液化天然氣接收站取排水對漁業資源的影響研究
——以溫州LNG接收站工程為例

曹靜,王志富,豐衛華,許恒韜,趙滄海,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)

近年來我國越來越重視清潔優質能源液化天然氣(LNG)的引進,沿海地區已陸續建成多座LNG接收站,其運行期間大量海水取用過程的卷載效應及排水過程的冷沖擊效應和余氯效應勢必會對工程附近海域漁業資源造成一定的影響。海洋漁業資源不僅是漁業生產賴以生存的基礎,而且對海洋食物鏈方面具有重要的生態意義[1],因此漁業資源在海洋經濟發展和生態環境保護方面都起著重要作用。目前,關于海洋工程取排水對海洋生物的影響已有不少研究[2-5],主要為核電廠、火電廠、海水淡化工程等,但LNG接收站取排水對漁業資源的影響和定量損失估算少有報道。本研究以溫州LNG接收站工程為例,定性分析LNG接收站運行期間取排水對漁業資源的影響方式和性質,并定量估算取排水造成的漁業資源損失量,以期為今后更多LNG接收站工程建設實施漁業資源損益評估及漁業資源保護提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 漁業資源調查

采用2017年11月在溫州LNG接收站工程附近大小門島海域進行的漁業資源調查資料[6]。調查海域共布設12個漁業資源調查站位(圖1),魚卵、仔魚定量樣品采用淺水I型浮游生物網垂直取樣,定性樣品采用水平拖曳,每站拖網10～15 min,船速1～2 kn,所獲樣品加入5%中性甲醛溶液固定,帶回實驗室進行分類、鑒定和計數。游泳生物采用底拖網的方式采集樣品,每站拖網所獲的漁獲物全部取樣裝入樣品袋,并進行編號、記錄后,冰鮮保存,帶回實驗室分析、鑒定。

1.2 漁業資源損失量估算方法

參照《建設項目對海洋生物資源影響評價技術規程》(SC/T910—2007)中的有關評估方法[7]定量估算溫州LNG接收站工程取排水對工程附近海域漁業資源的損失量。

圖1 工程位置和漁業資源調查站位

1.2.1 取水過程的漁業資源損害估算

LNG接收站取水過程的卷載效應對漁業資源的損害評估公式如下:

式中:Wi為第i種類漁業資源年損失量,單位為尾;Di為評估區域第i種類漁業資源平均分布密度,單位為尾/m3;Q為電廠年取水總量,單位m3;Pi為第i種類漁業資源全年出現的天數占全年的比率,單位為%。

1.2.2 排水過程的漁業資源損害評估

LNG接收站余氯排放對漁業資源的損害評估公式如下:

式中:Mi為第i種類漁業資源累計損害量,單位為尾、個、kg;Wi為第i種類漁業資源一次平均損害量,單位為尾、個、kg;T為污染物濃度增量影響的持續周期數(以年實際影響天數除以15),單位為個;Dij為余氯第j類濃度增量區第i種類漁業資源密度,單位為尾/km2、個/km2、kg/km2;Sj為余氯第j類濃度增量區面積,單位為km2;Kij為余氯第j類濃度增量區第i種類漁業資源損失率,單位為%。

2 結果與討論

2.1 溫州LNG接收站工程取排水工藝分析

LNG接收站的主要功能是接收、儲存、再氣化液化天然氣,其生產運行過程中取用海水作為加熱介質,對LNG進行氣化,換熱后海水溫度有所降低。實際運行中存在海洋生物大量附著海水管道和ORV傳熱管外表面的風險,接收站一般會在取水系統中投放一定濃度的有效氯,以抑制海洋生物的繁殖[8],因此,在冷排水中存在一定量的余氯。

溫州LNG接收站工程位于浙江省溫州市洞頭區小門島東側,根據總體工藝布置,海水取水口布置在接收站東部,排水口布置在接收站東南部。工程建成投產后近期運行期間,LNG氣化過程海水取用量為16 500 m3/h;冷排水量為16 500 m3/h,為連續排放,溫度與當地海水的溫差控制在-5℃以內;冷排水中余氯含量控制在0.2 mg/L以內,按0.2 mg/L計。

2.2 評估海域漁業資源狀況

2.2.1 魚卵和仔魚

調查海域共采集到魚卵3 ind.,仔魚9 ind.。魚卵密度平均值為0.20 ind./m3,仔魚密度平均值為0.23 ind./m3。

2.2.2 游泳動物

(1)漁獲物種類組成和優勢種。調查海域所獲拖網漁獲物,共分析鑒定游泳動物56種。其中:魚類30種,占比53.57%;蝦類16種,占比28.57%;蟹類9種,占比16.07%;頭足類1種,占比1.79%。所獲漁獲物中優勢種為魚類和蟹類,具體分別為三疣梭子蟹、龍頭魚和口蝦蛄。

(2)漁獲物資源密度。調查海域拖網漁獲物漁業資源尾數密度平均值為36.96×103ind./km2。其中,魚類尾數密度平均值為18.17×103ind./km2,蝦類尾數密度平均值為13.20×103ind./km2,蟹類尾數密度平均值為5.59×103ind./km2,頭足類尾數密度平均值為0.01×103ind./km2。漁業資源重量密度平均值為274.36 kg/km2。其中,魚類重量密度平均值為136.92 kg/km2,蝦類重量密度平均值為44.56 kg/km2,蟹類重量密度平均值為92.01 kg/km2,頭足類重量密度平均值為0.86 kg/km2。

(3)漁獲物幼體比例。調查海域拖網漁獲物中魚類幼體占魚類總數量比例為62.68%,蝦類幼體占蝦類總數量比例為56.62%,蟹類幼體占蟹類總數量比例為69.57%,頭足類幼體比例為0。

2.3 取水卷載效應對漁業資源影響分析和損失估算

LNG接收站取水過程對海洋生物造成的主要影響是機械卷載效應,對于水中能通過濾網而進入工藝系統的小型浮游生物、卵、大型生物及魚類幼體所造成的損害,主要包括3個因素,即受高速水流的沖擊碰撞、冷沖擊和余氯的毒性。

工程取水頭部采用水平式喇叭口取水,喇叭口下部距離海床大于3 m,運行期間取水過程中,具有游泳能力的游泳動物成體大部分可以回避因機械卷載造成的死亡,但魚卵、仔稚魚、幼魚因缺乏游泳能力難以回避。根據國內相關報道[9],由于取水口離海底有一定的距離,底棲性的蝦、蟹類成體和幼體不會因此受到明顯傷害,但小蝦也將被卷入管道系統造成死亡。經綜合分析,本研究分別對LNG接收站取水過程中造成的魚卵、仔魚、魚類幼體和蝦類幼體損失進行定量估算。

根據2017年調查結果,調查海區魚卵平均密度為0.20 ind./m3,仔魚平均密度為0.23 ind./m3,魚類幼體平均密度為11.39×103ind./km2,蝦類幼體平均密度為7.47×103ind./km2。工程近期運行期間取水量為16 500 m3/h,每年按365天連續取水計,魚卵、仔魚、幼體出現頻率按每年6個月估算,則Pi取值為0.5,調查海區水深按11 m考慮,則LNG工程運行取水過程卷載效應造成的魚卵損失量為1.45×107ind./a,仔魚損失量為1.66×107ind./a,魚類幼體損失量為7.48×104ind./a,蝦類幼體損失量為8.67×104ind./a。

2.4 余氯排放對漁業資源影響分析和損失估算

已有國外研究表明[10-11],余氯通過危害海洋生物的呼吸系統,有可能造成海洋生物的死亡或畸變,尤其是漁業資源的幼體。國內,柏育材等[12-13]模擬LNG工程冷排水余氯排放,并通過獨立實驗研究余氯對大黃魚仔魚和幼魚以及南美白對蝦幼體的毒理效應,實驗結果顯示,在余氯濃度為0.14 mg/L和0.20 mg/L時,大黃魚仔魚出現死亡現象,在0.00 mg/L、0.02 mg/L和0.08 mg/L低濃度條件下,大黃魚仔魚無死亡率;大黃魚幼魚受余氯影響不顯著;幼蝦在設定的0.00 mg/L、0.02 mg/L、0.08 mg/L、0.14 mg/L、0.20 mg/L、0.26 mg/L濃度條件下,表現出存活率隨著余氯濃度的升高而降低的趨勢。余氯有較強的氧化性,它不僅可以殺死細菌,同樣對生物有機體產生危害,因此,LNG接收站運行期間的余氯排放對鄰近海域漁業資源將造成一定影響。

LNG接收站近期運行期間冷排水量為16 500 m3/h,其中余氯含量濃度按0.2 mg/L計,美國國家環保局(USEPA)1976年制定出余氯對海洋生物的安全濃度標準為0.01 mg/L[9],根據溫州LNG接收站工程余氯擴散數學模擬預測結果[14],余氯濃度由排水口向外逐漸降低,排水口附近濃度較高,余氯隨著潮流的運動,可沿著小門島岸線向排水口兩側擴散,余氯濃度大于0.01 mg/L的影響范圍僅限于排放口兩側900 m范圍內,余氯各濃度影響范圍見表1。

表1 余氯各濃度影響范圍

根據國內相關實驗研究結果[12-13],0.01 mg/L、0.05 mg/L和0.10 mg/L余氯濃度影響下,仔魚的致死率分別為0.00%、0.00%和6.68%;幼魚的致死率分別為4.13%、4.72%和0.92%;幼蝦的致死率分別為0.00%、5.56%和20.32%。考慮到游泳動物成體對于余氯影響具有回避反應,因此本研究分別對余氯擴散造成的魚卵、仔魚、魚蝦蟹幼體損失進行定量計算。鑒于缺乏余氯對魚卵和蟹類幼體致死率的相關研究結果,本研究假設余氯對魚卵的影響參照仔魚致死率,對蟹類幼體的影響參照幼蝦致死率。根據2017年調查結果,調查海區水深按11 m考慮,魚卵、仔魚、幼體出現頻率按每年6個月估算,LNG接收站余氯排放造成魚卵損失量為1.78×103ind./a、仔魚損失量為2.04×103ind./a、魚類幼體損失量為0.75×103ind./a、蝦類幼體損失量為0.08×103ind./a、蟹類幼體損失量為0.04×103ind./a(表2)。

表2 余氯對漁業資源損失量計算

2.5 冷排水排放對漁業資源的影響分析

冷排水排入附近海域后,在水動力條件下經擴散稀釋,使得排放口附近海域的水溫出現不同程度的降低,對海洋生物的生存環境產生一定影響,海水溫度的改變可能影響海洋生物的新陳代謝,影響其呼吸、代謝速率、生長、繁殖等功能。根據國內研究報道[15],在夏季,溫降有利于魚類生長,冬季反之,若水溫低于魚類適溫范圍,將會抑制魚類的新陳代謝和生長發育,若超過其忍受限度,還將會導致其死亡。溫降為4℃～5℃的區域,冬季漁獲量將變低,夏季有所恢復;溫降為2℃～3℃的區域,冬季將出現低漁獲量,但夏季和春季出現高漁獲量;溫降低于2℃的區域,影響不明顯。

綜上可知,當LNG接收站冷排水導致海域水溫下降超過海洋生物生長的適宜溫度范圍時,將可能導致海洋生物生長受到抑制或死亡;如果水溫下降但仍在海洋生物生長的適溫范圍內,則基本不會影響海洋生物的生長和繁殖,在某些條件下,還可能促進海洋生物的生長和繁殖。魚類和蝦類成體多數會回避低于適溫范圍的低溫水體。冷排水導致的海水水溫的變化對漁業資源的影響有利有弊,最終對漁業資源的影響性質取決于多方面因素,例如海洋生物種類、生長發育階段、對溫度變化的耐受幅度以及排放季節等。目前,關于冷排水對海洋生物的定量損失研究鮮有報道,缺乏致死率等相關參數確定依據,本研究不再進行定量損失計算。

3 結論與討論

溫州LNG接收站工程建成投產后,運行期間對漁業資源的影響將主要來自大量海水取用、冷排水和余氯排放,本研究定量計算了工程運行期間取水卷載效應和余氯排放造成的漁業資源損失,即魚卵損失量合計為1.45×107ind./a,仔魚損失量合計為1.66×107ind./a,魚類幼體損失量合計為7.56×104ind./a,蝦類幼體損失量合計為8.68×104ind./a,蟹類幼體損失量合計為0.04×103ind./a。鑒于目前缺少冷排水對漁業資源影響的參考文獻,本研究無法定量估算排水過程中的冷沖擊導致的漁業資源損失。隨著日后相關研究深入發展,關于本研究采用的計算方法和相關參數選取可能會被進一步優化,目前,所述的LNG接收站工程取排水過程對漁業資源的影響分析和定量損失計算較為合理,對于評估類似工程造成的漁業資源損失和漁業資源保護可提供一定的參考借鑒。