核電廠環評中影響生物多樣性保護的因素研究

吳晗，路超君，滕柯延*

1.生態環境部核與輻射安全中心

2.中國環境科學研究院

核電廠環境影響評價（簡稱環評）指通過對核電廠選址、建造、運行和退役進行環境影響分析、預測和評估，根據評估結果，提出應對措施，減輕環境影響。核電廠環評的主要法律法規標準由以《中華人民共和國環境影響評價法》《中華人民共和國放射性污染防治法》為頂層的上位法引導，由一系列技術導則組成。制度體系中，不僅規定了需對核電廠項目在設計、建造、運行等階段擬采取的環境污染防治措施和生態破壞控制措施的合理性、可行性進行評價，而且強調了需全面預測評價核電廠建設和運行可能造成的生態環境影響，評價要素包含放射性流出物、工業廢水、生活污水和大氣污染物、噪聲、電磁輻射以及循環冷卻水取排水等，評價內容覆蓋核電廠項目所有工程，包括主體工程、配套工程和輔助工程等。

核電廠對海洋生物的影響是一個復雜的過程，在核電廠環評過程中需要綜合考慮取排水、溫排水及余氯對水生生物的綜合影響，充分考慮環境因素、工程因素、經濟因素等，結合海域情況，分析生態敏感性，優化核電廠取排水方案。世界主要發達國家持續關注量化核電廠冷卻系統對海洋生物的熱影響、取水卷吸機械作用以及余氯的影響。我國高度重視生物多樣性保護，在環評實踐中，不斷完善評價體系、探索評價因素、健全評價流程，將生物多樣性統一考慮，如大亞灣等數個核電基地陸續發布了生物多樣性保護報告。然而針對核電廠取排水生態效應的研究不多，僅有部分學者關注典型核電廠溫排水對浮游生物生態效應的個例研究[1]。因此，通過深入開展核電廠建設項目中評價體系、評價因素研究，有益于科學評價核電廠建設項目對海洋生物的影響，為完善核電廠環評標準、保護生物多樣性提供依據和技術支撐，進而實現核能在為社會提供清潔能源的同時，注重與周邊生態和諧共生。

1 環境影響評價實踐

生物多樣性一般來說指地球上陸地、海洋等生態系統的生物多樣化程度，通常分為生態系統多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性3 個層面。生態系統多樣性是指一個國家或區域生態多樣化的程度；物種多樣性主要指物種現狀、形成及進化的原理；遺傳多樣性是進化和適應的基礎，即物種遺傳性越豐富，對環境的適應能力就越強。核電廠對海域生態系統的影響主要體現在取水裝置的卷吸效應、溫排水排放溫升以及冷卻水加氯對核電廠所在海域物種多樣性的影響等方面。

1.1 評價體系

近年來，在《中華人民共和國環境影響評價法》的指導下，核電廠環評的法規標準體系不斷完善。系列環評導則中均有專門要求（表1），引導核電廠建設項目開展環評過程中關注生物多樣性保護問題。

表1 部分導則中關于生物多樣性保護的有關要求Table 1 Relevant requirements of some guidelines on biodiversity protection

HJ 19—2022《環境影響評價技術導則 生態影響》適用于建設項目的生態影響評價，將生態影響評價分為3 個階段：1）收集資料、現場踏勘，確定評價等級、評價范圍；2）開展生態現狀評價和影響預測分析；3）提出對策及措施，制定管理和監測計劃，給出生態影響評價結論。在生態影響評價的總體要求下，核電廠建設項目主要依據HJ 808—2016《環境影響評價技術導則 核電廠環境影響報告書的格式和內容》開展環評工作。然而，作為核電廠環評工作的總體指導性文件，HJ 808—2016 并未細致針對核電廠取排水環境影響開展細化，只是要求概括性描述取水、溫排水對水生生物的影響。HJ 1037—2019《核動力廠取排水環境影響評價指南》提出了取水環境影響分析，指出應通過對比歷史數據、運行前的調查資料以及其他核動力廠的運行經驗，獲得可信的生物損失量估算。同時，該指南提出了溫排水的生物影響評價方法、評價標準以及熱擴散區設置和范圍的要求，為科學評判核電廠取水及溫排水環境影響提供基礎[2]，為核電廠溫排水環評中混合區范圍如何確定、生物影響評價困難等問題提供了解決方法。HJ 1213—2021《濱海核電廠溫排水衛星遙感監測技術規范》側重于濱海核電廠溫排水的衛星遙感監測，通過明確衛星遙感監測方法、技術流程等內容，為核電廠建設項目環評提供技術支撐。

相較于核電廠取水，關于核電廠溫排水的規定較為詳細。《中華人民共和國水污染防治法》、《中華人民共和國海洋環境保護法》、GB 3838—2002《地表水環境質量標準》、GB 3097—1997《海水水質標準》等多從水質量標準方面對核電廠溫排水加以約束（表2）。

表2 部分法規標準中關于溫排水的規定Table 2 Provisions on thermal discharge in some regulations and standards

1.2 評價因素

核電廠建設項目環評實踐中，評價體系是制度保障，評價因素的確定則使環評工作更為標準化、規范化，而不是簡單的一項目一議。一般來說，影響生物多樣性保護的因素主要有生物因核電廠抽取循環冷卻水而進入核電廠冷卻系統的卷吸效應、核電廠溫排水對周圍海域的溫升因素、核電廠冷卻系統低濃度氯的因素、季節因素等。

1.2.1 卷吸效應

卷吸效應是指生物因核電廠抽取循環冷卻水而進入核電廠冷卻系統，在其中受到壓力、機械撞擊等因素影響而死亡的現象。核電廠冷卻系統一般采用直流供水冷卻方式，利用海水作為介質進行熱交換。核電廠運行過程中，需抽取大量的海水作為循環冷卻水，對周圍海域生物存在一定的卷吸效應。一般認為，卷吸效應與取水口附近的生物密度、種類以及取水量、取水流速、取水口的布置等因素有關[3]。但也有研究表明，卷吸效應所致的海洋生物損失是較小的。如美國某實驗室采用數學模型對一家核電廠的卷吸效應進行分析論證，結果表明核電廠取水所致的卷吸效應在4.7%左右，遠遠低于魚卵、仔魚10%的自然存活率[4]。

HJ 808—2016 要求核電廠在選址及建設階段開展核電廠直流系統與二次循環系統的比選，對取水方案予以明確。近年來我國在環評審批中要求建設單位就取水方案對水生生物的影響予以論證，并根據論證情況開展取水口生態監測，以分析評估取水的實際影響。

核電廠環評中卷吸效應的評價主要采取分析預測與實際監測相結合的方法。以北方某核電廠為例，該核電廠在運行階段環評報告書中分析預測核電廠運行后卷吸效應造成的魚卵損失為5.78×108個、仔魚損失2.97×108個，考慮到核電廠取水口附近受卷吸效應影響的海洋生物在附近海域中均有大量分布，得出取水造成的卷吸影響較小，不會影響物種種群水平發展的結論。但由于環評報告書中僅給出魚卵/仔魚損失數量，沒有給出魚卵/仔魚損失率，因此，環評審評部門判定，核電廠關于取水造成的卷吸影響較小和不會影響物種種群水平發展的分析預測不成立，要求建設單位輔以生態監測等手段，綜合考慮取水的實際影響。建設單位依照要求，對核電廠運行機組可能引發浮游藻類、浮游動物、魚類、仔蝦等的卷吸效應進行了現場實測（表3）。結果表明，進入冷卻系統的浮游藻類的機械損傷率不高，并且可以在較短時間內（72 h）達到自然海水中的數量；浮游動物的機械損傷率較高，但其繁殖快，生殖周期短，30～144 h 內即可恢復至自然海水中數量；對于進入核電廠冷卻系統的魚類，受卷吸效應影響的幼魚致死率與其體長呈負相關，仔蝦的致死率則與密度呈正相關。

表3 北方某核電廠卷吸效應現場連續2 年監測結果Table 3 Field monitoring results of entrainment effect in a nuclear power plant in northern China

一般來講，卷吸效應可以通過工程措施來減緩。如在取水口外設置攔污網、建設導流堤，對大型海洋生物進行攔截，從而在防止海洋生物堵塞取水口的同時，保護海洋生物免受機械損傷。

1.2.2 溫排水

核電廠冷卻系統通過海水的直流供水冷卻后，大量冷卻水直排入海與海水充分混合，造成局部海域水溫升高，視為溫排水[5]。通過溫升模型分析，在選址、建造、運行階段持續開展溫排水對海洋生物的影響評價，并適時開展后評價工作，是將生物多樣性保護納入環評的重要探索實踐。實踐中常通過物理模型和數學模型2 種研究手段來預測溫排水的摻混擴散規律。物理模型試驗是將原型按照一定比例縮小，通過建立與原型相似的溫度場、流場來模擬原型，并通過對模型中溫排水行為特征的觀測和數據分析，推導確定溫排水的擴散特征；數值模擬計算是通過建立數學模型，計算水流運動，得到具體數值，從而對溫度場、流場進行定量描述[6]。2 種方法特征不同，具有一定的互補性。數學模型計算可以模擬大范圍海域的潮流場和溫排水擴散特性；物理模型試驗能較為準確地模擬取、排水口近區水域的三維水力、熱力特性，可較好地預測近區溫升場和機組的取水溫升。

在核電廠環評實踐中，常將數學模型與物理模型相結合對核電廠環評中溫排水影響范圍進行綜合預測，如排水口近區影響范圍通常采用物理模型試驗結果，排水口遠區影響范圍往往采用數學模型計算結果。

核電廠運行后，需要對溫排水影響范圍進行觀測，與預測結果進行綜合分析，并及時開展后評價。一般來講溫排水影響范圍觀測主要有直接觀測、航空遙感觀測、衛星遙感觀測，3 種方法因其特點不同而各有利弊（表4）。

表4 核電廠溫排水影響范圍觀測方法比較Table 4 Comparison of monitoring methods for the scope of thermal discharge in nuclear power plants

1.2.3 余氯

核電廠一般通過在冷卻系統中加入低濃度氯，用以阻止海洋中軟體動物如貝類的幼體在管壁內的附著，因此核電廠冷卻水中含有一定濃度的余氯。國內外已有研究主要通過研究余氯對生物群落的影響，積累余氯對浮游植物、浮游動物、貝類、魚類等的基礎資料，進而分析核電廠對海域生態環境的負面影響（表5）[7]。

表5 余氯對部分水生生物的影響研究[7]Table 5 Effects of residual chlorine on some aquatic organisms

一般來講，余氯對冷卻系統中水生生物的主要致毒影響為濃度水平、作用時間、水體溫度、鹽度、pH 等綜合因素的作用。較低的pH 及較高的溫度都促使余氯毒性增強，而光照會引起余氯毒性降低。也有學者認為，由于海水運動對余氯排放區域有強稀釋作用，同時由于氯產生的殘余氧化劑在海水中衰減很快，因此余氯對海洋生物的影響十分微弱。

國外研究人員通過對浮游植物、浮游動物（貝類和魚類）在內的百余種水生生物的余氯耐受性進行研究，證明浮游植物受余氯影響較大。當水中余氯濃度達到某一限值時，浮游植物光合作用顯著降低；當余氯濃度繼續升高，可以直接殺死水中60%～80%的藻類。貝類對余氯濃度較為敏感，當余氯濃度達到某一限值時，貝類外殼關閉，無法攝食，只能通過消耗自身能量維持生存；魚類受余氯影響較大，主要體現為阻礙魚鰓與水中溶解氧的交換來對魚類造成損害。由此可見，不同水生生物對氯的忍受性有所不同。為了保護海域生態環境，核電廠環評審評部門要求核電廠建設項目綜合考量生態結構完整性和生物多樣性保護，以受納海域主要生物的耐受值為依據開展環評。

我國關于余氯對水生生物影響的研究起步較晚，我國法規標準中缺乏冷卻水余氯的排放標準[8]，因此，在確定冷卻水余氯排放標準的基礎上，開展氯對水生生物的影響研究，進而分析其對生態演替的影響，積累不同水生生物影響的環境基礎資料，具有重大生態學意義。

1.2.4 季節因素

除卷吸效應、溫排水、余氯等因素外，核電廠環評中也考慮了地理因素和季節因素對海域生物多樣性的影響。我國南方地區季節性變化較小，但季節溫度最大值差值較大，因此達到敏感生物溫度上限的可能性大，而排放口和受納水體之間則維持較穩定的溫度梯度[9]。我國北方地區季節性變化較大，受納水體環境溫度較低，排放口和受納水體之間有較強的溫度梯度。

以北方某核電廠為例，冬季和夏季核電廠6 臺機組運行期間溫升包絡面積如圖1 所示。由圖1 可見，典型大潮下潮流最強，摻混最充分，因而高溫升區面積最小，溫升影響面積也較小；中潮次之；小潮與大潮相反，高溫升區面積最大。冬季因水面綜合蒸發散熱能力相對較小，所以溫升包絡面積較夏季有所增大。

圖1 北方某核電廠夏季、冬季6 臺機組運行期間各典型潮條件下溫升包絡面積Fig.1 Envelope area of temperature rise under typical tidal conditions during the operation of six units of a nuclear power plant in northern China in summer and winter

核電廠建設項目用海批復對用海面積、范圍、用途均有明確規定。核電廠環評審批實踐中，通常依據環評報告中核電廠溫排水的溫升預測范圍及面積，對照建設項目用海批復，判斷溫升包絡面積是否在用海范圍內。同時，根據核電廠建設項目所在海域附近是否劃定海域功能區、自然保護區、海洋生態紅線等情況，綜合判斷核電廠建設項目對水生生物的影響。

1.2.5 綜合影響因素

在核電廠建設項目實施中往往綜合考慮取水、溫排水及余氯對水生生物的綜合影響。例如美國水晶河（Crystal River）核電廠設置機械通風冷卻塔，以避免溫排水破壞排放口周圍的浮游動物及浮游植物[10]。相反，美國圣奧諾弗雷(San Onofre)核電廠經過評估其溫排水影響較小，則通過增加排水溫度而減小取水量，以降低取水卷吸效應。也有研究認為水生生物受損傷程度因生物種群耐受能力不同而不同。如法國格拉沃利訥（Gravelines）核電廠的監測表明，卷吸及熱效應對浮游動物造成的死亡率較低，對魚類的卵及幼魚造成的死亡率較高。具體來講，鯡魚對撞擊較為敏感，受影響程度較大，比目魚、鰻魚、鱸魚則對卷吸抗力較強，受影響程度較小[11]。

HJ 1037—2019 提出了最佳實踐技術的理念，即從減少冷卻水取水和溫排水對環境的負面影響優化方案中，比選確定最優技術方案。實踐中通常要求判定取水、溫排水設施對海洋生物直接或潛在的影響，綜合考慮海洋生物在水體中的區域價值，判定核電廠建設項目對海洋生物的影響，從而優化核電廠取排水方案。

1.3 環境影響分析論證流程

生物多樣性保護納入環評實踐除了體現在評價體系和評價因素方面外，也體現在系列導則中的環境影響分析論證流程上。根據核電廠建設項目影響區域的生態敏感性和影響程度，HJ 19—2022 明確3 個評價等級，要求環評過程中開展評價等級及評價范圍判定。涉及國家公園、自然保護區、世界自然遺產等情況時評價等級為一級；涉及自然公園、生態保護紅線等情況時，評價等級為二級或不低于二級；除一級、二級外，其余情況為三級。根據不同評價等級的技術要求開展生態現狀評價和影響預測分析，進而依照評價和預測結果，確定工程方案，并制定相應的生態監測計劃，得出生態影響評價結論。

在核電廠取水方面，HJ 1037—2019 明確，取水環評分析的總體目標是獲得充分的環境影響信息，以確定冷卻水取水設施的位置，判定最佳實踐技術。同時，該導則詳細規定了取水環評分析論證流程，尤其是要求建設項目在建造階段環境影響報告書中要收集資料，初步判定取水影響。對于初步判斷環境影響為小的幾種情況，將其歸為簡要分析類型；其他情形則需要開展文獻調研、現場調查和試驗研究，通過估算或模型計算進行取水環境影響分析和評價（圖2）。

圖2 核電廠建造階段取水環評分析論證流程Fig.2 Analysis procedure of environmental impact assessment of water intake in the construction stage of nuclear power plant

在核電廠溫排水方面，HJ 1037—2019 要求，在分析評價溫排水影響時，應證明溫排水限值能夠滿足水體質量的管理要求，以及基本上不影響受納水體中關鍵物種和經濟物種的生長和繁育。同時，HJ 1037—2019 對溫排水環評分析論證流程有了詳細的規定。尤其是要求建設項目在建造階段環境影響報告書中要收集必要的資料，初步判定溫排水的環境影響。對于初步判斷環境影響為小的幾種情況，將其歸為潛在影響小的分析論證類型；除此以外，歸為選擇重要代表物種（RIS）保護的分析論證類型（圖3）。

圖3 核電廠建造階段溫排水環評分析論證流程Fig.3 Analysis procedure of environmental impact assessment of thermal discharge in the construction stage of nuclear power plants

2 存在的問題與建議

2.1 問題

2.1.1 現行法規或標準中涉及取水、溫排水環評的內容較少

現行法規或標準中涉及取水與溫排水環評及溫升控制的內容大多為原則性規定。如GB 3097—1997對海水水質標準提出了一般性規定，但缺乏溫度上限值的要求，更沒有區域差異及地方標準。GB

3097—1997 根據近岸海域使用目標的不同，劃定4 類環境功能區，明確了不同環境功能區的海水水質標準，但沒有明確受溫排水熱影響混合區的劃定方法及范圍，也沒有設定定量指標。

目前我國法律法規中缺乏余氯、溫排水的排放標準，同時，熱污染控制標準體系中的混合區參數不明確，導致在環評實踐中缺乏可行性。由于缺少環境背景資料和水體中代表性水生生物各生命階段生活習性資料以及溫度耐受參數[12]，難以準確評價各種受納水體中溫排水對水生生物的影響。我國目前對核電廠取水、溫排水、余氯等因素對生態環境影響評價的審查，只能通過“一事一議”的辦法確定可接受性，這嚴重制約著核電廠環評的發展及生物多樣性保護進展。因此制定中國的余氯及溫排水排放標準極為必要，同時，根據當地水生生物的適溫習性，制定有地域特性的溫升限值，具有重大的生態環境保護意義。

2.1.2 核電廠環評評價方法具有局限性

核電廠環評中，通常采取物理模型和數學模型2 種手段進行論證分析。作為溫升預測手段的物理模型和數學模型具有相似的表現形態，即在排放口附近摻混較劇烈而溫降快，因而高溫區面積較小；隨著溫排水向離岸擴散，出流動能逐漸減弱，其分布形態則受潮流作用而形成狹長狀。然而物理模型與數學模型都有局限性，物理模型能較為準確地模擬取水、排水口的三維水力、熱力特性，但模擬范圍較小，熱量在邊界上容易溢出使得模擬失真；而數學模型可以模擬大范圍海域的潮流場和溫排水擴散特征[13]，但有學者認為該模型屬于遠區模型，無法準確模擬排水近區的三維特性。從核電廠近年來開展的監測實踐和相關研究成果來看，通過衛星遙感監測手段反映的擴散規律，往往溫升包絡面積小于物理模型和數學模型預測的面積，這基本符合模型預測偏向保守的認知。除此之外，全三維紊流模型可以精準模擬核電廠溫排水的熱力等特征，但實踐中因為該模型較為復雜、計算量較為龐大，而并未普及應用。

2.1.3 核電廠環評缺乏海域使用論證的綜合考慮

HJ 1037—2019 要求在核電廠選址階段，收集歷史數據和文獻資料，開展詳細而全面的生物調查，描述水生生物資源的歷史和現狀；在核電廠建造和運行階段，在生物調查的基礎上，進行取水現場調查和溫排水模型試驗，并對數據進行分析和評價，綜合說明核電廠取排水對水生生物的影響。

近年來，我國已經通過海洋生態調查在海洋生態系統的基本群落結構方面積累了大量的環境數據。基于海洋生態調查的海域使用論證是對建設項目海域使用的必要性、合理性和可行性進行綜合分析評估的過程。在核電廠環評實踐中依據海洋生態調查數據開展海域使用論證情況較少，無法綜合利用生態資料量化核電廠環境影響，無法進一步提高環評的科學性及權威性。

2.2 建議

2.2.1 積極開展生態系統和生態功能整體影響評價

核電廠環評是生物多樣性保護的重要手段，未來，除了側重于有重要經濟價值而受社會關注的物種，還應進一步研究核電廠取排水對生態系統整體結構和生態功能的整體影響，完善基礎環境數據庫，開展生態系統整體研究，加強生物多樣性保護。

2.2.2 有序實施核電廠溫排水監測

核電廠環境影響預測評價所用的數學模型和物理模型存在著一定的局限性，因此，需要利用衛星遙感監測技術開展實測，通過數據檢驗和反饋，提高建模的合理性和結果的準確度，為環評提供更加準確的技術依據[14]。衛星遙感監測側重于在核電廠運行后，對附近海域的實際溫升情況進行監測，從不同點位對結果進行分析驗證[15]，包括監測實際溫升范圍與運行核電機組的關系，評價溫升范圍內水質是否符合近岸海域環境功能區劃水質標準，分析溫升對附近水產養殖的影響等[16]。

2.2.3 適時進行后評價

后評價是核電廠建設項目采取改進措施的重要環節。核電廠運行一段時間后，為了評價取水和溫排水對生物的實際影響，需要進行環境影響后評價，用以深入推進生態環境保護及提高風險防范措施的有效性。對于取水來講，根據卷吸效應的監測結果和水生生物調查結果，評價現有取水設施的環境影響，現有設施環境影響大時，提出補救方案和改進措施；現有設施環境影響小時，后評價分析論證結束。對于溫排水來講，需要在核電廠運行后5 年內，整理、收集溫排水的物理影響、生物影響的監測結果，根據監測結果開展綜合分析與評價，現有設施環境影響大時，提出改進補救方案和改進措施，現有設施環境影響小時，后評價分析論證結束。