小麦岛综合开发项目对小麦岛海洋环境监测站影响评价

任荣珠,郭明克,曹丛华,高 松,孙 滨,吕富良

(1.国家海洋局北海预报中心 青岛 266033;2.国家海洋局北海分局 青岛 266033)

小麦岛综合开发项目对小麦岛
海洋环境监测站影响评价

任荣珠1,郭明克2,曹丛华1,高 松1,孙 滨1,吕富良1

(1.国家海洋局北海预报中心 青岛 266033;2.国家海洋局北海分局 青岛 266033)

小麦岛海洋环境监测站位于青岛市崂山区小麦岛,建站50年来,通过对青岛沿海海域长期、连续、动态地监测,获取了大量具有代表性的水文、气象观测数据,在海洋防灾减灾、经济建设、交通运输、科学研究和国防建设等方面发挥了重要作用。但根据青岛市政府的综合开发规划,将在小麦岛区域实施综合开发项目,对小麦岛进行整体改造。该项目的建设将对小麦岛海洋环境监测站的水文、气象观测带来一定影响。为保障观测数据的连续性和代表性,文章依据有关法律、法规及规范的要求,运用数值模拟和统计分析等方法,分析了项目建设对水文、气象和大气要素观测的影响。结果表明:项目建成后对验潮井附近海域流速影响较大;对验潮站海域水温、盐度、潮汐影响不明显;对海面能见度、空气温度、空气湿度、气压、风向、风速、降水量、天气现象等气象观测要素的影响在规范允许的范围内;若搬迁后的波浪观测楼位于新月岛南侧将对人工波浪观测比较有利,提高其代表性;海洋大气测点若建设于规划中的新月岛新建测波楼顶,则工程建设对海洋大气监测影响变化不大;工程建成后验潮井附近海域侵蚀、淤积变化状况不明显。

小麦岛;海洋环境监测站;综合开发项目;影响评价

随着我国海洋事业的发展,一些港口工程及滨海旅游项目离海洋观测站的距离越来越近,一定程度上会对海洋水文、气象和大气要素观测造成影响。笔者以小麦岛综合开发项目为例,依据有关法律、法规及有关规范的要求,运用数值模拟和统计分析等方法,分析评价了项目建设对小麦岛海洋环境监测站观测环境的影响,并为海洋环境监测站的搬迁工作提供依据。

1 小麦岛综合开发项目简介

小麦岛位于青岛浮山南麓海滨,面积0.2 km2,距海岸约200 m。根据青岛市政府的综合开发规划,将在小麦岛区域实施综合开发项目,对小麦岛进行整体改造。该开发项目包括:在小麦岛南侧海域建设两个人工岛——新月岛和七星级标志性豪华酒店所在的人工岛,并通过跨海大桥与小麦岛连接,同时对小麦岛本岛和小麦岛北部海岸线进行改造等内容。考虑到国家海洋局小麦岛海洋环境监测站的验潮井和气象观测场是海洋环境监测的重要基础设施,必须保证监测数据的代表性和连续性,因此小麦岛监测站气象观测场、验潮井保留在原址,波浪观测室移至新填成的人工岛——新月岛上。

2 国家海洋局小麦岛海洋环境监测站现状

小麦岛海洋环境监测站于1959年建站,是国家海洋局北海分局设置在青岛地区从事海洋环境、海洋灾害监测和海洋科学实验的基层台站,也是国家级的海洋环境监测示范站。主要承担海洋水文、气象观测和海洋大气环境监测,同时还担负着我国海洋仪器设备的中试试验、国家重大课题船舶监测联调实验及二氧化碳岸基站监测等工作。建站50年来,小麦岛海洋环境监测站通过对青岛沿海海域长期、连续、动态地监测,获取了大量具有代表性的水文、气象观测数据。在海洋防灾减灾、经济建设、交通运输、科学研究和国防建设等工作中发挥了重要作用。小麦岛海洋环境监测站观测基础设施全部按照国家标准规范要求建设,观测要素代表性好,主要体现在以下几方面。

(1)气象观测场位于小麦岛海拔29.8 m处,四周没有公路、工矿、烟囱、高大建筑物,观测场四周空旷且较为平坦、视野宽广,观测要素能较好地反映该区域较大范围气象要素的特点。

(2)波浪测点海拔高度适宜,观测视角较大,其前方海域开阔,无暗礁等障碍物,现有测波楼面积约234.5 m2。波浪观测浮标抛设处离波浪观测室约800 m。海底比较平坦,观测的波浪要素能较好地反映该海域较大范围波浪的特点。

(3)验潮井为双井结构,外井主要进行水温、盐度观测,内井进行潮汐观测,井体设有多个进水孔与外海畅通,受波浪影响较小,其海底平坦,底质坚实,冲刷、淤积比较轻微,最低潮时水深在1 m以上。

3 临近海域的基本情况

小麦岛海洋环境监测站附近海域是海洋产业非常集中的海域,有港口航运、滨海旅游、海水养殖和海洋渔业等海洋产业。小麦岛海洋环境监测站附近海域海洋产业分布及开发利用现状 (图1和表1)。

图1 小麦岛附近海洋产业分布及开发利用现状

表1 小麦岛海洋环境监测站附近海洋产业布局

3.1 航道

(1)海上旅游观光航道:距拟建新月岛南部边缘0.2 km,是小型旅游船舶航道。

(2)青岛港主航道:距离拟建新月岛南部边缘4.5 km,是各种船舶进出青岛港的主要通道。

3.2 银海大世界游艇码头

该码头是青岛浅海旅游东段重要的旅游码头,同时也为青岛水上奥运会分会场提供相关的服务设施。

4 小麦岛综合开发项规划方案概述

(1)总体方案

小麦岛综合开发项目共分7个区域,总占地面积46.51 hm2,如图2所示。主要包括:①麦岛路西地块,用地面积为7.63 hm2,规划建设用于办公、商业、旅游的4层以下建筑(图2中A区);②麦岛路东地块,用地面积为10.3 hm2,规划建设用于办公、停车场、商业的4层以下其中岸边用地控制在3层以下的建筑 (图2中B区);③小麦岛规划路西侧用地,用地面积约4.65 hm2,规划建设4层以下用于旅游、商业及配套的服务设施 (图2中C区);④小麦岛规划路东、小麦岛北侧用地,这一地块用地面积约2.8 hm2,规划建筑面积19 300 m2,建设4层以下用于文化中心、会议中心设施 (图2中D区);⑤小麦岛规划路东、小麦岛南侧地块,用地面积约6.13 hm2,规划建筑面积59 700 m2,规划建设4层以下用于酒店、商业及配套的服务设施 (图2中 E区);⑥新月岛,用地面积为14 hm2,规划建筑面积为122 900 m2,建设度假酒店、商业及服务设施,建筑控制在4层以下 (图 2中 F区);⑦西侧填海地,用地面积1 hm2,规划建筑面积35 000 m2,根据方案和其他控制要求确定建设酒店及服务设施 (图2中 G区)。

(2)F区和 G区人工岛建设内容

F区为扇形人工岛,是本工程的主体工程,外侧设有护岸,北侧设有私人游艇码头,并通过两座跨海大桥分别与小麦岛、G区相连接。岛上建筑物主要为2～6层产权式酒店。

图2 小麦岛综合区域开发项目规划布局

G区为圆形人工岛,是七星级标志性豪华酒店所在地,酒店为45层高。G区外侧设有护岸,并通过跨海大桥与F区相连接。

考虑到小麦岛与新建人工岛之间的水体与外海水体之间的交换,依据有关研究成果,平均低潮位时小麦岛与 F区护岸之间的间距为150 m,效果图见图 2。F区护岸总长度为2 210 m,G区护岸总长度为338 m,G区离小麦岛海洋环境监测站气象观测场的最近距离约390 m。

根据《小麦岛综合开发项目填海工程海域使用论证报告》的测算结果,小麦岛综合开发项目F人工岛填海占用海域面积为25.716 9 hm2;G人工岛填海占用海域面积为3.069 7 hm2。

5 附近海域海洋地质地貌条件

5.1 地形地貌概况

小麦岛海洋环境监测站位于小麦岛南侧。区内基岩出露面积较大,岩性主要为中生代燕山期花岗岩,其次为后期沿构造线充填的细晶岩脉、花岗岩脉和辉绿岩脉,这些基岩是构成海岸、海中岛礁的主要“基底”。受区域构造控制,海岸曲折,岬湾相间,海蚀地貌发育。

小麦岛前海底礁石出露,水深变化快,海底地形坡度为5°左右,总体上由岸向海倾斜。近岸礁石出露,海底微地貌凹凸不平,离岸300 m外水域为胶州湾湾外潮流深槽。该深槽水深大于20 m,属涨潮槽性质,形成于全新世海侵初期,多年来冲淤平衡,底床稳定。小麦岛两侧水深变化平缓,2 m、5 m、10 m等深线成凹弧状逐渐向外分布。

5.2 地质概况

小麦岛及其周边底质沉积物主要有淤泥、黏质粉土、细砂、贝壳细砂粉土混合和裸露基岩等5种类型。近岸海域主要分布在裸露基岩区域,基岩岩性为花岗岩。小麦岛西侧为细砂分布区,东侧为贝壳细砂粉土混合区域,两区域内沉积物厚度较薄。

5.3 海底沉积物

麦岛外围距岸150～300 m的范围内分布着大片基岩,无松散沉积物覆盖。基岩外围分布着细砂、淤泥、贝壳细砂粉土混合物质以及黏质粉土。两侧小海湾湾顶地带有中粗砂和砾石分布,沙源不丰富,目前岸滩略有侵蚀。

小麦岛附近海域东、西两端海底有松散沉积物分布。其西端表层主要为细砂,但沉积物厚度小;其东端海底表层为贝壳细砂粉土混合物质,局部有淤泥,但沉积物厚度小,均不超过几十厘米。

5.4 泥沙来源

小麦岛地处市南区和崂山区交界附近,属城市区域,附近没有大河来沙。

6 开发工程对海洋水文观测要素影响预测与评价

小麦岛区域综合开发项目填海工程将改变小麦岛及周边海域的自然环境。因此采用数值模拟的方法对工程前后潮汐和潮流场进行数值模拟,并分析评价工程建设后对小麦岛海洋环境监测站附近海域水文观测要素的影响。

6.1 工程建设对潮流的影响预测与评价

6.1.1 模拟区域及计算参数

采用POM二维嵌套模式。控制方程采用矩形网格有限差分法求解。开边界的水位边界条件参照日本海岸厅1984年出版的调和常数表和渤黄东海水文图集 (水文1993)得出,共取4个主要分潮 (M2、S2、O1、K1)。模式设置 3层嵌套:第一个范围为渤黄东海,模拟范围为24°20′～41°10′N,117°20′～130°10′E, 网格距为1/24经纬度;第二个范围为山东半岛至盐城海域 , 模拟范围为 33°3′～37°10′N,119°～122°39′54″E,网格距为 1/240 经纬度; 第三个范围为小麦岛附近海域,模拟范围为35°53′12″～36°12′N,120°8′30″～120°31′54″E, 网格距为1/2 400经纬度。有关 POM的细节及该模式的发展可参阅Mellor G L等[1-3]和Blumberg A F等[4-6],在此不再详述。

6.1.2 潮流、潮汐的模拟结果检验与分析

(1)模拟结果检验。利用上述模式对工程及其附近海域进行潮流、潮汐数值模拟。提取小麦岛海洋站位置模拟计算值与实测值进行对比,验证数学模型的可靠性。图3是模拟区小麦岛海洋站潮位实测值与模拟计算值的比较图,由图3可以看出,潮位变化基本一致,吻合较好,这说明该计算模式能较好地再现该海区的实际潮汐状况,可以用于对本海区的海流、潮汐进行预测分析。

图3 小麦岛海洋站潮位计算值与实测值比较

(2)工程前后潮流模拟结果分析。图4和图5为工程建设前后落急和涨急时流矢量对比图。从图4和图5中可以看出,工程前后小麦岛附近海域均呈明显的往复流特征,高潮时流速较小、流向较乱;落急时流速较大,最大值约为90 cm/s,流向为 E—NE向,平均流速约为45 cm/s;低潮时流速较小、流向较乱;涨急时流速较大,最大值约为120 cm/s,流向为SW—W向,平均流速约为50 cm/s。

由于工程的建设,验潮站附近海域流场发生如下变化:落急时在工程的东侧和西侧都存在流速减小区,流速最大约减小90 cm/s;东南侧存在流速增大区,最大约增加15 cm/s。水道内流速最大值约为25 cm/s(图6),位于验潮站附近,比工程前约减小20 cm/s;涨急时在工程的东侧和西侧存在流速减小区,流速最大减小约110 cm/s,工程的西南侧存在流速增大区,流速最大增加约15 cm/s,水道内的最大流速约为35 cm/s(图7),位于验潮站附近,比工程前验潮站的西侧和西南侧潮流均呈顺时针旋转,东侧和东南侧潮流均呈逆时针旋转。增大约15 cm/s。流向变化方面,落急和涨急时

图4 工程建设前后落急时刻流矢量比较

图7 工程建设后工程附近涨急时刻流速

通过以上分析可以看出,工程建设对小麦岛海洋环境监测站验潮井附近海域潮流影响较大。

6.2 工程建设对潮汐观测的影响分析

图8是小麦岛填海工程前后潮汐的模拟结果。从图8中可以看出:工程前后小麦岛验潮站的水位曲线变化规律几乎一致。工程后比工程前水位略有升高,最大值约0.9 cm,最大值出现在涨。由此可知,工程建设对潮汐影响很小。

图8 小麦岛填海工程前后潮汐的模拟结果比较

6.3 工程建设对海水温度、盐度观测结果的影响分析

根据规划,小麦岛海洋环境监测站验潮井在原址不动,验潮站以南保留低潮线至人工岛为150m宽的水道。虽然数值模拟结果表明:人工岛建设对小麦岛与人工岛之间水道内海流的影响较大,但仍保持了海水的流动性,若工程建设过程中及营运期间严格执行《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国海洋环境保护法》的有关规定,生活污水全部汇入城市管网,人工岛建设对验潮站海域水温和盐度影响不大。

7 气象要素观测影响分析

7.1 陆域建筑物的影响

小麦岛综合开发项目实施后,小麦岛气象观测场保留原址,即位于项目规划中的 E区(图2),以西为C区,以北为D区。小麦岛综合开发项目C、D、E区的建筑物均低于4层。按照《气象探测环境和设施保护办法》规定,C、D、E区的建筑物若为孤立建筑物,观测场围栏距建筑物最近点的距离与建筑物最高点超出观测场地面的高度的比值应大于等于3,或障碍物遮挡仰角不大于18.44°。C、D、E区的建筑物若为成排建筑物,观测场围栏距建筑物最近点的距离与建筑物最高点超出观测场地面的高度的比值应大于等于8或障碍物遮挡仰角不大于7.13°[7]。C、D、E区的建筑物若按此要求设计,则符合有关规范要求,视为无影响。

7.2 道路建设对气象观测场的影响

按照《气象探测环境和设施保护办法》规定,与公路路基距离须大于30 m。因此,规划中小麦岛道路路基离气象观测场的距离若按此规定设计,则符合规范要求,视为无影响。

7.3 人工岛建设对气象观测场的影响

规划中F区建筑大都低于4层,且距气象观测场较远 (约336 m),因此 F区建筑对气象观测基本无影响。

G区建筑为45层孤立建筑,陆域回填高程为10.0 m,离气象观测场最近距离约390 m。按照《气象探测环境和设施保护办法》规定,观测场围栏距建筑物最近点的距离与建筑物最高点超出观测场地面的高度的比值应大于等于3,或障碍物遮挡仰角不大于18.44°。根据上述规定,G区建筑物的海拔高度若不高于160 m,则符合规范要求,视为无影响。

8 工程对波浪观测影响分析

由于新月岛的建设直接影响了波浪观测,因此,北海分局要求建设方将波浪观测楼移至规划建设的新月岛南部视野开阔地域,高度应高于两侧建筑物,临海视野不小于180°(图 2)。

8.1 施工期波浪观测影响分析

施工期间,为保证波浪观测资料的连续性,该站临时使用遥测浮标作为波浪观测手段,数据采用无线传输,因此项目施工期对波浪的无线传输不会有影响。

8.2 项目建成后对波浪观测的影响

8.2.1 对人工观测波浪的影响

假如搬迁后的波浪测点位置如图2所示,观测视野比原来更加开阔,对人工波浪观测比较有利,代表性提高。

8.2.2 对波浪观测的影响

从工程海域海洋产业分布看出,新月岛南部约0.2 km处为海上观光旅游航道,航道宽度约300 m。由于观光旅游船只一般较小,航速较慢,过往船只引起的涌浪也较小。青岛港主航道离新月岛南部边缘约4.5 km,距离较远,因此,若将波浪浮标布置于新月岛南1.0～1.2 km处,既能满足《海滨观测规范》的要求,又避开了航道。营运期间,浮标至测波楼之间将铺设海底通信电缆,根据《海底电缆管道保护规定》,为保护测波浮标和海底电缆的安全,应在浮标周围和电缆两侧设置500 m的保护区[8]。

9 工程建设对海洋大气监测影响分析

小麦岛海洋环境监测站海洋大气测点属岸基监测点,海洋大气监测项目主要有海洋大气悬浮颗粒物监测中的总悬浮颗粒物、铜、铅、镉、锌、硫酸盐、营养盐,海洋大气降水检测中的电导率、p H、营养盐及硫酸盐等。小麦岛海洋环境监测站海洋大气测点若建设于规划中的新月岛新建测波楼顶,与原观测点位置周围环境接近,工程建设对海洋大气观测影响变化不大。

10 泥沙冲淤影响预测与评价

该海域水域开敞,波浪作用强、水流流速大,泥沙来源少,水体悬沙含量低、处于自然侵蚀状态下。本工程拟在小麦岛外侧修建弧形构筑物,构筑物大部分建于裸露的基岩海底,仅东、西两端海底覆盖有薄层的松散沉积物。构筑物和小麦岛之间的间隔水域海底没有松散沉积物覆盖。

施工期,建设方如果按照先护岸围堰后回填的方式施工,则对验潮井的淤积影响较小。但应加强对风暴潮、巨浪等自然灾害的预警和防御,避免造成围堰坍塌,导致验潮井的淤积。

工程修建后,不会改变附近海域的海底地貌格局,构筑物局部由于水流、波浪作用的改变,海底地形稍有变化,但由于沉积物厚度有限,加之该海域水深较深,一般的波浪掀沙作用有限,因此工程引起的海底冲淤变化很小。工程前后小麦岛海洋环境监测站验潮井附近海域冲淤变化不明显。

11 结果与讨论

通过以上分析,小麦岛区域综合开发项目对小麦岛海洋环境监测站观测要素的主要影响如下。

(1)对流场的影响:潮流数值模拟结果表明,由于工程的阻挡,项目建成后对验潮井附近海域流速影响较大。

(2)对潮汐、水温、盐度的影响:数值模拟结果表明,工程后比工程前水位最大升高0.9 cm。虽然人工岛建设对小麦岛与人工岛之间水道内的海流影响较大,但仍保持了海水的流动性,因此如果工程建设期和运营期严格执行国家的环保法规,人工岛建设对验潮站海域水温、盐度和潮汐影响不明显。

(3)对气象观测要素的影响:规划中F区建筑大都低于4层,且距气象观测场较远规划中F区建筑大都低于4层,且距气象观测场较远 (约336 m),因此 F区建筑对气象观测基本无影响;若C、D、E、G区的建筑物离气象观测场边缘的距离满足《气象探测环境和设施保护办法》和《地面气象观测规范》规定,则小麦岛改造项目对小麦岛海洋环境监测站海面能见度、空气温度、空气湿度、气压、风向、风速、降水量和天气现象等气象观测要素的影响在规范允许的范围内。

(4)对波浪观测的影响:若搬迁后的波浪观测楼位于如图2所示位置,则观测海域比原来更加开阔,对人工波浪观测比较有利,代表性提高。若将波浪浮标布置于新月岛南1.0～1.2 km处,既能满足《海滨观测规范》的要求,又避开了航道。

(5)对海洋大气监测影响:小麦岛海洋环境监测站海洋大气测点若建设于规划中的新月岛新建测波楼顶,与原观测点位置周围环境接近,工程建设对海洋大气监测影响变化不大。

(6)对冲淤的影响:小麦岛以南海域属泥沙来源不丰富段,加之工程构筑物与小麦岛之间的间隔水域水深较深,海底基岩裸露,抗侵蚀能力强,工程后依然保持水流畅通,因此工程建成后验潮井附近海域侵蚀、淤积变化状况不明显。

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[7] 中国气象局.气象探测环境和设施保护办法[Z].2004.

[8] 中华人民共和国国土资源部.海底电缆管道保护规定[Z].2004.