青岛滨海电厂温排水对海洋生态环境影响研究现状＊

2012-04-11张爱君

海洋开发与管理 2012年9期

关键词：余氯滨海环境影响

郑琳，张爱君，曲亮，袁媛

（1.国家海洋局海洋溢油鉴别与损害评估技术重点实验室青岛 266033；2.国家海洋局北海环境监测中心青岛 266033）

青岛滨海电厂温排水对海洋生态环境影响研究现状＊

郑琳1，2，张爱君1，2，曲亮1，2，袁媛1，2

（1.国家海洋局海洋溢油鉴别与损害评估技术重点实验室青岛 266033；2.国家海洋局北海环境监测中心青岛 266033）

随着滨海电厂的迅速发展，电厂温排水排放对邻近海域的生态环境影响越来越受到人们的关注。文章概括了青岛电厂温排水数值模拟现状、温排水排放对海洋生态环境影响方面的一些研究成果，并提出了存在的问题和今后应关注的研究方向。

青岛滨海电厂；温排水；环境影响

近年来随着沿海核电站、火电站的兴建，大量冷却水排入近岸海域，使得海洋热污染问题逐渐突出。水体温度升高会引起水中溶解氧含量降低，影响鱼类和其他水生生物的生存和繁殖，还会带来水体富营养化和水质恶化等环境问题。不少专家预言，海洋热污染将成为21世纪危害最大的污染类型之一。青岛市是我国重要的沿海开放城市之一，地处黄海之滨，环抱胶州湾，拥有青岛发电厂、山东黄岛发电厂和在建的华电胶南发电厂3座滨海电厂。滨海电厂温排水对受纳水体生态环境造成的影响，一直是电厂建设及海洋环境保护工作需要密切关注的问题，也是海洋管理工作者研究的一个重要内容。

目前，国内外关于滨海电厂温排水对海洋生态环境影响的研究主要集中在4个方面：一是对温排水排放水域进行数值模拟与分析，并对海域热环境容量、余氯衰减等进行计算［1－3］；二是根据实际调查资料，分析电厂温排水引起的周围海域水质、沉积物、生物群落、渔业资源等方面的变化［4］；三是在数值模拟的基础上，定性分析温排水对水生生态的影响［5－6］；四是滨海电厂温排水管理即排放标准、政策法规、余热利用等方面的研究［7－8］。青岛滨海电厂温排水环境影响研究主要集中在数值模拟分析及其环境容量、电厂的卷载效应等方面的研究，并取得了一些研究成果。

1 青岛滨海电厂温排水环境影响研究现状

1.1 数值模拟

关于电厂温排水流场和温度场的早期研究基本局限于简单情况下的分析求解或用物理模型进行实验研究，二者基本上是分开进行的。随着计算机的发展和应用，人们开始把注意力转向较为经济的数值模拟技术，并且致力于能同时模拟和预测流场和温度场的混合模型，主要包括二维和三维两种热扩散模型［9］。二维模型以平面二维浅水方程、二维温度对流扩散方程为基础建立起来的二维温度场和水动力场祸合求解的温排水模型应用最为广泛。温排水二维热扩散的预测模型存在一定的局限性，它不能够模拟温升的垂直分布状况，所以在温排水量比较大、受纳水体较深时，必须利用三维热扩散预测模型进行模拟温排水排入受纳水体后的流速场和温度场变化情况［10］。三维数值模型有：POM（普林斯顿海洋模型）、ECOM（estuary coastland ocean model）、荷兰的DELFT模型等。我国缺乏自行开发的、国际上影响较大的三维水动力数值模型，一般使用较多的是POM和ECOM，但是一般的使用者缺乏对模型内在机理的了解，难以对模型提出突破性的改进。

对于青岛近岸海域尤其是胶州湾海域，由于水深较浅，采用二维数值模型对温排水的温升扩散范围进行模拟可以得到较为准确的预测结果，如远航采用平面二维ADI（alternating direction implicit）数学模型对胶州湾黄岛电厂温排水温升范围进行了模拟预测，预测结果较准确［11］。张慧在二维潮流数值模型的基础上建立热扩散模型，计算了黄岛电厂附近海域的热环境容量［12］。三维模拟主要是王丽霞介绍的三维热扩散模型，该模型在一阶湍流封闭理论的基础上引入计算网格无法分辨的次网格能量密度，同时考虑了热盐的空间变化，计算出质量、动量和热量平衡方程中的湍粘性和湍扩散系数，并将该模型成功地应用于青岛市黄岛发电厂温排水工程［13］。

1.2 电厂的卷载效应对海洋生态的影响

电厂的卷载效应是指电厂取排水过程中对于水中能通过过滤网系统而进入冷凝器的小型浮游生物、卵、大型生物及鱼类幼体所造成的损害，它主要包括系统内的瞬时高温冲击、机械损伤、在一些电厂还应包括为防止管道堵塞而人为投放杀虫剂的化学因素的危害。

盛连喜等开展了青岛电厂卷载效应对浮游生物、对虾仔虾、梭幼鱼的损伤和危害的研究，结果表明：青岛电厂的卷载效应主要是冷却水系统内的机械应力和高温冲击的作用结果，电厂进出口水温温升多不超过10℃，所以卷载效应以机械应力为主。卷载致死率和生物的密度、体长及形态特征有关。卷载生物受冲击时间越长，增温幅度越大，对生物的致死率越高。同时电厂二次滤网孔径以及系统内水的流速等也对卷载效应的危害有影响。青岛电厂卷载效应对梭幼鱼的致死率为63.4%～78.7%，对仔虾的致死率约为28%～67%，虾类比鱼类更容易受到机械应力的损伤。浮游藻类受损率为11.98%～27.08%，浮游动物的受损率为31%～90%，受损伤最重的类群是桡足类和无节幼虫。受损伤后恢复最快的是原生动物，最慢的是桡足类［14－15］。

1.3 余氯对海洋生态的影响

电厂运行过程中，冷却系统会出现水生生物附着生长，这一现象也称为生物污损。主要分为两类：一类是贻贝、藤壶和水媳虫等大型生物引起的管道系统和排水渠的阻塞；另一类是由细菌和真菌等微生物生长形成的生物膜，两类生物污损相互联系，影响冷却效果甚至堵塞冷却系统。因此，电厂定时向循环冷却水中加入一定量的物质以清除管道中附着的藻类微生物，最常用的是投放氯气，从而造成冷却水中含有余氯。

余氯对水生生物的影响较大，主要破坏水生生物从水中获取溶解氧的能力，从而对受纳水体的生态环境造成影响。张燕等人利用有限元分步杂交方法对胶州湾潮流场进行了模拟，确立了余氯衰减系数为0.69，建立了胶州湾余氯的二维输运－扩散模型，对青岛市黄岛电厂三期温排水工程中余氯浓度分布及影响范围进行了预测，结果表明较高浓度的余氯（≥0.03mg/L）分布在排水口附近约100m以内的范围，距离排水口160m以外的水域，余氯浓度≤0.01mg/L［16］。温排水中的余氯对浮游植物光合作用和呼吸作用有抑制，初级生产力下降。Matlice和Zitlel根据大量的研究［17］，推导出对于海洋生物以及淡水生物，余氯浓度的安全阈限为0.02mg/L，低于此限值对水生生物没有毒性作用，为海洋生态环境保护提供了一定的依据。

2 温升对海洋生态影响的研究现状

温度是影响水生生物生长、发育、繁殖的重要因子之一，直接关系着水生生物数量的变动。从20世纪开始，国内外专家就已开展了一些关于水温升高对浮游生物、底栖动物、鱼类等的影响研究，电厂温排水使受纳水体增温后，会对水生生物的数量、种类组成和群落结构等方面产生一定的影响。

在增温水体中：在春季温度场弱增温区（△T≤3℃）水生生物生物量最高，是自然水温区生物量的1.3倍；而冬季的浮游动物生物量是自然水温区生物量的2.4倍。从水生生物的种类来看，当水体适度增温时（△T≤3℃），群落中的种类数明显增加，其中浮游植物的种类数平均增加50%，浮游动物种类数平均增加76%，底栖动物的种类数可增加40%。尤其是在水温较低的春秋季节、冬季表现得更加明显。但在水体强增温时（△T＞3℃），水生生物群落中种类开始减少，尤其是在夏季自然水温较高时在强增温区内，亦即水温超过35℃时，浮游动物的种类和数量都会减少［4］。长久的温升会使群落中的种类组成发生相应的变化：一些耐温性或喜温性的种类，如蓝藻、绿藻、裸藻、原生动物、轮虫、软体动物和寡毛类的种类数在群落中所占的比例开始增加；而群落中一些喜低温的种类相对减少，其中表现比较明显的有硅藻、金藻、桡足类以及一些水栖昆虫等。在夏季，温排水的热效应的影响较大，会使某些藻类暂时消失，使海区浮游植物基本的种类组成发生改变。温排水引起的增温也会引起群落中种类和数量的变化，热污染水域海洋植物与正常水体环境植物对比时，发现冷却水改变了底栖海藻的群落结构，大量种群消失，而刺松藻等个别海藻的生物量却提高了［18］。温排水对水生生物还产生温度胁迫效应即当水体温度升高或降低时，水生生物不能适应外界热效应和冷冲击的温度变化而受到损害。

目前对青岛电厂温排水对海洋生物种群、数量和生物群落的影响研究较少，而滨海电厂温排水排放量正在逐年增加，因此，需要尽快开展滨海电厂温排水对胶州湾内生物群落组成、结构和生态演替影响研究。

3 今后需要开展的工作

3.1 温排水管理研究

目前我国尚没有针对温排水制定相关的水温环境控制标准，也没有制定温排水排放的规范，现行的水质评价体系中部分涉及水温的规定，但也十分笼统。因此，在确定取排水口位置、温排水排放强度的环境可行性等方面缺少依据。研究和制定适应火、核电厂温排放的水温控制和规定，完善我国的温排水管理体系已是当务之急。随着国家经济建设的飞速发展，近年来在同一大水域上共建数座大型（数百万级）电厂的现象已不鲜见。开展温排水排放的整体规划研究，以大水域统筹规划为基础，科学评估水域整体承载能力，合理布局同一流域内取、排水口的位置已经成为我国温排水管理研究中亟须开展的新方向。

3.2 温排水混合区关键控制参数研究

由于国内现有的热污染控制标准体系中的混合区参数不明确、可执行性不强，所以在和国外相关标准中关于温排水混合区的若干关键控制参数的规定作对比的情况下，今后需要开展：①确定温排水排放口控制的极端高温值（或排放口的最大温升）；②确定温排水混合区边缘的温升限值；③确定温排水混合区的范围。

3.3 温排水环境影响评估技术的研究

由于缺少温排水评价标准和技术方法，目前国内温排水环境影响研究大多停留在定性的基础上，随着滨海电厂的飞速发展，温排水对海域造成怎样的影响，是否产生污染和损害都将是今后海洋管理工作中的重要工作内容。因此，需要建立温排水环境影响及其生态损害技术体系：①开展温排水监测技术研究。随着海洋监测技术手段的不断完善，温排水监测应在常规监测技术基础上结合遥感监测、在线监测技术手段开发多源监测体系，从而提供范围更广、精度更高、频率更密的监测数据。②开展评估技术体系研究。确立评估技术指标尤其是针对温排水的特殊性研究海洋生物（鱼类、藻类、浮游和底栖生物等）热影响、余氯影响指标，建立评估方法。③开展温排水污染损害及生态补偿机制研究，建立海洋生态系统补偿方法。

4 结束语

滨海电厂温排水排放对海洋生态环境造成的影响已日益引起社会关注，虽然许多专家和科研机构做过相当多的研究，但是随着环境问题的严重，温排水环境影响的研究还任重道远。本研究仅对已有的研究成果进行了一些总结和归纳，这方面的更深入、科学的研究有待于进一步开展。

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