液化天然气接收站取排水对渔业资源的影响研究——以温州LNG接收站工程为例

曹静,王志富,丰卫华,许恒韬,赵沧海,林柏,陈立红

(自然资源部第二海洋研究所工程海洋学重点实验室 杭州 310012)

近年来我国越来越重视清洁优质能源液化天然气(LNG)的引进,沿海地区已陆续建成多座LNG接收站,其运行期间大量海水取用过程的卷载效应及排水过程的冷冲击效应和余氯效应势必会对工程附近海域渔业资源造成一定的影响。海洋渔业资源不仅是渔业生产赖以生存的基础,而且对海洋食物链方面具有重要的生态意义[1],因此渔业资源在海洋经济发展和生态环境保护方面都起着重要作用。目前,关于海洋工程取排水对海洋生物的影响已有不少研究[2-5],主要为核电厂、火电厂、海水淡化工程等,但LNG接收站取排水对渔业资源的影响和定量损失估算少有报道。本研究以温州LNG接收站工程为例,定性分析LNG接收站运行期间取排水对渔业资源的影响方式和性质,并定量估算取排水造成的渔业资源损失量,以期为今后更多LNG接收站工程建设实施渔业资源损益评估及渔业资源保护提供参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 渔业资源调查

采用2017年11月在温州LNG接收站工程附近大小门岛海域进行的渔业资源调查资料[6]。调查海域共布设12个渔业资源调查站位(图1),鱼卵、仔鱼定量样品采用浅水I型浮游生物网垂直取样,定性样品采用水平拖曳,每站拖网10～15 min,船速1～2 kn,所获样品加入5%中性甲醛溶液固定,带回实验室进行分类、鉴定和计数。游泳生物采用底拖网的方式采集样品,每站拖网所获的渔获物全部取样装入样品袋,并进行编号、记录后,冰鲜保存,带回实验室分析、鉴定。

1.2 渔业资源损失量估算方法

参照《建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程》(SC/T910—2007)中的有关评估方法[7]定量估算温州LNG接收站工程取排水对工程附近海域渔业资源的损失量。

图1 工程位置和渔业资源调查站位

1.2.1 取水过程的渔业资源损害估算

LNG接收站取水过程的卷载效应对渔业资源的损害评估公式如下:

式中:Wi为第i种类渔业资源年损失量,单位为尾;Di为评估区域第i种类渔业资源平均分布密度,单位为尾/m3;Q为电厂年取水总量,单位m3;Pi为第i种类渔业资源全年出现的天数占全年的比率,单位为%。

1.2.2 排水过程的渔业资源损害评估

LNG接收站余氯排放对渔业资源的损害评估公式如下:

式中:Mi为第i种类渔业资源累计损害量,单位为尾、个、kg;Wi为第i种类渔业资源一次平均损害量,单位为尾、个、kg;T为污染物浓度增量影响的持续周期数(以年实际影响天数除以15),单位为个;Dij为余氯第j类浓度增量区第i种类渔业资源密度,单位为尾/km2、个/km2、kg/km2;Sj为余氯第j类浓度增量区面积,单位为km2;Kij为余氯第j类浓度增量区第i种类渔业资源损失率,单位为%。

2 结果与讨论

2.1 温州LNG接收站工程取排水工艺分析

LNG接收站的主要功能是接收、储存、再气化液化天然气,其生产运行过程中取用海水作为加热介质,对LNG进行气化,换热后海水温度有所降低。实际运行中存在海洋生物大量附着海水管道和ORV传热管外表面的风险,接收站一般会在取水系统中投放一定浓度的有效氯,以抑制海洋生物的繁殖[8],因此,在冷排水中存在一定量的余氯。

温州LNG接收站工程位于浙江省温州市洞头区小门岛东侧,根据总体工艺布置,海水取水口布置在接收站东部,排水口布置在接收站东南部。工程建成投产后近期运行期间,LNG气化过程海水取用量为16 500 m3/h;冷排水量为16 500 m3/h,为连续排放,温度与当地海水的温差控制在-5℃以内;冷排水中余氯含量控制在0.2 mg/L以内,按0.2 mg/L计。

2.2 评估海域渔业资源状况

2.2.1 鱼卵和仔鱼

调查海域共采集到鱼卵3 ind.,仔鱼9 ind.。鱼卵密度平均值为0.20 ind./m3,仔鱼密度平均值为0.23 ind./m3。

2.2.2 游泳动物

(1)渔获物种类组成和优势种。调查海域所获拖网渔获物,共分析鉴定游泳动物56种。其中:鱼类30种,占比53.57%;虾类16种,占比28.57%;蟹类9种,占比16.07%;头足类1种,占比1.79%。所获渔获物中优势种为鱼类和蟹类,具体分别为三疣梭子蟹、龙头鱼和口虾蛄。

(2)渔获物资源密度。调查海域拖网渔获物渔业资源尾数密度平均值为36.96×103ind./km2。其中,鱼类尾数密度平均值为18.17×103ind./km2,虾类尾数密度平均值为13.20×103ind./km2,蟹类尾数密度平均值为5.59×103ind./km2,头足类尾数密度平均值为0.01×103ind./km2。渔业资源重量密度平均值为274.36 kg/km2。其中,鱼类重量密度平均值为136.92 kg/km2,虾类重量密度平均值为44.56 kg/km2,蟹类重量密度平均值为92.01 kg/km2,头足类重量密度平均值为0.86 kg/km2。

(3)渔获物幼体比例。调查海域拖网渔获物中鱼类幼体占鱼类总数量比例为62.68%,虾类幼体占虾类总数量比例为56.62%,蟹类幼体占蟹类总数量比例为69.57%,头足类幼体比例为0。

2.3 取水卷载效应对渔业资源影响分析和损失估算

LNG接收站取水过程对海洋生物造成的主要影响是机械卷载效应,对于水中能通过滤网而进入工艺系统的小型浮游生物、卵、大型生物及鱼类幼体所造成的损害,主要包括3个因素,即受高速水流的冲击碰撞、冷冲击和余氯的毒性。

工程取水头部采用水平式喇叭口取水,喇叭口下部距离海床大于3 m,运行期间取水过程中,具有游泳能力的游泳动物成体大部分可以回避因机械卷载造成的死亡,但鱼卵、仔稚鱼、幼鱼因缺乏游泳能力难以回避。根据国内相关报道[9],由于取水口离海底有一定的距离,底栖性的虾、蟹类成体和幼体不会因此受到明显伤害,但小虾也将被卷入管道系统造成死亡。经综合分析,本研究分别对LNG接收站取水过程中造成的鱼卵、仔鱼、鱼类幼体和虾类幼体损失进行定量估算。

根据2017年调查结果,调查海区鱼卵平均密度为0.20 ind./m3,仔鱼平均密度为0.23 ind./m3,鱼类幼体平均密度为11.39×103ind./km2,虾类幼体平均密度为7.47×103ind./km2。工程近期运行期间取水量为16 500 m3/h,每年按365天连续取水计,鱼卵、仔鱼、幼体出现频率按每年6个月估算,则Pi取值为0.5,调查海区水深按11 m考虑,则LNG工程运行取水过程卷载效应造成的鱼卵损失量为1.45×107ind./a,仔鱼损失量为1.66×107ind./a,鱼类幼体损失量为7.48×104ind./a,虾类幼体损失量为8.67×104ind./a。

2.4 余氯排放对渔业资源影响分析和损失估算

已有国外研究表明[10-11],余氯通过危害海洋生物的呼吸系统,有可能造成海洋生物的死亡或畸变,尤其是渔业资源的幼体。国内,柏育材等[12-13]模拟LNG工程冷排水余氯排放,并通过独立实验研究余氯对大黄鱼仔鱼和幼鱼以及南美白对虾幼体的毒理效应,实验结果显示,在余氯浓度为0.14 mg/L和0.20 mg/L时,大黄鱼仔鱼出现死亡现象,在0.00 mg/L、0.02 mg/L和0.08 mg/L低浓度条件下,大黄鱼仔鱼无死亡率;大黄鱼幼鱼受余氯影响不显著;幼虾在设定的0.00 mg/L、0.02 mg/L、0.08 mg/L、0.14 mg/L、0.20 mg/L、0.26 mg/L浓度条件下,表现出存活率随着余氯浓度的升高而降低的趋势。余氯有较强的氧化性,它不仅可以杀死细菌,同样对生物有机体产生危害,因此,LNG接收站运行期间的余氯排放对邻近海域渔业资源将造成一定影响。

LNG接收站近期运行期间冷排水量为16 500 m3/h,其中余氯含量浓度按0.2 mg/L计,美国国家环保局(USEPA)1976年制定出余氯对海洋生物的安全浓度标准为0.01 mg/L[9],根据温州LNG接收站工程余氯扩散数学模拟预测结果[14],余氯浓度由排水口向外逐渐降低,排水口附近浓度较高,余氯随着潮流的运动,可沿着小门岛岸线向排水口两侧扩散,余氯浓度大于0.01 mg/L的影响范围仅限于排放口两侧900 m范围内,余氯各浓度影响范围见表1。

表1 余氯各浓度影响范围

根据国内相关实验研究结果[12-13],0.01 mg/L、0.05 mg/L和0.10 mg/L余氯浓度影响下,仔鱼的致死率分别为0.00%、0.00%和6.68%;幼鱼的致死率分别为4.13%、4.72%和0.92%;幼虾的致死率分别为0.00%、5.56%和20.32%。考虑到游泳动物成体对于余氯影响具有回避反应,因此本研究分别对余氯扩散造成的鱼卵、仔鱼、鱼虾蟹幼体损失进行定量计算。鉴于缺乏余氯对鱼卵和蟹类幼体致死率的相关研究结果,本研究假设余氯对鱼卵的影响参照仔鱼致死率,对蟹类幼体的影响参照幼虾致死率。根据2017年调查结果,调查海区水深按11 m考虑,鱼卵、仔鱼、幼体出现频率按每年6个月估算,LNG接收站余氯排放造成鱼卵损失量为1.78×103ind./a、仔鱼损失量为2.04×103ind./a、鱼类幼体损失量为0.75×103ind./a、虾类幼体损失量为0.08×103ind./a、蟹类幼体损失量为0.04×103ind./a(表2)。

表2 余氯对渔业资源损失量计算

2.5 冷排水排放对渔业资源的影响分析

冷排水排入附近海域后,在水动力条件下经扩散稀释,使得排放口附近海域的水温出现不同程度的降低,对海洋生物的生存环境产生一定影响,海水温度的改变可能影响海洋生物的新陈代谢,影响其呼吸、代谢速率、生长、繁殖等功能。根据国内研究报道[15],在夏季,温降有利于鱼类生长,冬季反之,若水温低于鱼类适温范围,将会抑制鱼类的新陈代谢和生长发育,若超过其忍受限度,还将会导致其死亡。温降为4℃～5℃的区域,冬季渔获量将变低,夏季有所恢复;温降为2℃～3℃的区域,冬季将出现低渔获量,但夏季和春季出现高渔获量;温降低于2℃的区域,影响不明显。

综上可知,当LNG接收站冷排水导致海域水温下降超过海洋生物生长的适宜温度范围时,将可能导致海洋生物生长受到抑制或死亡;如果水温下降但仍在海洋生物生长的适温范围内,则基本不会影响海洋生物的生长和繁殖,在某些条件下,还可能促进海洋生物的生长和繁殖。鱼类和虾类成体多数会回避低于适温范围的低温水体。冷排水导致的海水水温的变化对渔业资源的影响有利有弊,最终对渔业资源的影响性质取决于多方面因素,例如海洋生物种类、生长发育阶段、对温度变化的耐受幅度以及排放季节等。目前,关于冷排水对海洋生物的定量损失研究鲜有报道,缺乏致死率等相关参数确定依据,本研究不再进行定量损失计算。

3 结论与讨论

温州LNG接收站工程建成投产后,运行期间对渔业资源的影响将主要来自大量海水取用、冷排水和余氯排放,本研究定量计算了工程运行期间取水卷载效应和余氯排放造成的渔业资源损失,即鱼卵损失量合计为1.45×107ind./a,仔鱼损失量合计为1.66×107ind./a,鱼类幼体损失量合计为7.56×104ind./a,虾类幼体损失量合计为8.68×104ind./a,蟹类幼体损失量合计为0.04×103ind./a。鉴于目前缺少冷排水对渔业资源影响的参考文献,本研究无法定量估算排水过程中的冷冲击导致的渔业资源损失。随着日后相关研究深入发展,关于本研究采用的计算方法和相关参数选取可能会被进一步优化,目前,所述的LNG接收站工程取排水过程对渔业资源的影响分析和定量损失计算较为合理,对于评估类似工程造成的渔业资源损失和渔业资源保护可提供一定的参考借鉴。