海岸工程中的炸礁活动对渔业资源的影响评价——以舟山西码头中心渔港为例

严芳芳，郭远明

（1.浙江海洋大学水产学院，浙江舟山316022；2.浙江省海洋水产研究所，浙江海洋大学海洋与渔业研究所，浙江 舟山 316021）

海岛是我国大部迈向蓝色海洋经济的桥头堡[1]。过去很长一段时间，我国发展的重心为内陆区域，海岛地区建设不足，基础设施往往不够完备[2]。因此，在大力发展海洋经济进程中，海岸工程建设不可避免。为了确保航道的通畅以及配合码头等近岸基础设施的建设，部分岛礁正面临被炸除的风险。

水下爆破是指在极短的时间内，在水下极小体积或面积上发生极大能量转换的过程[3]。该技术已广泛应用于水下炸礁工程建设中。水下爆破在对经济发展作出贡献的同时，也给渔业资源带来了巨大影响。国内外学者研究水下爆破作业对海洋生物损害影响，较多集中在冲击波的影响，有许多试验研究结果或经验公式。主要有岸边陆地向海的爆破、水中的爆破和水下岩层的爆破等三种不同类型。爆破位置不同，进入水域的冲击波压力场分布不同，对生物的损害影响程度也不同[4-6]。生物种类不同，对冲击波耐受力也不同。石首科鱼类最为敏感，鱼类比虾类敏感，卵仔稚鱼和幼体明显敏感于成体。

对炸礁活动造成的风向进行数值模拟预测风险，是减少渔业资源损害的有效管控手段。Mike21 软件能够根据测得的属性数值以及相应的数学公式，模拟环境要素现状及预测变化趋势，已被广泛应用于海岸工程的环境影响评价[7]。本文运用Mike21 软件对舟山市定海西码头中心渔港海岸工程中炸礁引起的周边渔场生态环境变化进行了多情景的数值模拟分析，并对渔业资源的损失来进行了预测评估。

1 研究区域

舟山岛礁众多，近岸渔业资源丰富，是我国最大的天然渔场[8]。但近年来，海岸工程建设日趋频繁，使得海岛的自然岸线保有率不断下降，从而影响了海洋生物的天然栖息环境[9，10]。2011 年，国务院设立了舟山群岛新区，随后舟山本岛土地利用方式发生了巨大的转变，特别是以港口码头为代表的近岸不透面迅速扩展，对近岸的渔业资源形成了压力[11，12]。

为实现舟山渔业资源的可持续利用，亟须协调好海岸工程建设与渔业生态系统稳定之间的关系。本研究区域以舟山本岛西北侧的舟山西码头中心渔港（图1）为例，开展了炸礁对周边渔场的影响评价。

2 研究方法

海岸工程中的炸礁活动包括了陆上爆破与海底爆破两个过程。陆上炸礁的爆破过程中会在海面形成大量的悬浮泥沙的扩散，因此本研究中采用Mike21 中的悬沙扩散计算模式，模拟陆上爆破的环境影响的情景。而海底爆破过程中产生的纵波对所在海域垂直方向的影响最显著，需要对爆破引起的垂直方向的泥沙通量传输进行模拟[13，14]。

炸礁引起的渔业资源损失则参照农业部发布的《建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程（SC/T9110-2007）》（以下简称技术规程），进行相应的海洋生物死亡量及经济损失评估。

2.1 炸礁产生的悬浮泥沙扩散数值模拟

由于工程区及周边岛屿众多，地形复杂，而无结构网格具有节点布设灵活，便于局部加密的特点，较传统的矩形网格更有优势，因此本次计算采用无结构网格的平面二维模型[15]。

式中，Q 为泥沙排入点源；QB为悬沙海底垂直通量，包括沉降和再悬浮两项。

此外，潮流是污染物的载体，潮流的分布和变化是海域污染物运动的主导因素，因此，对水动力场的模拟是研究工程环境影响的关键。考虑到项目所在海域具有潮强流急，垂向掺混较充分的特点，故采用垂向平均的平面二维潮流数学模型进行模拟计算[16]。

式中，R 是再悬浮率，根据C.G.Uchrin 经验分析式定，α、β 为经验系数；D50为沙粒中径，Un、Uuor分别为摩擦速度和临界摩擦速度：

式中：ρs、ρw分别为沙和海的密度，Cb为摩擦系数。

2.2 炸礁对渔业资源的影响评估方法

在确定爆破工程对海洋生物的影响范围以及计算爆破冲击波引起的生物致死率的基础上，对炸礁活动引起的渔业资源损失进行评估。

2.2.1 水下爆破冲击波峰压值和海洋生物致死率计算。根据技术规程的水下爆破冲击波峰值压力和渔业生物致死率计算方法，对水下爆破引起的海洋生物损失量进行评估，公式为：

式中：P 代表冲击波峰压值（kg/cm2）；Q 代表一次起爆药量（kg）；R 代表爆破点距测点距离（m）。本公式适用于对一次爆炸炸药量小于250kg，水下爆破点在700 米以内的生物损害评估。

图1 研究区域（舟山西码头中心渔港）

2.2.2 爆破工程对海洋生物影响范围估算。本研究的礁石单段最大药量约82kg。据此计算出本工程礁石水下爆破对鱼类、虾类的影响范围和致死率情况详见表1。

2.2.3 爆破对渔业资源损害评估。根据技术规程，水下爆破的持续影响周期以15 天为一个周期。本研究的爆破工程单响爆破对海域鱼类的最大影响半径为502m。水下爆破对生物资源的损害评估按以下公式计算：

式中：Wi代表第i 种类生物资源累计损失量，单位为尾（尾）、个（个）、千克（kg）；Dij代表第 j 类影响区中第i 种类生物的资源密度，单位为尾每平方千米（尾/km2）、个每平方千米（个 / km2）、千克每平方千米（kg/km2）；Si代表第 j 类影响区面积，单位为平方千米（km2）；Kij代表第 j 类影响区第 i 种类生物致死率，单位为百分比（%）；T 代表第j 类影响区的爆破影响周期数（以15 天为一个周期）；N 代表15 天为一个周期内爆破次数累积系数，爆破1 次，取1.0，每增加一次增加0.2；n 代表冲击波峰值压力值分区总数。

3 结果与讨论

3.1 炸礁对周边渔场自然环境的影响分析

本部分分析了炸礁以及炸礁后清淤过程对周边渔场的悬浮泥沙数值模拟预测结果。

3.1.1 炸礁过程中产生的悬浮泥沙扩散。对炸礁时刻选在涨潮、落潮时刻产生的悬浮物浓度分布分别进行预测。在Mike21 中的数值模拟结果如图2 所示。

当炸礁爆破正好遇到涨潮时，爆破结束瞬时浓度分布如图2A，悬浮物被涨潮流主要输往西北方向，浓度由源强区向外衰减迅速，其中18mg/L 等值线所围成面积约为 7320m2，14mg/L 等 值 线 所 围 成 面 积 约 为22157m2，12mg/L 等 值 线 所 围 成 面 积 约 为 32073m2，10mg/L 等值线所围成面积约为53376m2，8mg/L 等值线所围成面积约为75123m2，4mg/L 等值线所围成面积约为207869m2。爆破结束1 小时后，悬浮物浓度分布如图2B所示，此时整个海域用于工程产生悬浮物浓度已很小，其中最大浓度值为2mg/L，所围成面积约为441676m2。

表1 本工程礁石水下爆破冲击波压力和鱼虾类死亡率、影响半径的关系

图2 炸礁爆破悬浮物浓度分布预测

当炸礁爆破正好遇到落潮时，爆破结束瞬时浓度分布如图2C，悬浮物被涨潮流主要输往东南—东方向，同涨潮时情形一样，浓度由源强区向外衰减迅速，其中18mg/L 等值线所围成面积约为15922m2，14mg/L 等值线所围成面积约为 28287m2，12mg/L 等值线所围成面积约为40241m2，10mg/L 等值线所围成面积约为 51656m2，8mg/L等值线所围成面积约为81584m2，4mg/L 等值线所围成面积约为196142m2。爆破结束1 小时后，悬浮物浓度分布如图2D 所示，此时整个海域用于工程产生悬浮物浓度已很小，其中最大浓度值为2mg/L，所围成面积约为255603m2。

从以上预测可知，爆破选在涨潮时，悬浮物影响区域要比选在落潮时小。

3.1.2 炸礁后清渣产生的悬浮扩散预测。清渣产生的悬浮物在潮流场的作用下分布如图3 所示，浓度由源强区向外衰减迅速，其中16mg/L 等值线所围成面积约为54118m2，14mg/L 等 值 线 所 围 成 面 积 约 为101188m2，12mg/L 等 值 线 所 围 成 面 积 约 为170193m2，10mg/L 等 值 线 所 围 成 面 积 约 为283754m2，8mg/L 等 值 线 所 围 成 面 积 约 为509258m2，6mg/L 等值线所围成面积约为 836134m2。

3.2 炸礁对周边渔场的渔业资源影响分析

3.2.1 水下爆破对海洋生物的影响分析。根据2013 年9月份工程周围海域现场调查结果，工程附近海域鱼类的平均密度为21.6kg/km2，虾类的密度为（虾类密度+蟹类密度）830.9kg/km2，仔稚鱼密度为0.64 尾/m2，未采集到鱼卵。按照施工方案爆破工期为44 天。根据计算，该工程实施造成的鱼类死亡为17.7 kg，尾数为0.39 万尾；造成虾类死亡量为505.78kg，尾数为53.47万尾；仔鱼死亡数为143.18 万尾。

3.2.2 清礁对渔业资源的损害评估。根据污染物扩散范围内的海洋生物资源损害评估以及产生悬浮泥沙造成的渔业资源的损失。经计算，该工程清渣施工作业产生的悬浮泥沙导致鱼类损失量约0.92kg，尾数约为0.02 万尾；虾类损失量约为38.28kg，尾数约为4.05 万尾；仔稚鱼损失量约为1.12 万尾。

由以上计算可知，该工程实施造成鱼类死亡总量为18.62 kg，尾数为0.41 万尾；造成虾类死亡总量为544.06kg，尾数为57.52 万尾；仔鱼死亡数为144.3万尾。合计生物损失价值为21.39 万元。

4 结论与对策

通过对舟山市定海西码头中心渔港的炸礁数值模拟预测分析可知，炸礁活动对海洋生物及其栖息环境的破坏非常显著。因此要严格限制非必要性的炸礁活动，在海洋工程中若确需实施炸礁工程，需采取必要的措施以减少工程对渔业的影响。工程在选取炸药时，要严格选择环保型，爆炸充分的炸药，以减少炸药中有机组分在海域中的残留量；采用毫秒微爆破技术进行炸礁工作，严格控制单段用药量，减少炸礁产生的冲击波对周围海域生态环境的冲击影响；在正式炸礁作业前，可以引爆小量炸药以驱赶周围的海洋生物，减少礁石水下爆破对海洋生物的影响；爆破后清碴时要按设计的范围进行，尽量减小清碴的幅度，减小对工程区附近海域海洋生物的影响；在保证施工安全的前提下，尽可能缩短施工时间，减少施工作业对海洋生态系统产生的不良影响；在施工过程中，应对施工船舶加强管理，划定作业带，限定船舶的活动范围。炸礁工程结束后，建设方可以委托专业单位根据工程实施前所计算出的生物损失价值，按一定比例进行生态补偿，开展渔业增殖放流。

图3 炸礁后清淤产生的悬浮物浓度分布预测