海上風電項目施工期海洋環境影響跟蹤評價指標體系研究與實踐

周道坤,徐江浩,陳丹丹,吳孝情,劉帥帥,趙肖

(1.生態環境部華南環境科學研究所 廣州 510530;2.廣東省生態環境廳 廣州 510635;3.國家水環境模擬與污染控制重點實驗室 廣州 510530;4.廣東省水與大氣重點實驗室 廣州 510530)

0 引言

風力發電是具有經濟開發價值的可再生能源之一。目前,海上風電項目在我國沿海各地飛速發展[1-2]。根據數據顯示,2021年全球新增海上風電裝機容量約16.8GW,同比增長161%,而中國新增海上風電裝機容量14.2GW,全球排名第一[3]。廣東省深入貫徹落實黨中央國務院關于碳達峰碳中和決策部署,加快能源行業綠色低碳轉型,大力推進海上風電產業高質量發展。到2025年年底,預計建成投產海上風電裝機容量300萬k W。與陸上風電項目相比,海上風電場在發電效率等方面的優勢更為明顯,但在項目的施工和運行過程中,會對周邊海洋環境造成影響[4]。項目建設期,樁基基礎施工和海底輸電電纜鋪設,會影響周邊海域水質、沉積物、水生態(浮游動植物生物、底棲生物、游泳生物)環境質量,同時水下打樁產生的噪聲也會影響魚類和其他海洋生物的行為,甚至引起死亡。項目運營期,風機葉片運動和噪聲等會影響鳥類的棲停遷飛,風機產生的噪聲污染,海上升壓站和輸電線路是否會產生電磁輻射影響目前尚無統一的結論[5-7]。

海上風電項目根據行政審批要求,在項目開工前,需開展海上風電工程環境影響評價,重點對海洋環境和海洋資源可能造成的影響進行分析、預測和評價,同時提出切實可行的環境保護措施。根據《建設項目海洋環境影響跟蹤監測技術規程》要求,在海上風電建設期間及運營投產后,應對項目造成的環境影響進行跟蹤監測,海上風電環評報告中也明確制定了環境管理與監測計劃,其中施工期主要包括海水水質、沉積物水生態、漁業資源調查監測以及噪聲監測。

本研究基于層次分析法,旨在建立海上風電項目施工期海洋環境影響跟蹤評價指標體系和量化方法,定量評價項目施工期對海洋生態環境的影響,及時發現施工過程存在的主要問題,指導建設單位采取相應的生態環境保護措施,落實主體責任,對促進海洋環境保護和海洋風能資源的可持續利用提供支撐,也是該領域的首次研究與實踐。

1 海上風電施工工程分析及主要產污環節概述

1.1 工程分析

海上風電施工涉及的作業內容主要有風機基礎施工與吊裝,海上升壓站建設和海底電纜敷設。在海上施工前還包括施工基地建設、鋼管樁加工制作、風電場內掃海、施工供水、供電和通信等工程建設。海上風電一般施工工期在24個月左右,其中風機基礎施工與吊裝約17 個月,海上升壓站建設約10個月,海底電纜中的風機之間集電海纜敷設約10個月,而送出海纜敷設約3個月。

1.2 主要產污環節

1.2.1 風機基礎施工及吊裝

主要污染類型包括打樁時產生的懸浮物與噪聲、施工作業船舶產生的含油污水與船舶廢氣、作業人員生活污水和生活垃圾以及鋼結構制作施工基地各類廢水、廢氣污染物。

1.2.2 海上升壓站建設

主要污染類型包括打樁時產生的懸浮物和噪聲、鋼結構海上運輸和安裝施工時產生的船舶油污水、廢氣、固體廢物,以及作業人員生活污水與生活垃圾。此外,施工基地內鋼結構制作和平臺電氣設備安裝過程也將產生一定的廢水、廢氣、固體廢物。

1.2.3 海底電纜敷設

主要污染類型是電纜敷設過程中高壓水和埋設犁犁刀聯合作用于海床產生的懸浮物,以及試航與掃海期間產生的海底廢棄物。此外,還包括作業船舶燃油廢氣、輪機噪聲、油污水及施工人員生活污水和生活垃圾(圖1)。

圖1 海上風電場施工Fig.1 Construction diagram of offshore wind farm

2 評價指標體系研究

2.1 評價對象及流程

本次研究評價選擇廣東省不同片區海域且已施工完成或投產運行的3個海上風電場為評價對象,分別為珠海金灣海上風電場、中廣核陽江南鵬島海上風電場和大唐南澳勒門Ⅰ海上風電場(表1)。

表1 海上風電場工程信息Table 1 Offshore wind farm engineering information sheet

總體評價流程包括建立評價指標體系,在廣東省生態環境廳公眾網上收集分析評價對象申報的環境影響報告書,了解項目建設內容和可能造成的海洋環境影響。在評價過程中,通過向建設單位收集調整變更專題評價報告或施工期跟蹤監測報告或竣工驗收材料等證明文件,嚴格按指標體系定性評價海上風電施工期環境管理狀況、環保對策措施落實情況和定量評價生態環境影響程度,發現主要問題并提出下一步對策建議。

2.2 評價指標確定與量化

評價工作的關鍵是確定評價指標。評價立足于實踐,評價指標也需要緊密結合實際工作要素,易于測量和考核。在嚴格參照和吸納了海上風電項目環境影響報告書對施工期各項施工過程和產污環節應采取的環保措施等管理要求后,本次評價建立了包含3項一級指標和15項二級指標的評價指標體系,以及相應的判斷標準、證明材料要求和量化公式。評價指標涵蓋環境管理狀況和環保對策措施落實情況2個任務完成情況直接指標,以及生態環境影響評價監測指標。

環境管理狀況和環保對策措施落實情況2個直接指標無法合理量化,故通過明確其二級指標的主要內容和判定標準來進行定性評價。

2.2.1 環境管理狀況評價直接指標的4個二級指標評價

(1)B1 建章立制:成立“生態環境保護領導小組”,成員由建設單位及施工、監理單位主要領導組成,機構職責:①建立環保規章制度,制訂環境保護工作計劃編制工作季報、年報。②委托環境保護專項設計和環境跟蹤監測,并向行政主管部門匯報。③定期對各項環保措施實施進行監督檢查并做好記錄。④配合當地行政主管部門開展監督檢查。⑤加強環境信息統計、建立環境資料數據庫和檔案。

(2)B2環境監理:建設單位委托第三方開展環境監理工作。主要職責:①監督檢查施工單位環保措施落實進度、質量及效果。②編制環境監理工作簡報。

(3)B3監測計劃落實情況:主要包括:①水質監測一年4次,監測點位一般不少于6個,監測指標須覆蓋施工期可能導致海水水質超標的各項指標。②海洋沉積物一年2次,監測點位一般不少于6個,監測指標須覆蓋施工期可能導致海水水質超標的各項指標。③海洋生態一年2次(春、秋季實施),監測點位一般不少于6 個,監測項目主要包括葉綠素a、初級生產力、浮游植物、游泳生物、底棲動物、潮間帶生物、魚卵仔魚和漁業資源等。④水下噪聲監測(施工高峰期)1次。

(4)B4應急能力建設:①編制突發環境事件應急預案,具備海上事故風險防范措施。②配備應急響應設備、物資和人員。

2.2.2 環保對策措施落實情況評價直接指標的5個二級指標評價

(1)B5污廢水收集與處理:船舶作業人員生活污水、含油廢水統一收集運至岸上處理,并委托有資質單位接收處置。

(2)B6固體廢棄物處置:①船舶施工人員的生活垃圾設立收集裝置定期運至陸上,交由當地環衛部門規定的垃圾場統一處置。②施工廢棄材料(焊頭)和掃海清障固體廢棄物,打撈出海后統一運回陸地處理。

(3)B7海洋生態保護:①落實環評報告中的海洋生物資源損失補償協議。②優化施工方案、縮短水下施工時間,避開魚類產卵高峰期,降低施工強度。③打樁前對海洋哺乳類動物進行驅趕,采用液壓打樁作業方式等。

(4)B8噪聲污染防治:①采用高阻尼材料吸收機械部件的振動能,降低振動噪聲。②機艙采用玻璃纖維材質,內部采用硅膠密封,降低結構輻射噪聲。③海上升壓站變壓器房采用吸音巖棉,降低運行噪聲。

(5)B9大氣污染防治:①降低備用柴油發電機運行次數,減少燃油廢棄排放量。②備用柴油發電機廢氣經配套水噴淋凈化處理器達標,通過預留的排煙管(不低于8 m)至高空排放。

2.2.3 生態環境影響評價監測指標計算公式

(1)B10海水水質優良率變化(SWGR):

(2)B11沉積物質量達標率(SER):

(3)B12初級生產力變化(PPC):

(4)B13水生生物群落結構特征變化(ACSC):

(5)B14漁業資源變化(FRC):

(6)B15水下噪聲變化(UNV):

上述數據均為原環評報告中的所有調查站位春、秋兩季調查結果平均值以及跟蹤監測報告中所有調查站位調查結果平均值。

2.3 指標權重研究與計算

環境影響跟蹤評價采用100分制,得分為85分及以上為優,75～85 分的為良,65～75 分的為中,低于65分的為差。對多個評價指標加權平均計算最終結果:

式中:P為某海上風電場施工期海洋生態環境跟蹤評價結果;B i為第i項二級指標評估得分;W i為第i項權重。指標權重W i是決定評估結果的關鍵因素之一。國內外常用的評估指標體系研究方法包括層次分析法、專家打分法、主成分分析法等。其中,層次分析法于20世紀70 年代中期提出,是介于主觀與客觀兩類賦權法之間的結合方法。層次分析法體現了人的決策思維的基本特征,即分解、判斷與綜合,是一種十分有效的系統分析方法。在國內外,層次分析法已在村級工業區環境整治第三方評估[8]、地表水水環境質量評估[9]、生態環境質量評價[10-11]、水環境承載力評估[12-13]、生態安全評估[14]、政府績效評估[15]等領域得到較好應用。

鑒于本次評價工作缺乏足夠定量基礎數據、二級指標較多的特征,選擇層次分析法作為指標權重的確定方法。層次分析方法一般分為4 個步驟:①建立層次結構模型;②構造兩兩比較判斷矩陣;③計算矩陣的最大特征根及其對應的特征向量;④層次排序及其一致性檢驗。層次結構模型包括表2中的目標層、準則層和第二階段評估各項指標。建立涵蓋15 項的建設期環境影響跟蹤評價互反判斷矩陣A(表3),采用9級標度法逐對比較兩個指標間的重要性標度(表4),給判斷矩陣的元素賦值。

表2 海上風電項目施工期環境影響跟蹤評價指標體系Table 2 Environmental impact tracking evaluation index system for offshore wind power projects during construction

表3 判別矩陣建立Table 3 Discriminant matrix establishment

采用乘積方根法計算判斷矩陣A各行各個元素的乘積和n次方根,對計算所得的向量進行歸一化處理后得到權重向量W,計算最大特征值λmax,見式(8)至式(10)。

式中:b ij為矩陣標度賦值;為初次計算權重向量;W i為歸一化后權重向量;(A W)i為向量A W的第i個元素。

由5 名專家進行獨立計算后,取算術平均值作為15 項綜合成效評估指標的初次分配權重(表5),結合行政規范性需要對權重進行適當取整后,獲得二次分配權重。對二次分配權重進行一致性檢驗判斷,一致性指標為0.001,具有較好的一致性,可以作為評價時采用的權重結果。

表5 評價指標權重Table 5 Weighing values for assessment index

3 評價實施與對策建議

3.1 結果討論

3.1.1 評價結果

基于已建立的評價指標體系,通過分析建設單位提交的調整變更專題評估報告、跟蹤監測報告等證明材料,對照原環評報告及批復文件中的環保措施要求,對直接評價指標中的主要內容完成情況進行綜合評分,然后根據量化公式對生態環境影響評價監測指標進行計算分析,得出不同海域的3個海上風電場項目施工期海洋環境影響跟蹤評價結果(表6),3個海上風電場評價等級均為“優”。

3.1.2 施工期主要環保措施落實情況及存在問題

根據收集到的資料分析顯示,3個海上風電場環境管理水平較高。建立了較完善的環境管理體系、環境保護規章制度,實施了全過程環境監理,編制了《環境監理總結報告》。施工期基本落實了環評報告中要求的環保措施并嚴格執行了施工期環境監測計劃,制定了《突發環境事件應急預案》,并在當地生態環境部門完成備案。

因施工期涉及的單位較多,建設單位在委托相關運維單位進行污染物處理處置環節,仍存在日常環境保護監督監管不到位,未建立管理工作臺賬,運維單位人員環保意識不強,環保措施落實不到位,環保設備運行缺乏正常維護的情況。

3.1.3 施工過程對各生態環境要素影響及變化分析

(1)海水水質。從施工期跟蹤監測數據分析可知,海水懸浮物濃度在風機樁基施工和海纜敷設期間有40%左右的增幅,此外石油類、活性磷酸鹽和鋅濃度有所升高,但隨著施工結束后,又逐漸恢復到原有水平。

(2)海洋沉積物。沉積物指標中的石油類、鋅和有機碳含量比施工前有所升高,但評價指標依然滿足相應功能區劃沉積物標準要求,施工對沉積物質量影響較小。以汕頭勒門列島附近海域海上風電場為例,施工期跟蹤監測結果,沉積物石油類、鋅和有機碳平均含量分別比2018年3月環評報告(《大唐南澳勒門Ⅰ海上風電項目海洋環境影響報告書》)中平均含量升高了0.5 倍、2.05 倍和0.78倍。

(3)初級生產力。施工降低了監測站位附近海域的初級生產力。3個海上風電場施工期初級生產力平均值較《珠海金灣海上風電場項目海洋環境影響報告書》《中廣核陽江南鵬島海上風電場工程環境影響報告書》《大唐南澳勒門Ⅰ海上風電項目海洋環境影響報告書》(以下簡稱原環評報告)中的平均值分別下降了19.93%、88.64%和34.42%。施工過程影響了周邊海域的光照強度、湍流、浮游植物含量等因素,進而導致了初級生產力的下降。

(4)水生生物群落結構特征。施工對水生生物群落結構總體影響較小。浮游植物種類和細胞密度在施工期明顯下降,在施工后期顯著恢復,多樣性指數和均勻度變化幅度在0.5%左右。施工引起了浮游動物種類、平均生物量和密度的下降,且不同施工海域有差別,多樣性指數和均勻度較小幅度下降。施工引起了大型底棲生物種類下降,生物量有所減少,棲息密度有所增加,多樣性指數較原環評報告小幅度升高,均勻度較原環評報告小幅度下降。

(5)漁業資源。施工降低了監測站位附近海域游泳動物種類的和密度。3個海上風電場施工期游泳動物種類數較原環評報告平均值下降了50%左右,而游泳動物重量資源密度平均值較原環評報告中的平均值分別下降了36.85%、33.04% 和89.60%。

(6)水下噪聲。施工期水下噪聲所有升高。打樁噪聲能譜級能量主要集中在20～1 000 Hz。以在20 Hz時頻帶聲壓級最高,高于環評報告中對應頻率現狀監測數據,工程施工對水下噪聲有一定影響。3個海上風電場施工期水下噪聲監測點位相對距離500 m 內全頻帶累積聲壓級增幅均在30%以下。

3.2 下一步對策建議

根據上述結果可知,在落實各項污染防治措施和生態環境保護措施之后,施工期對各生態環境要素的不利影響程度從大到小依次排序為:漁業資源、初級生產力、水生生物群落結構特征、水下噪聲、海水水質、海洋沉積物。為減少工程建設對漁業資源和海洋生態的影響,須根據當地海洋漁業主管部門的要求履行生態補償協議,實施以增殖放流為主的生態修復措施。

海上風電場附近有自然保護區及中華白海豚、海龜等典型珍稀保護動物的,在施工過程中還應采取相應的措施,避免對其造成干擾,在跟蹤監測計劃中制訂對珍稀保護動物的監測方案,并嚴格落實。

建設單位須加強施工期的監督和管理,做好施工環境保護工作臺賬,加強環境信息統計、建立環境資料數據庫和檔案。進一步減小工程建設對周邊環境的影響。

建議相關行政主管部門進一步深化改革創新,提升生態環境管理現代化水平。探索推行全過程海洋環境影響評價體系,優化簡化項目建設前的海洋環境影響評價,鼓勵建設單位開展施工期生態環境跟蹤監測與評價和運營期環境影響后評估。創新監管模式,加強執法力度,督促建設單位履行主體責任,協同推動經濟高質量發展和海洋生態環境高水平保護。

4 結論與展望

本研究基于層次分析法首次建立了包含3項一級指標和15項二級指標的海上風電項目施工期海洋環境影響跟蹤評價指標體系,采用資料分析為主的評價方法,對珠海、陽江和汕頭海域3個已建成海上風電場施工期的海洋生態環境影響進行了研究與實踐,指標體系和評價方法能夠真實地反應施工過程對周邊海域各環境要素的影響和變化情況。結果表明,3個海上風電場總體評價結果較好,基本落實了環評報告中施工期的各項污染防治和生態環境保護環保措施。海上風電對環境的影響主要集中施工期,因此建設單位須加強施工期的監督和管理,建議委托第三方開展施工期海洋環境影響跟蹤監測與評價,及時發現問題并采取措施整改完善,進一步減小工程建設對周邊環境的影響,并接受行政主管部門的監督考核。