滨海电厂温排水对生态环境影响研究进展＊

何琴燕，任 敏，蔡燕红，叶慧明，黄秀清

（国家海洋局宁波海洋环境监测中心站 宁波 315012）

滨海电厂温排水对生态环境影响研究进展＊

何琴燕，任 敏，蔡燕红，叶慧明，黄秀清

（国家海洋局宁波海洋环境监测中心站 宁波 315012）

文章综述了滨海电厂温排水温升、余氯及卷载效应对附近海域生态系统中的浮游生物、底栖生物、鱼类等生物因子影响的研究进展，并阐述了滨海温排水对生态环境影响出现的新问题及今后研究趋势。

温排水；余氯；生态影响；叠加效应

近年来，随着我国经济的快速发展，火电和核电行业发展迅速。为了充分利用海水作为冷却用水，建造了越来越多的滨海电厂。目前，我国的滨海电厂主要有火电厂和核电厂两种。火电厂有黄岛电厂、国华宁海电厂、乌沙山电厂等。核电厂有秦山核电站、大亚湾核电站等。

滨海电厂对邻近海域生态环境影响的主要污染因子是温排水，温排水对生态环境的直接影响因素是温升和余氯。根据有关文献资料，一些发达国家在20世纪70年代以前就开始了电厂温排水对水生生态环境影响的研究。从20世纪80年代初开始，国内相继出现了相关研究成果介绍。电厂卷载效应也是影响邻近海域生态环境的一个主要因素。电厂卷载效应对浮游生物损伤的研究，国外早在70年代就已达到盛期［1－2］，而国内的研究则刚刚起步。

1 国内外研究现状

1.1 温升对海洋生态环境影响的研究

1.1.1 温升对浮游生物的影响

国内外对这方面的研究较多，普遍认为，温排水使水域温度升高，若环境水体升温后超过水生生物生长的适宜温度，尤其是炎热的夏季，可能导致水生生物的生长受到抑制或死亡。但如周围水体升温后仍在水生生物适温范围内，环境水体温度的升高则会促进水生生物的生长和繁殖。

金腊华等［3］的观测结果表明，当水体适度增温时（ΔT≤3℃），群落中的种类数增加，其中浮游植物的种类数平均增加50%，浮游动物的种类数平均增加76%。在春季，温度场弱增温区生物量最高，是自然水温区生物量的1.3倍；而在冬季，温度场弱增温区的浮游动物生物量是自然水温区生物量的2.4倍。但是在水体强增温时（ΔT＞3℃），水生生物群落中种类出现减少。尤其是在夏季自然水温较高时，在强增温（ΔT＞4℃）区内，亦即水温超过35℃时，浮游动物的种类和数量都会减少，降低了群落的物种多样性，还会改变群落中的物种组成，有些种类的个体数量明显减少，而个别耐热种类数量开始增加，成为明显的优劣种。

徐晓群等［4］的研究结果表明，滨海电厂温排水对活动能力强的大型浮游动物的影响明显，对桡足类等活动能力弱的小型浮游动物影响较小，或几乎没有影响。温排水对大型浮游动物的影响主要集中在近排水口的区域，且影响区域面积大小与该地的水文动力作用联系密切。

1.1.2 温升对底栖生物的影响

调查研究表明：电厂附近海域底栖生态系统会受到明显扰动；附近海域底栖生物的种类和数量均有明显下降，优势种亦发生了较大程度的变化；底栖生物的生物多样性指数、均匀度和丰富度均较低，且呈明显下降趋势，群落结构各参数值极为不理想［5－7］。

但关于影响程度，国内外普遍认为：只要温升不是过高，影响范围不是过大，不会造成很大危害；在夏季的强增温区内，底栖动物会减少，如果增温区仅限于表层，则对底栖动物无影响；季节不同，水温对底栖动物的影响有所差别；温升对底栖动物的种类组成和生物量没有明显的规律性影响。一般认为，温排水会造成底栖动物栖息场所的减少，其中夏末至中秋期间，影响最大。因为在夏末至中秋期间，自然水温很高，若再提高水温，动物的生长可能受到抑制或导致死亡。因此，在夏末至中秋季节，温升对底栖动物造成不利影响最大，动物极度减少的区域会向中增温区扩展。

胡德良等［8］有关湘潭热电厂热排放对湘江大型底栖无脊椎动物影响的研究表明，增温4℃对底栖动物有利，并且在一定的水温范围内，自然水温越低，增温对底栖动物种类与数量的增加越有利。在春秋两季，适度温升对节肢动物种类与数量的增加有利。但在强增温区，增温6℃以上，大型底栖动物有机体代谢增大，需氧量相应增大，而水体受多种因素影响，随温度升高而溶解氧降低，这将不利于大型底栖动物的生存，使大型底栖动物在强增温区消失，进而造成大型底栖动物栖息场所的减少，这与王传崑［9］关于沿海火电厂工程建设对海洋环境影响的研究结果一致。

另外，法国的一项研究结果也表明，只有靠近排水口3 km2海域内的底栖生物才受到显著影响［10］。

1.1.3 温升对鱼类的影响

热排放进入受纳水体后，会改变鱼类等水生生物在水体中的正常分布，引起群落结构的变化［11－13］。国内对升温水体中鱼类生态学的研究做了一些工作。一般认为，不同增温区对鱼类的影响也不同，通常增温幅度大于3℃对某些鱼类的危害比较明显；增温幅度小于3℃对鱼类则表现出有利的影响，一定范围内种群数量随水温升高而提高，并且鱼类的迁入增多、迁出减少，其个体数量也增加。

研究表明［14－15］，热排放对邻近水域鱼类的产卵活动影响较为明显，鱼类一般避开温升1.0℃以上水域而趋于在热排放的边缘区域（温升1.0℃产卵。盛连喜等报道了升温水体中的鱼类种群动态，结果表明，温排水对鱼类的影响十分复杂，评价这种影响需要考虑到整个生态系统，包括鱼类的营养学特征和空间生态位。现有的研究成果还不能从整体上评价温排水给鱼类带来的生态影响。

中国水产科学研究院通过对我国几大水系鱼类及水产动物共65种的抽样调查、急性热冲击试验、热回避试验、最大起始致死温度和持续热影响试验，探讨了我国渔业水域的废热排水对鱼类影响的温度标准［17］。认为我国夏季废热排水最高温度珠江水系和湛江沿岸水域不得超过36℃；长江和钱塘江水系、黄河水系不得超过35℃；黑龙江和松花江水系不得超过26℃；大连湾近岸水域不得超过24℃；西北地区冷水性鱼类水域不超过21℃，且各水系最大水温变化范围不能超过±3℃。

1.2 余氯对海洋生态环境的影响

滨海电厂工业中需要采用海水对发电机组进行冷却，但海水含有的污损生物幼体容易黏附在冷却系统的内壁，造成内壁表面形成绝热层，甚至阻塞管道，从而影响冷却效果，损坏冷却系统，以至于危及电厂的安全运行。用氯处理冷却的目的就是为了防止污损生物的黏附，而冷却水流经整个冷却系统后仍含有部分氯，构成余氯的来源。但是氯处理后的海水会随温排水注入邻近水域，对水生生物产生毒害作用，影响水生生态环境。

1.2.1 海水中的氯化学

Cl2（ap）与H2O反应生成HOCl。

Cl2（ap）＋H2O→HOCl＋HCl；Kb＝4×10－4。

HOCl是一种弱酸。

HOCl→H＋＋OCl－；PKa＝7.5

显然，HOCl与OCl－的相对量是p H的函数。当p H小于7.5时，HOCl的相对含量大；p H大于7.5时，OCl－的相对含量大。Cl2（ap），HOCl和OCl－称为游离有效氯。

氯可与水中一些还原性无机物或某些有机物反应。如氯与水中的氨反应产生一系列氯化铵化合物，称为氯胺，亦称为化合有效氯。

HOCl＋NH3（aq）→NH2Cl＋H2O

或HOCl＋NH3→NH2Cl＋H2O

HOCl＋NH2Cl→NHCl2＋H2O

HOCl＋NHCl2→NCl3＋H2O

3种形态化合物余氯中NH2Cl稳定性最好；其次为NHCl2；NCl3最差。当p H不小于7时，主要产物是NH2Cl。

游离余氯性质不稳定，易被光解，且高温、搅动都可加速其光解过程。Goldman等［18］发现，向海水中加入9～130 mg/L的有效氯，12 h后测定余氯浓度，发现海水中的余氯浓度衰减了80%。余氯在水体中的动态变化比较复杂，通常氯处理后的电厂冷却水流经整个冷却系统大约要15～25 min。刚排出的冷却水中，游离余氯占主要部分，化合余氯所占比例不大，但随冷却水排入邻近水体，游离余氯不断被稀释、光分解、挥发、与海水中还原物质和有机物质发生发应而浓度逐渐降低，性质比较稳定的NH2Cl是水体中余氯的主要存在形态。

1.2.2 对初级生产力

国外研究表明，电厂温排水对邻近水域初级生产力的重要抑制因素是余氯，而不是温排水的热冲击［19－20］。Hamilton等［21］对美国马里兰州Patuxent河畔Chalk Point电厂氯处理对初级生产力的影响进行了研究，通过对比电厂冷却系统有无进行氯处理，对电厂进、排水口的叶绿素a浓度进行了分析比测，并认为电厂温排水中的余氯将是损害初级生产力的主要因素。Brook等［22］对电厂温排水中的浮游植物进行研究，发现当电厂进行氯处理时，浮游植物的光合作用、呼吸作用受到了抑制，而停止氯处理后，则无影响。

电厂温排水中的余氯对邻近水域中的游浮植物的影响可达数千米范围，Eppley等［23］曾估算San Qnofre电厂温排水对邻近水域初级生产力的影响发现损失的有机碳竞达到了15～30 kg/d。由此可见，余氯对邻近水域初级生产力的影响是不容忽视的。

1.2.3 对水生生物的毒性作用

余氯对水生生物的影响已经在试验室的生物测试和实验结果中显示出来［24］。余氯对水生生物的破坏作用主要取决于余氯的浓度和作用时间［25－27］。余氯浓度低且作用时间长可能与浓度高而作用时间短的毒性效应一样。不同形态的余氯对水生生物的毒害作用也有不同。对于浮游植物和浮游动物，化合余氯的毒性要比游离余氯的强。关于余氯对鱼类的毒害作用存在较大争议，大多数研究表明，在余氯浓度较高时，游离余氯的毒害作用强于化合余氯。

1.3 卷载效应对海洋生态环境的影响

取水口附近汇流明显，卷载效应不容忽视。卷载效应是水环境温度、温升幅度、物理压力、生物群落结构季节变化以及电厂水工设计特征等系列因素相互作用的综合［28］。根据国外的研究结果，电厂卷载影响对浮游生物数量损伤率在10%～30%左右［2］。根据我国科研工作者的研究［1－2］，电厂温排水系统对海水浮游藻类数量的损伤率在11.98%～27.08%左右，均值为19.82%，卷载效应对浮游动物的损伤率较浮游藻类高；根据青岛电厂的监测结果［1］，桡足类损伤率为29%～34%，受损的种类多是偶见种，尤其是个体较大的种类，如中华哲水蚤、太平洋哲水蚤。

2 温排水对生态环境影响出现的新问题

近年来，随着国家经济建设的飞速发展，在同一大水域上共建数座大型电厂的现象已不鲜见。数千米范围内可能出现两个以上电厂，如象山港的国华宁海电厂和浙江大唐乌沙山电厂。滨海电厂朝着更加密集化、大型化的方向发展，对应的研究也呈现出类似的特点。

电厂群温排水与以往的单个电厂循环冷却水具有以下不同之处：①电厂群温排水含有大量余热，比单个电厂要大很多。因此迫切需要考虑邻近水域的热容量。②考虑到温升的叠加效应，电厂群温排水对附近水域的热影响比单个电厂的热影响更为复杂。

这些不同之处，使得当前的温排水研究在解决这个特定的工程问题上仍然存在着以下不足：①传统数值预报模型难以精确地考虑电厂群中各电厂温排放之间的热量叠加效应及加和作用，对大水体热量的累积效应缺乏预测能力，因而对电厂群所在大水域热容量的评估乏力，亟须开发新的预报模型［29－31］；②对于已建的大型电厂群，缺乏环境热容量方面的研究；③以往温排水的观测多为利用温度计观测进行定点同步观测［31］。由于定点观测的站位有限而且比较分散，在后期温升范围图的绘制中需要通过定点站位的温度值，通过数据插值来获得需要的不同程度温升范围。该方法可以较近似表示温升范围，但也存在较多的问题。

3 温排水的研究趋势

对于以上提出的问题，从滨海电厂叠加效应的角度出发，今后的研究面临如下问题需要解决。

（1）在现有数值模型的基础上，根据电厂群的自身物理特性，在湍流的参数化方法、海气热通量和边界条件方面做一些尝试和改进，从而开发出新的适合电厂温排水预测的模型。并结合温排水对海域生态系统的影响研究成果，开展电厂群附近生态系统动力学研究。

（2）利用数值模拟的方法，从整个大水域来考虑电厂建设的总体规划布局，研究和建立多电厂排、取水布置的最优导向，强化电厂间以及电厂与其他开发项目间的协同作用和加和作用。

（3）对于已建的电厂群，开展大水域环境热容量评估，并着眼于污染源减排和提升水域热排放管理水平。

（4）监测技术的改进。在电厂前沿采用CTD走航测温的方法，来代替传统的定点准同步的观测方法。CTD走航测温的方法在各测温断面可以得到连续的温度值，这样在温升范围的确定过程中，能更真实、准确地反映电厂前沿的温升情况。另外，利用遥感技术监测电厂附近海域的温升情况也是今后的研究趋势。

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象山港电厂群叠加影响与污染损害评估（200905010－7）.