術支撐。

1 電廠對冷卻水的需求

1.1 電廠冷卻水系統的冷卻方式

以核電廠為例，電廠反應堆內鈾燃料裂變過程中產生大量的熱量，通過傳導加熱水體，產生蒸汽驅動渦輪機發電。為了提高發電效率，需要將蒸汽冷凝回用，使之再進入加熱系統循環使用。限于當前技術，目前還不能夠充分利用核能產生的全部熱能，大約2/3的熱量通過海水交換以廢熱的形式排放進入海洋環境。電廠的冷卻降溫可通過多種方式進行，不同的冷卻方式對海洋環境影響不同，目前在濱海電廠使用的主要有以下2種方式。

1.1.1 直流冷卻系統 直流冷卻系統是使用最多的也是效率最高的熱排放方式。海水直流冷卻技術以原海水為冷卻介質，海水經換熱設備完成一次性冷卻后，直接排放處理。該技術具有取水溫度低、冷卻效率高以及系統運行管理簡單等優點，但也存在取水量大、工程一次性投資大、排污量大和海洋水體污染明顯等問題[11]。直流冷卻系統不會重復利用冷卻水，廢水排放后在自然環境中冷卻。由于廢水排放溫度不能太高(一般不高于7 ℃)，因此每天需要抽取數量巨大的海水進行熱交換。直流冷卻是最簡單的熱排放方式，低溫海水循環后加熱，再返回水源地。直流冷卻水很少蒸發損耗，但產生了大量熱污染，從而改變水質和生物棲息地環境。直流冷卻對水質要求高，低溫、潔凈是首要條件。取水口需防范包括生物在內的各種垃圾堵塞，管道系統需要添加殺生劑滅殺海洋生物，防止生物附著，確保供水順暢。電廠取水區應回避生態敏感區和高生產力水域，加上限制溫排水等，我國濱海發電廠可用的選址不多。

1.1.2 內循環冷卻系統 該系統利用水體通過冷卻塔蒸發帶走熱量，故也稱濕式冷卻系統或二次循環冷卻系統。與直流冷卻系統相比，內循環冷卻系統減少了取水量，不向水體排放熱量，對水生生態系統的影響減少95%左右。因其環境友好，1970年以來美國大多數電廠選擇使用內循環冷卻系統[11]。為了解決淡水不足和直流冷卻用水量大的問題，海水循環冷卻技術應運而生。該技術應用海水循環冷卻取代直流冷卻完成熱量交換，目前我國已經有十萬噸級設備投運[12]，該技術的大型化、工程化及大型發電機組技術進程研制尚需加快。

綜上，直流冷卻方式效率較高，技術方法相對簡單。為了獲得穩定的低溫海水供應，大部分電廠建設在濱海地區，以方便取用大量海水，獲得最大程度的冷卻效益。我國已投入使用的有 47 臺和正在建設的有 15臺核電機組全部位于濱海地帶[13]，以直流冷卻方式運行。與發達國家比較，我國直流冷卻電廠占有的比例高，潛在的環境問題較大。

1.2 冷卻水用水量

電廠發電需要大量冷卻水對渦輪機的高溫蒸汽進行冷卻，核電廠生產1×106kW發電量大約每秒需要冷卻水75 m3，火電廠用水量略低，為每秒50 m3[7]。按照1×106kW發電量需要冷卻水75 m3/s計算，24 h運行需抽取6.48×106m3海水，全年需要冷卻水數量為2.365×109m3。

我國2012年核電發電1.257×107kW，使用冷卻水2.973×1010m3。根據規劃，2020年我國濱海核電廠裝機容量將達到5.800×107kW，估算每年冷卻水使用量達1.372×1011m3。 我國2030年核電裝機容量將達到1.370×108kW的建議目標，如全部機組仍然使用直流冷卻，其用水量將是2020年的2.36倍，達3.240×1011m3(圖1)。

圖1 我國濱海核電裝機容量與年用水量估算Fig.1 Development of total capacity of NPS and annual water consumption estimated in coastal China圖中折線代表裝機容量，直方圖代表冷卻水用量；圖中裝機容量數據引自資料[14-17]。

2012年全國直接利用海水共計6.631×1010m3，主要為火(核)電冷卻用水[18]，大約是同年核電廠用水量(2.973×1010m3)的2倍。以大亞灣海水容積為5×109m3來算，2012年我國火(核)電冷卻水用量需要12個大亞灣的容量，其中僅核電取水一項即消耗了6個大亞灣容量的海水以及其中的海洋生物。

未來，環境污染較大的小型電廠建設將受到限制，海水淡化、海水替代工業用水、大生活用海水等不同用途的用水將進一步增加。與世界發達國家比較，我國冷卻水使用量還處于較低水平，用水量成倍增長是長期趨勢，將來電廠取排水的環境影響將更加嚴重。

2 直流冷卻用水的負面效應

直流冷卻是電廠用水量最大的冷卻方式，冷卻過程中進入冷卻系統的生物體在物理和化學作用下幾乎沒有生還的可能[8]。溫排水重新排入海洋，導致局部水體溫度升高，不同程度地改變水體水質和水生生物的棲息環境。在取水口濾網上卷塞的生物，在水流和濾網阻擋下損傷，除了直接死亡外，僥幸逃脫的生物還將面對生存考驗，能夠存活的機會不多。

2.1 溫排水生態效應

直流冷卻系統用水除了大量抽取水體降溫之外，取水過程對海洋生物和海洋生態施加更為嚴重的影響。核電站運行過程中，需要大量的水作為冷卻劑。據估算，以兩臺百萬千瓦機組的發電能力計算，每天排出的熱量可以將周邊1×107m3水體的水溫提升5.5 ℃[19]。

長期將4 ℃以上熱水排入海洋，即視為污染水體[20]。《海水水質標準》規定，海洋水體符合第一、二類水質標準的，夏季人為造成的海水溫升不超過當時當地1 ℃，其他季節不超過2 ℃；第三、四類水質的溫升不能超過當時當地4 ℃[21]。超過限值，水質降級。熱污染減少水體溶解氧含量，大面積的低氧區甚至造成局部水體荒漠化。溫升容易導致水體滋生有害致病生物，不利于水生生物正常生長。溫排水中的余氯、溫度可能對魚類和貝類生殖、索餌活動造成不利影響，高溫區可能導致生物的熱沖擊而死亡。為了避免溫排水的直接影響，通常將排水口附近水域劃定為熱擴散區，即溫排水專用區(混合區)，專用區內可以不考慮溫排水的影響。但是，專用區內出現的高溫海水則可能在海區形成大范圍的熱障，從而阻斷游泳動物的洄游路徑，改變產卵區位置。受影響的附近海區不再適合藻類養殖，區域生態系統結構將產生變化。因此，電廠選址需考慮溫排水問題，在水體擴散能力良好的開放水域設置排放口，能夠最大程度地降低溫排水的不利影響。

2.2 卷載機理與影響

溫排水導致的溫升對海水的物理、化學性質造成影響，電廠取水對水生生物的影響包括取水的機械過程導致生物個體死亡，改變生物群落的種類組成和數量變化。

電廠取用冷卻水對水生生物的影響根據其物理作用方式分為卷載和卷塞(見“2.3”)兩個部分。卷載是電廠取水后水生生物等在水流裹挾下通過濾網進入電廠冷卻系統的過程。簡單地說，卷載是水體通過濾網之后發生在封閉的冷卻系統內的過程。

被卷載的生物體型小，體長或高度一般不大于濾網孔徑(約1 cm)。它們包括微生物、浮游植物、浮游動物(含魚卵和仔稚魚)和階段性浮游生活的底棲生物。魚卵、仔稚魚、甲殼動物幼體和貝類幼體等經濟生物是主要的受害群體[8]。

被卷載的生物游泳能力很弱，容易隨同水流通過濾網進入冷卻系統。這一過程中，被卷載的生物個體小、脆弱，容易受到傷害或死亡。導致生物死亡的因素分為物理傷害和化學傷害。物理傷害包括生物體與水泵內壁、管道和冷卻設備的表面摩擦撞擊，通過水泵時的高壓、擠壓和高壓水流剪切，冷卻水管中急劇溫升造成的形態結構變形損傷?；瘜W傷害包括化學物質的滅活處理，為了防范生物附著在冷卻系統管壁上導致管道堵塞，在進入冷卻系統的水體中添加氯化物，用以殺滅生物幼體等污損生物。

被卷載的生物在各種外力的作用下，即使沒有立即死亡，排放進入自然水體后生物個體也會因為機體損傷或變形失去繼續生存的能力。一些幼體出現攝食、生長和活動障礙；還有一些生物被病毒、病菌感染，死亡率增加。一般認為卷載受損生物重新進入自然水體后，不能夠正常地生長和存活[22]。在余氯協同作用下，卷載生物可能全部死亡[23]。

2.3 卷塞機理與影響

卷塞效應指的是進入取水口水流中的水生生物被濾網攔截、撞擊或堵塞在進水口濾網上的物理現象，發生于進水流速大于生物游泳速度時，此時水生生物沒有能力躲避撞擊或被濾網俘獲[24]。卷塞發生的位置特殊、特征明顯，發生位置限于濾網之前或之上；對于通過濾網，隨水流進入冷卻系統的生物則不形成卷塞，而形成卷載，這是卷塞和卷載區別(圖2)。水流進入濾網前生物受損一般為撞擊受傷，失去游泳能力，或被俘獲、堵塞在濾網上?！熬怼北硎倦姀S取水裹挾生物體的作用，“塞”表示撞擊發生后，生物體俘獲或堵塞在濾網上的結果。卷塞生物的大小隨濾網的孔徑變化，孔徑較大的濾網傷害的生物個體較大，小于濾網孔徑的生物成了卷載的對象。正常情況下濾網的孔徑通常為1 cm左右，被卷塞的生物體大多是體型較大、體長或橫截面直徑大于1 cm的生物。

圖2 電廠取水冷卻過程中卷載和卷塞的關系Fig.2 Relations of entrainment and impingement by the water intake of power plant

如圖2所示，卷塞可進一步細分為兩類，分別是俘獲和撞擊。俘獲是個體較小的魚類和甲殼動物在高速水流抽吸下被攔截、俘獲、嵌入網孔或吸貼在濾網上，形成堵塞。撞擊是在海水抽吸過程中個體稍大的生物體被濾網沖撞受傷、失去活動能力，被攔截在濾網上。在水流沖擊下，這些生物可能被撕裂破碎，通過濾網進入冷卻系統，成為卷載生物的一部分。那些被俘獲在濾網上的魚類，在急流作用下鰓蓋不能自主開閉，不能完成呼吸活動，很快就會缺氧窒息死亡。在外力作用下，其他結構脆弱的生物很容易受擠壓死亡。卷塞、刮擦或高壓水槍清除堵塞生物導致魚鱗剝離、體表受創、粘液流失感染等。

因流速大，生物掙扎過程中容易受傷，受傷后掙脫，也會失去活動能力。受傷的生物很容易發生二次傷害或重復撞擊，即使不出現二次傷害，它們的存活也會面臨很多挑戰，包括游動、覓食、躲避敵害或繁殖。被卷塞的魚類不會立即死亡，但隨后死亡率加大，甚至達到100%。這些傷害通過兩個途徑影響動物種群規模，一是個體生物撞擊后形體改變，器官結構破壞，導致死亡，直接造成種群的個體數量減少；二是卷塞傷害了生物的后代，即生物的補充群體或補充量，進入成熟期的個體數量減少，生物種群恢復能力受損，從而間接地影響子代生物的數量。不同發育階段動物群體數量減少，嚴重的將導致種群消亡[24]。卷塞對區域性生物或當地特有種的威脅最大，一旦特有種消失，區域生物多樣性將嚴重受損。

2.4 卷塞對電廠的危害

卷塞除了造成生物死亡外，還容易導致取水口濾網堵塞事件。我國因為多種生物卷塞導致的大規模濾網堵塞事件時有發生。堵塞電廠進水口濾網的生物有浮游植物、水生草本植物、浮游動物、底棲動物和游泳動物等。游泳動物中，鯔魚(Mugilcephalus)、褐籃子魚(Siganusfuscescens)以及刺鲀(Diodonholacanthus)等也有報道[25]。圖3是電廠濾網上洗脫的卷塞海洋生物?？梢姡?、小型水生動物和植物都有可能是電廠濾網上的卷塞生物。

圖3 電廠柵網上洗脫的卷塞海洋生物Fig.3 Collected marine organisms impinged on the screen of water intake facility

生物數量暴發導致的卷塞，可嚴重威脅電廠冷源安全。海洋生物或異物堵塞可能導致機組降功率，乃至造成停堆事件。從生態學角度分析，生物數量暴發，以至于發展到堵塞電廠進水口的程度，是海區生態系統出現異常的警告，正常情況下不會如此嚴重，我國濱海電廠之前沒有類似事故的報道。卷塞的發生可以從食物鏈上行或下行兩個方向進行解釋。上行是卷塞生物餌料充足，為某些物種的大量增殖提供了食物條件；下行則是捕食壓力降低，食物鏈下層的生物數量不受控制，導致毛蝦等生物暴發，從而增加了卷塞的機會。生物卷塞的原因不僅有生物學因素，還有物理方面的原因，電廠取水口位置、結構和取水方式都與卷塞有關。目前防范卷塞的措施大多數基于對取水方式的改造，從取水設施構造上減少卷塞的影響。

3 取水對漁業資源損失的估算

3.1 漁業資源捕撈壓力

海洋漁業資源是人類優質蛋白質的主要來源，它提高了人類生活質量，為人類生存和發展作出了重要貢獻，海洋漁業資源的重要性不言而喻。但是過度捕撈加重了海洋漁業資源的負荷，在經濟利益的驅動下，沿海地區增船增網，加大了捕撈壓力。個體大、經濟價值高的頂級捕食者種類被大量捕撈，近海資源衰退、漁場面積縮小、漁汛消失以及漁獲物小型化、早熟化，海洋捕撈業面臨嚴峻形勢[26-27]。近海捕撈業捕撈對象從大型轉向中小型魚類和蝦類等，漁業資源處于嚴重退化狀態。

3.2 非漁業捕撈的影響

電廠抽取冷卻水時使用了攔網獲取潔凈海水，攔截垃圾和活體生物，避免它們進入冷卻水循環系統。攔截相當于非主動捕撈行為，這如同漁民設置的定置網，利用潮流捕撈過往游泳動物和底棲生物。電廠取水相當于一個連續的捕撈作業[4]，伴隨電廠取水以及其他工業取水產生的捕撈效果，不具備商業目的，因此又稱為非漁業捕撈。特別地，非漁業捕撈不受休漁期和禁用網具等規定的限制，目前也不在政策法規的管制范圍內，因此損害的生物種群難以通過生態保護措施恢復。

現代漁業捕撈的主要對象是海洋中的中大型生物，電廠取水傷害的是海水中的中、小型生物，從而漁業捕撈和電廠取水對漁業資源形成了互補的捕撈壓力，兩種方式同時作用于海洋生物大小不同的個體。從種群結構角度分析，冷卻用水影響的對象是海洋漁業資源的補充量，即大型經濟海洋生物的補充群體。盡管補充量減少對當前漁獲量影響很小，但它影響了未來資源量，從而導致未來的漁獲量波動，嚴重的將阻礙海洋漁業資源恢復。過度捕撈導致我國漁業資源嚴重衰退，其中幼體過度捕撈是重要的原因[28]。中小型魚類數量減少，不論從補充群體的數量，還是從餌料生物角度看，它們都是阻礙生物種群恢復的重要因素。

電廠取水的濾網網眼細密，運行時間長，影響深遠。取水過程攔截和吸入的生物包括海水中的中小型生物，主要有蝦、蟹、頭足類、小型魚類和魚類幼體等(圖4)。中小型生物的數量大，是食物鏈底層生物的重要成員。它們形成的攝食壓力對于制約海域赤潮或其他小型生物(如水母和毛蝦)暴發具有積極作用。當前各海區(包括電廠附近海域)頻發的不同物種的赤潮很可能與攝食壓力降低有關。

圖4 捕撈、卷塞和卷載損害的不同大小個體或發育階段的生物Fig.4 Different sizes and life stages of marine organisms caught by fishery activity and by entrainment and impingement associated with the water intake by power plant

非漁業捕撈截獲和傷害的生物不在漁業生產統計范疇，至今未有年鑒給予統計記載，因此其生物資源損失尚未得到足夠的關注。

3.3 大亞灣漁業資源變化原因

對生物群體的捕撈，還可能影響漁業資源的種類結構。以大亞灣為例，調查發現電廠運行后大亞灣仔稚魚種類組成出現了異常。1994年之前的主要種類斑鰶(Clupanodonpunctatus)和鯛科魚類的魚卵和仔稚魚數量顯著減少，鳀(Engraulisjaponicus)和小公魚(Anchoviellasp.)魚卵以及鳀科和銀漢魚科的仔稚魚也未再出現。但小沙丁魚(Sardinellaspp.)魚卵和仔稚魚數量明顯增多，高值魚類被低值魚類所取代。大亞灣上世紀八十年代以中上層魚類占優勢，而九十年代底層和近底層魚類為主要物種[29]。

此外，漁業產量也發生了明顯變化。研究發現，電廠建設后大亞灣的初級生產力沒有減少，甚至還有增加，但是估算的大亞灣漁業潛在產量高于實際漁業產量[30]。長期的數據分析表明，大亞灣內漁獲率處于持續下降過程中[31]。顯然，潛在漁業產量和實際漁業產量之間存在落差，初級生產力沒有全部轉化為應捕的漁獲量。從能量守恒角度看，低漁獲率之外必定還有一個能量傳遞的分支，從而分流了本應該高一些的漁業產量。

已有報道表明，大亞灣的溫排水和水體的富營養化與有機顆粒物有密切聯系[32]。盡管有的顆粒物來自灣內養殖業和陸源徑流，但電廠溫排水提供了源源不斷的有機顆粒物，其中有活的生物個體，還有死亡的小型和微型浮游生物、破碎的有機體和可溶有機物絮凝體。豐富的有機顆粒物為底棲生物提供了充足的餌料。雙殼貝類動物是濾食性底棲生物，可以攝取懸浮有機物，這可能是大亞灣波紋巴菲蛤(Paphiaundulate)在電廠運行后成為底棲生物優勢種的原因。

電廠運行后灣內出現大量波紋巴菲蛤，從而一度成為捕撈業的一項主業，表明灣內出現了從懸浮碎屑到底棲貝類食物鏈的結構。王肇鼎等(2003)在大亞灣觀察到漁業資源結構從中上層魚類為主轉變為底層和近底層生物為主，軟體動物的生物量上升極快，相對生物量由1985年的28.7%上升為1996年以后的89.9%[29]。袁濤萍(2016)和張舒怡(2017)研究表明大亞灣內底棲濾食性生物是主要生物量貢獻者，以底棲生物為主的食物鏈結構至今仍然存在[33-34]。這能夠解釋大亞灣漁獲率降低的原因，即碎屑食物鏈分流了原本應該較高的漁獲量。

電廠建設以來，大亞灣周邊環境發生了很大的變化。盡管氣候以及周邊發展因素對大亞灣漁業資源有很大的影響，難以直接將電廠的取排水活動與宏觀資源的變化進行聯系。但多年調查的結論認為，即使存在其他因素，也不能夠排除大亞灣沿岸工業建設和電廠取排水的影響[35]。

3.4 資源損失估算

3.4.1 魚卵和仔稚魚 卷載是電廠取排水影響普遍關注的問題，針對卷載主要的生物對象魚卵、仔稚魚的損失進行分析，其損失量計算公式[36]如下：

Wi=Di·Q·Pi

(1)

式(1)中：Wi為第i種類生物資源年損失量(尾)，Di為第i種類生物資源平均分布密度(尾/m3)，Q為電廠年取水總量(m3)，Pi為第i種類生物資源全年出現的天數占全年的比率(%)。

我們取海水中魚卵、仔稚魚的全年平均分布密度為1尾/m3，即Di=1(該數值在不同海區和季節有所變化，一些區域甚至更高)。因此這里Pi值為100%，于是有

Wi=Q

(2)

根據公式(2)，結合上文估算的2012、2020年我國濱海核電海水冷卻水使用量，僅魚卵、仔稚魚，2012年和2020年分別損失2.973×1010尾和1.372×1011尾。設定魚卵、仔稚魚能夠長成魚苗的存活率分別為1%和5%[36]，這里取1%下限計算，設定每尾魚苗定價1元，那么2012年和2020年的經濟損失分別達到2.973億元和13.72億元。這里僅計算核電取水1項的魚卵、仔稚魚損失，如果加上其他取水活動(見“1.2”)產生的生物死亡數量，上述數據顯然被低估。

本研究中卷載的生物基本上是肉眼難以辨識的種類，但由于取水背后巨大的用水基數，這些小型生物就有了更大的經濟學和生態學意義。特別地，沿海某些海區的魚卵、仔稚魚分布密度甚至高達數百個或尾每立方米，這種情況下長期大量抽取冷卻水的影響更不可以忽視。

3.4.2 補充量損失 到目前為止，我們沒有電廠取水導致的生物損失統計數據。本研究引用兩個例子推算沿海漁業資源補充量損失。李鐵軍等(2017)對發電容量為300 MW的舟山火電廠二期項目卷載和余氯產生的漁業資源損失量進行了估算[37]。以海區調查數據為基礎，計算結果表明卷載造成的漁業損失量每年達到132.26 t，余氯導致的損失每年達到41.37 t，合計年損失量為173.63 t。已知300 MW火電廠每年需用冷卻水約為5×108m3，計算可知每億立方米用水每年消耗的漁業資源量大約為34.73 t。

徐兆禮等(2007)對火(核)電廠因卷載和余氯導致的漁業資源損失量進行了估算[23]。LNG接收站取水量約為1.02×108m3/a，其年資源損失量為176.80 t，計算可得每億立方米用水每年的資源量損失為173.33 t。由于各地海洋環境、生物量背景、取水口設施各不相同，上述兩個損失量數據不在同一個數量級上，差異難免。這里權且取34.73 t和173.33 t的平均值104.03 t作為每億立方米冷卻取水每年附帶的漁業資源損失量，那么2012年的火(核)電取水量為6.631×1010m3，附帶的漁業資源量損失大約為6.90×104t 。

2003—2012年全國海洋捕撈產量的平均值為1.276×107t[38]。比較之下，電廠取水導致的漁業資源損失占比不大，相當于當時全國全年海洋漁獲量的0.54%。但是，在沿海漁業資源過度捕撈的現狀下，考慮到一座核電廠通常集中了4臺以上百萬千瓦級的機組，局部海域的漁業資源實際上承受了很大的捕撈壓力。在高生產力區和海灣內水域，取排水導致漁業資源的損失將更高，一些地方出現的用海糾紛說明取排水影響不僅是理論的問題，而且是現實的問題。

1993—1994年調查表明，電廠濾網上卷塞的海洋生物仔稚魚、蝦類、頭足類和水母類的死亡率分別為95.5%、97.3%、96.3%和96.8%，對卷塞死亡的仔稚魚數量的統計表明，取水濾網上的魚類年死亡量達到2.4×107尾；這些魚類多數為鯡科和鳀科魚類，少部分為鯛科魚類的幼體；計算結果表明，濾網上卷塞死亡的仔稚魚數量相當于該電廠所在海灣魚類現存量的3%～5%[39]。如包括卷載受傷和逃逸的魚類，實際損失會更大。類似地，相關報道表明，有的電廠取水導致的魚類死亡數量甚至超過捕撈業的數量[11]。

4 對策和措施

4.1 優化取水方式的必要性

如前文所述，濱海電廠裝機容量增加，在繼續使用海水直流冷卻的前提下，我國對海洋冷卻水的需求勢必大量增加。與此同時，我國漁業、交通運輸、旅游娛樂、圍海造地、排污傾倒、工礦等海洋產業用海需求旺盛，綜合用海規劃比例增加，行業間用海矛盾日漸突出。特別在漁業用海為主導的用海方式下，電廠取排水用海發展空間必然受限。為了維護海洋環境健康，減少取排水對海洋生態的影響，合理規劃電廠取排水數量和取水方式尤其必要。

我國海洋屬國家所有，海洋用水處于共享的狀態。冷卻水取用存在著水質污染，損害生物和漁業資源等問題。為了獲得最大利益，海洋建設工程對生態系統的不利影響，尤其是對海洋生物的生長、繁殖和種群保護問題考慮不夠。除了經濟因素外，缺乏明確的取水設施運行環境保護法規和標準也是重要的原因[9]。隨著國家增強環境保護的力度，遏制海洋資源破壞和污染，保證我國海洋產業的可持續發展，今后我國電廠建設中優化改造直流冷卻方式，推動發展內循環冷卻將成為必然。

4.2 最佳實踐技術要求

在充分了解環境影響的基礎上，防范取水對水生生物的危害、加載先進技術、避免對生態系統的潛在危害是基于現狀的權益措施，也是目前能夠接受的緩解電廠取水環境影響的方法。根據電廠所在位置和取水環境的生態特點，優化取排水裝置、減少冷卻水取水和溫排水負面影響并考慮建造成本的技術稱為最佳實踐技術(Best Technique Available, BTA)[40]。該技術是今后電廠取排水設施優化的發展方向。

BTA需要考慮兩個方面的問題。一是它的環境屬性，二是技術本身的適用性。與海洋環境需求不匹配的技術，不符合電廠實際需求的技術都不是BTA。為了合理使用BTA，必須首先了解電廠取排水海區的海洋環境與生態系統，對當地生物、環境和工程特征進行多要素全面調查和判別。此后，還得根據實際情況區別對待和評價[41]。

BTA的判定準則與電廠附近海區的生物生態環境有關。魚類以及甲殼動物等經濟物種、在生態系統結構與功能中起重要作用的關鍵物種、區域珍稀瀕危物種、危害冷源安全的卷塞或卷載物種等重要代表物種的狀態及其數量是考核當前取排水裝置是否符合BTA要求的重要指標。如果電廠位于非生態敏感區，取排水影響海區內不存在重要代表物種以及與之相關的重要食物鏈關聯種，那么可認為當前取排水裝置屬于BTA。反之，需要對當前的裝置進行優化或加載實用的BTA。如果電廠認為它的當前設施已經是BTA，不再需要對當前設施進行改造，則電廠需要向主管部門提供當前運行的取排水設施不存在直接和間接破壞或影響重要代表物種的證據，以便審核。

我國濱海電廠分布在不同緯度，各電廠附近海區的生態系統結構、生物種類和數量、生產力和生物價值、功能區劃管理要求等都有很大的不同。因此電廠的BTA賦予了特殊性，即A電廠的BTA通常不能應用于B電廠。從BTA具有的環境屬性上看，環境不同，則不能將A電廠相關聯的現狀資料應用于B電廠。要求提供電廠的專屬數據，這既有數據使用上的要求，也是管理部門判定采用的技術是否符合BTA的需求[42]。

4.3 減損措施

除了需要主管部門審核外，落實到BTA上，緩減電廠取水卷塞、卷載影響的措施有以下幾個方面：

①改變取水口的位置，將取水口從高生產力區域轉移到低生產力區域，或者從生態高敏感海域移到低敏感海域。將取水口從近岸淺海區移到遠岸深水區是不錯的選擇。改變取水口位置需要在全面的現狀調查基礎上確定，權衡得失；不可因為改變位置后，解決了生物卷載問題，又出現了生物卷塞問題。

②設置多個取水口，降低取水口進水流速，減少卷載生物的數量。降低進水流速需要在保證發電功率不受影響的前提下進行。安裝變速泵，根據發電量調整進水流速；安裝多個抽水泵，根據需求使用其中相應數量的水泵能夠起到調節流量的作用。

③在進水口前加裝不同的網具裝置，分流可能出現的卷塞生物。通過物理方式攔截防止生物體進入冷卻系統的裝置，包括滾網、楔形網和水下濾網。通過導引魚類改變游泳方向的設備有魚梯和斜網，這一類設施通常配置避魚裝置或導魚渠。改變魚類活動行為的裝置有變流蓋、聲墻、光幕、氣幕等。

加裝不同滾網、導流渠以及使用不同物理手段避免生物卷塞，有多種措施可供選擇。如在電站進水渠內兩道漁網之間隔離出一段空間，其中生長著高密度魚類，形成一段魚渠。魚渠內魚類個體大、游泳能力強，可能攝食隨同水流進入魚渠的中小型浮游動物，從而起到降低卷載生物數量的效果。

受到環境限制，運行環境的影響代價大，而沒有合適BTA可以使用的電廠，申請退役或者轉為海水內循環冷卻方式不失為合理的選擇。此外，生態補償也是一個替代途徑[8]。控制和改善海洋生態環境質量，保障海洋生態安全，合理統籌使用海水資源是大勢所趨，相信我國濱海電廠冷卻水使用的負面影響將會得到根本改善。

4.4 電廠冷源安全

近年來，生物卷塞、卷載產生的損失和危害不局限于海洋生態系統和漁業資源。間接效應已經發生，隨著近海資源利用和開發強度增加，海洋生物種類組成失衡，一些物種數量暴發，赤潮和水母暴發等事件頻頻發生，成為近年濱海電廠生物卷塞事件頻發的原因。卷塞生物監測、預報、預警和控制是濱海電廠冷源安全面臨的新挑戰。開展電廠取水生態危害監測與調查，了解生物暴發原因，制定防范措施和減損方法，除了推進內循環冷卻運營方式外，研制新的生物減損辦法和技術，推進BTA實施，維護海洋生態系統的正常運行，保證海洋資源的可持續利用，不容置疑是今后電廠優化取水的工作重點。電廠取水推廣應用BTA，改變電廠冷卻方式，不僅有利于環境，也有利于資源保護和恢復，對電廠安全運營也具有重要意義。

5 結論

發展我國電力能源建設是近、中期國家規劃，可以預見，我國濱海電廠建設規模和機組熱功率將不斷增大，在直流冷卻仍作為當前濱海電廠降溫排熱的主要方式下，電廠取排水擠占水生態空間帶來的海洋環境負面影響將進一步擴大。電廠取排水的卷塞和卷載效應導致海洋生物損傷和死亡，損害海水作為海洋生物棲息和繁殖場所的固有屬性。取排水影響漁業資源中的中小型生物、魚卵、仔稚魚以及其他生物幼體。這些生物位于食物鏈中下層，它們本身是其他生物的餌料和人類蛋白質來源，同時也是漁業資源的重要補充量，取排水導致的漁業資源損失應予以足夠重視。此外，大量取水和溫排水導致的生態系統變化，某些物種數量暴發，取水口堵塞等生物災害影響電廠冷源安全。在役和擬建電廠可以通過改建或加載BTA，改善取水環境，對避免、減緩取水傷害生物種群以及對電廠安全生產而言，是互利共贏的措施。