基于潛水取樣方式的海上電力對海洋生物及環境的影響研究

摘要：分析海上風電對海洋生物及環境的影響，聚焦于某海上風電場，通過潛水取樣監測水質、沉積物及海洋生物。研究顯示，風電場建設及運營期間，水質污染指數增加22.86%，沉積物中石油類和鋅污染加劇，分別上升28.57%和33.33%至輕度污染。風電場建設后各監測點位的浮游生物多樣性有所下降，降幅介于-12.50%至-25.86%。海上風電項目的建設對于該區域的水質水平產生了不利影響，特別是鋅的污染者指數上升幅度最大。同時風電項目的興建也導致區域沉積物質量降低，海洋浮游生物多樣性下降，種群數量存在減少或遷移的情況。

關鍵詞：潛水取樣；海上電力；風電工程；海洋生物；生態環境

中圖分類號：X171 文獻標志碼：B

前言

海上電力作為清潔、可再生的能源形式，正逐漸成為未來能源結構的重要組成部分。然而，海上電力設施的建設與運營不可避免地會對周邊海域的生態環境產生影響。通過潛水取樣，可以獲取海洋底質、水質以及生物樣本等第一手資料，為深入分析海上電力對海洋生物及環境的影響提供有力支撐。然而，目前基于潛水取樣方式的微觀層面研究相對較少。因此，此研究旨在通過潛水取樣技術，深入探究海上電力設施周邊海域的生態環境變化，以期為海上電力的可持續發展提供科學依據。

國內外學者已經開展了一系列關于海上電力對海洋生物及環境影響的研究工作。這些研究涵蓋了從電力設施選址、建設到運營全過程的生態環境影響評價，以及針對特定生物種群或生態系統的影響研究。然而，這些研究多依賴于遙感監測、數值模擬等手段，雖然能夠從宏觀上把握影響趨勢，但在揭示微觀生態過程方面仍顯不足。潛水取樣技術的引入，可以彌補這一不足，通過獲取更為詳細、準確的現場數據，為深入研究海上電力對海洋生物及環境的影響提供更為全面、深入的視角。

此研究基于潛水取樣方式，對海上電力對海洋生物及環境的影響進行深入研究，旨在揭示影響機制并提出相應的對策建議。

1研究區域

研究區域基本概況。此研究選取某市的海上風電場一期項目所在區域作為取樣調查區域。該區域位于某市東部海域，擁有豐富的風能資源。風場整體呈矩形布局，東西長約15公里，南北寬約28公里，總面積達到246平方公里。風場內共布置了14臺風電機組，這些機組按照特定的間距和排列方式，分布在風場內的不同位置，以最大化捕獲風能并減少尾流效應。

在風電場建設方面，該海上風電場一期項目總裝機容量達到64兆瓦，風電機組之間平均間距超過100m，保證了風能的均勻分布和機組之間的相互影響最小化。風電場采用的電纜型號為MX-2140，電纜外徑為50mm，導體截面積為64mm²，平均鋪設深度為45m。

該風電場所在區域位于城市的東部沿海，屬于典型的海洋性氣候。受海洋的調節作用較為明顯，區域氣候較為濕潤，降水受到氣流的影響呈現出明顯的階段性變化特點。

2研究方法

2.1調查與采樣

文章采用潛水取樣的方式，分別在不同日期在海上風電場區域選取一個風電機組所在區域作為采樣區域，沿著風電機組樁基的東北以及西南兩個方向對采樣站點進行布設。考慮到該風電場項目的預計完工日期在5月，因此文章選擇在3月和7月選取相同的天數進行監測。

采樣內容包括水質信息、水底沉淀物信息以及海洋生態信息三個方面，具體監測項目包括水溫、鹽度、溶解氧、有機碳、硫化物、鋅含量、浮游生物等多項指標。

對采樣點位進行布設，并分別針對三個監測項目下的不同指標進行取樣，具體取樣對象以及分析方法見表1。

在每個選定日期，選取一個風電機組所在區域作為采樣區域。考慮到風電機組可能對海洋環境產生的局部影響，每個采樣區域均選擇遠離風電機組樁基一定距離的海域作為對照區。根據海底地形和風電機組樁基的埋設深度，設定不同的取樣深度。在風電機組樁基附近，取樣深度應適當加深，以獲取樁基對海底沉積物的影響數據。建議取樣深度范圍為15米至25米。考慮到海洋環境的時空變化特性，設定取樣間隔時間為6小時。即在同一站點，每隔6小時進行一次取樣，以獲取不同時間段的海洋環境數據。

使用潛水泵在設定深度進行水質取樣。取樣過程中，注意保持取樣泵的清潔和穩定。取樣后，立即對水樣進行水溫、鹽度、溶解氧等指標的現場測定，并將水樣送至實驗室進行有機碳、硫化物等指標的詳細分析。對于水底沉淀物取樣，文章采用抓斗進行樣品獲取，在取樣過程中需要注意米邊抓到風電機組樁基或其他海底硬物。并使用網具在設定深度進行浮游生物的采集，采集到的浮游生物樣品需立即進行初步分類和計數，并送至實驗室進行詳細的生物分類和生態學研究。

通過上述水質數據抽樣調查結果可以看出，在風電場建設前期以及運營階段，研究區域的水體質量出現了較為明顯的變化。首先，該區域鹽度平均值維持在30‰左右，波動范圍較小，符合該海域典型的鹽度特征。在風電場運營后，鹽度平均上升了2.76%。這可能是由于風電場的建設和運營過程中，一些工程活動可能對海水產生了輕微的擾動，導致鹽度發生變化。但總體來說，鹽度變化幅度不大，對海洋環境沒有造成顯著影響。

在風電場建設前期，研究區域的溶解氧含量平均為0.71mg/L，顯示出良好的水體自凈能力。然而，在風電場運營階段，溶解氧含量下降至0.68mg/L。這一變化可能是由于風電場運行過程中，樁基等結構影響了海水的流動，導致水體混合減弱，溶解氧供應不足。

化學需氧量（COD）反映了水體中有機物的污染程度。在風電場建設后，研究區域的COD由7.28mg/L上升到8.15mg/L，但仍符合水質標準。這可能是由于風電場運營過程中產生的廢水排放所致。石油類污染物是海洋環境中的重要污染源。

石油類污染物是海洋環境中的重要污染源。在風電場建設前期，石油類污染物含量低于13.0μg/L，符合海洋環境保護標準。但在運營階段，石油類污染物含量最高達到了13.6μg/L。因此可以推斷出風電場在運行過程中，機械設備的潤滑油可能會出現部分泄露，從而導致研究區域出現了一定程度的石油污染。

懸浮物含量可以對水體清澈度進行衡量。通過數值上的對比可以看出，研究區域在風電場建設前后，懸浮物含量由前期的22.4 mg/L下降到20.8mg/L。這種下降的趨勢表明，風電場的建設和運營可能采取了一系列有效的水土保持和污染防治措施，從而減少了泥沙、碎石等顆粒物進入水體的數量。

鋅是海洋環境中的微量元素之一。在風電場建設前期，鋅含量處于正常范圍內，最大值為5.46mg/L。隨著風電場的不斷運營，研究區域的鋅含量有所上升，最高達到5.65mg/L。這可能是由于風電場運行過程中使用的防腐材料、涂料等含有一定量的鋅元素，在海水沖刷下逐漸釋放到水體中，但目前鋅含量仍處于安全水平以內。

通過對比綜合污染指數可以看出，風電場從建設前期到運營階段，研究區域的水質污染者指數呈現上升的趨勢，化學需氧量指數從0.65上升到0.8，變化率為+23.08%；NH₃-N指數從0.3上升到0.35，變化率為+16.67%；TP指數從0.2上升到0.25，變化率為+25%；Cu指數從0.1上升到0.12，變化率為+20%；綜合污染指數從1.40上升到1.72，變化率為+22.86%。這表明風電場的建設和運營對水質產生了不良影響，增加了水體中的污染物含量。其中，鋅的污染者指數上升幅度最大，達到了33.33%，這也與上述調查結果得到了呼應，證明風電場建設過程中，可能由于土壤擾動、施工材料和設備的使用、自然因素的沖刷和風力作用，以及廢水處理和排放控制不當等多種因素共同作用，從而導致鋅含量污染程度較高。

3.2沉積物變化

研究區域有機碳、石油類、硫化物以及鋅含量的沉積物監測數據作為實驗數據，計算出的研究區域沉積物質量綜合指數變化情況見圖1。

通過上述統計結果可以看出，風電場建設后，有機碳含量的沉積物質量綜合指數下降了9.33%，石油類含量的沉積物質量綜合指數上升了28.57%，鋅含量的沉積物質量綜合指數上升了33.33%。硫化物含量的沉積物質量綜合指數上升了25.00%。其中，石油類含量以及鋅含量的沉積物質量綜合指數達到了輕度污染，有機碳含量以及硫化物含量雖然有所上升，但仍屬于環境清潔水平。這表明風電場的建設和運營對研究區域沉積物的整體質量產生了一定的影響。雖然這種影響目前看來并不十分嚴重，但仍需引起關注，并采取有效措施進行治理和預防。

3.3海洋生態變化

研究區域浮游生物多樣性的對比結果見表3。

從總體來看，風電場建設后各監測點位的浮游生物多樣性指數均有所下降，變化率在-12.50%至-25.86%之間。這表明風電場的建設對浮游生物多樣性產生了一定的負面影響。具體到各個監測點位，點位08的浮游生物多樣性指數下降幅度最大，達到了-25.86%。這可能是由于點位08所處的環境受到風電場建設的影響最為顯著，如施工擾動、水質變化等因素可能導致浮游生物的種類和數量減少。點位14的浮游生物多樣性指數下降幅度最小，為-12.50%。這可能是因為點位14位于風電場的邊緣地帶，受到風電場建設的影響相對較弱，或者浮游生物群落結構較為穩定，對外界環境變化具有一定的抵抗力。

4結束語

此研究通過基于潛水取樣方式的海上電力對海洋生物及環境的影響研究，深入探討了海上電力設施建設和運營過程中可能對海洋生態環境產生的各種影響。研究不僅揭示了海上電力設施對海洋生物種群結構、生物多樣性以及生態系統功能的潛在影響，還從微觀層面探究了這些影響的內在機制和路徑。通過潛水取樣技術的精準應用，能夠直接觸及并收集海底生態系統的第一手資料，包括沉積物樣本、生物群落結構等，這些數據為評估海上電力活動帶來的水質變化、沉積物污染以及海洋生物健康狀態提供了堅實的數據基礎。通過這些詳盡的數據分析，得以量化并可視化電力設施對海洋環境的具體影響，為制定更加科學、合理的環境保護策略和政策建議提供了強有力的支持。