海洋工程监测体系分类研究Ⅱ＊——资源开发与保护类

于春艳，韩建波，韩庚辰，马明辉，王晓萌

（国家海洋环境监测中心 大连 116023）

《防治海洋工程建设项目污染损害海洋环境管理条例》中规定的主要海洋工程分别为：围填海、海上堤坝工程；人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程；海底管道、海底电（光）缆工程；海洋矿产资源勘探开发及其附属工程；海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程；大型海水养殖场、人工鱼礁工程；盐田、海水淡化等海水综合利用工程；海上娱乐及运动、景观开发工程［1］。

由于上述8类海洋工程均有其各自的特点，目前对各类工程项目在建设期和运营期的监测体系研究缺乏针对性。本研究对海上油气开发、海砂开采、人工鱼礁、海水淡化等资源开发与保护类海洋工程的监测体系进行研究，以期能客观、准确地掌握各类海洋工程的污染状况及对其周围环境的影响，为海洋工程的分类监测和管理提供支撑。

1 海上油气开发工程

海上油气开发是指在内海、大陆架和深海海域开采石油和天然气的活动，包括地质研究、可行性分析、工程设计、钻井、采集、储输等作业。海上油气开采比陆上油气开采难度高，海上油气生产设备要求体积小、重量轻、高效可靠、自动化程度高、布置集中紧凑。海上油气开发投资大，其钻井比陆上钻井成本要高好几倍，且成功率较低，不确定因素多，风险较大。

1.1 产污分析

海上油（气）田项目开发工程主要包括海上钻井／完井期、海上施工／安装期、生产运营期及油（气）田废弃等阶段。参加海上钻井／完井作业的设备有悬臂式自升式钻井船、值班船和供应船，主要污染物包括钻井泥浆和钻屑、机舱含油污水、生活污水、生活垃圾和工业垃圾。海上施工／安装期的作业内容包括导管架就位与安装、海上平台安装／连接、平台上部模块安装／连接与调试，以及海底管道、海底电缆铺设等，主要污染物包括挖沟作业搅起的海底沉积物、机舱含油污水、生活污水、生活垃圾和工业垃圾。在石油生产运营期，一般设置中央控制系统，对海上油气集输和公用设施运行状况等进行集中监控，自动化程度高，平台上操作人员少，主要污染物为非正常情况下的含油生产污水、少量的机舱含油污水等。油（气）田废弃阶段为海上施工／安装阶段的反过程，主要工程量为工艺设备及输油海底管道的扫线处理及拆卸、上部组块及导管架的拆除、水下井口的切割拆除、封堵等，主要污染物包括机舱含油污水、清洗液、废旧钢材、生活污水、食品废弃物和垃圾等［2－5］。

1.2 主要环境影响

施工期对海域环境的影响主要包括人工岛建设、港池炸礁、爆破挤淤、港池疏浚、陆域回填、海底管道铺设和泥方外抛等。运营期存在潜在的事故性溢油，若原油泄漏进入海水会对海洋生物造成影响，特别是对幼体生物、浮游动物、浮游植物可能造成毁灭性破坏，即使有些成体鱼可产生回避反应，但一部分仍会致畸甚至死亡。

1.3 环保措施

工程总体布局应充分利用陆岸设施，简化海上流程及设施；施工过程中尽量保护好滩涂，注意避开休渔季节、主要经济鱼类的产卵季节，减少对渔业资源的破坏；尽量使用商品混凝土，减少扬尘；建设砂石人工岛应采用“先围堰、后回填”并布设防土工布防滤层等工艺，减少悬浮泥沙入海；实现生产污水及含油污泥“零排放”；在油田钻井作业过程中，尽量不使用毒性较大的油基泥浆和混油泥浆，首选无毒的环保型天然聚合物—水基泥浆，减少环境损害；人工井场实现落地原油100%回收，严格防止溢油发生；配有完备的溢油应急方案和措施，一旦发生溢油，能够及时有效地将影响范围控制在最小。

1.4 监测频率及内容

1.4.1 常规监测

在海上钻井作业开始后每月采样监测1次，直到工程完工一个月后采最后一次施工期样品为止。监测平台及外排生产水中的含油浓度，每日监测4次。对于供应船及守护船的机舱污水，至少每月1次从排放口处取样监测其含油浓度。

水质监测内容包括悬浮物、石油类、化学需氧量等。生态环境监测内容包括浮游植物、浮游动物、底栖生物、渔业资源等。

1.4.2 非常规监测

配合政府部门对防污染设备进行定期检查，以及在事故状态下配合有关部门做好对事故的应急和跟踪监测。

2 海砂开采工程

海砂，即海中的砂石，是指受海水侵蚀而没有经过淡化处理的砂，多来自海水和河流交界地带。作为仅次于石油天然气的第二大海洋矿产，海砂有着众多用途，其中最主要的用途之一是作为工程建设的原材料［6－7］。但由于海砂中含有氯离子成分，氯离子超标会对钢筋有严重的腐蚀作用。因此，建筑工程中采用的海砂必须经过专门的淡化处理，钢筋混凝土中海砂的氯离子含量不应大于0.06%。

2.1 产污分析

可用于深水采砂的设备有潜水泵式、气动泵式和射流式等装置。其中，潜水泵式采砂装置水下部分（特别是潜水电机的密封装置）容易磨损，工作可靠性差；气动泵式采砂装置单位能耗高；射流式采砂装置由于其在水下无转动部件、结构简单、耐磨损、工作可靠、水下开挖深度大、单位能耗低，因此是一种比较理想的水下采砂装备。

目前，海砂开采作业方式多采用射流式吸砂船，吸砂船所配置的钢管砂头在其自重的压力下，可以直接穿透覆盖层，进入藏砂区。吸砂溢流作业过程为砂水混合物通过滚筛分离杂质后，在筛网上留下石头、泥块以及其他杂物，而细颗粒淤泥和粉砂则随着水流沿回流管溢流到海面，大部分沉降到采砂坑。采砂施工过程中高压射流扰动底质中的砂和淤泥，部分淤泥悬浮后未被抽砂管吸取，而随潮流扩散；洗砂溢流作业也能产生悬浮泥沙。采砂工程结束后，海床地形地貌和潮流场会发生相应变化［8－9］。

2.2 主要环境影响

采砂施工过程中产生的悬浮泥沙、采砂人员产生的生活污水和生活垃圾、采砂船舶产生的含油废水会对海水水质和海洋生态环境造成影响。采砂结束后，海床地形地貌及潮流场等改变会对附近海域水动力、冲淤环境、通航环境等产生影响。

2.3 环保措施

应合理安排施工船舶数量和位置，射流功率和抽砂泵功率应相匹配，尽量减少抽砂过程产生的悬浮物；采砂船溢流泄水口应通过管道进行水底排放，减少悬浮泥沙对表层水体的影响；对采砂作业准确定位，防止越界开采、超量开采、超强度开采；施工船舶须预留距边界50～60m的距离进行开采，保证开采完毕后，塌方的范围不会超过申请用海的区域范围。

2.4 监测频率及内容

控制开采深度、开采面积、开采量和采砂强度，加强对施工单位的监管和海砂开采跟踪动态监测工作，发现问题及时解决，防止海砂开采对海洋资源、生态环境、海洋设施以及海岸、海底地形等造成损害。根据不同监测内容确定相应监测范围、布设监测站位等，监测范围应比申请采砂范围有所扩大［10］。

一般情况下，开采后每半年监测1次。根据项目特点，定期进行海底地形、水深测量，并给出海砂开采前后的地形定量变化数据。海砂开采结束后对开采区进行系统的水深测量，作为续期依据。水质监测时，在大、小潮期的涨、落潮各进行1次，重点监测悬浮物的变化，监测方法应按《海洋监测规范（GB 17378－2007）》执行。如果海砂开采期间出现大范围的悬浮物扩散，或者需要加快海砂开采进度等，应及时进行临时跟踪监测。

3 人工鱼礁工程

人工鱼礁是人为在海中设置的构筑物，其目的是改善海域生态环境，营造海洋生物栖息的良好环境，为鱼类等提供繁殖、生长、索饵等场所，达到保护、增殖和提高渔获量的目的。目前国内外已经广泛地开展了人工鱼礁建设，对近海海洋生物栖息地和渔场进行修复，取得了较好的效果［11－15］。

3.1 设计

人工鱼礁规划过程的最重要部分是设计，包括材料的选择、位置的准确安放、礁石的结构设计等。为特定目的建造的礁石通常有若干个组件组成，其设计应满足以下标准和要求：一是根据礁石的建设用途，重点考虑几何尺寸和形状，使之能够“吸引”有关动物，使藻类、鱼类、软体动物、珊瑚等能够被快速吸引或定植在礁石表面或周围；二是礁石应具有足够的工程强度，无论是礁石的个体组成部分，还是整体构筑物，应能承受海洋环境的物理应力而不致损坏；三是能够在最小的占地空间、最少的海洋生态环境影响情况下，满足预期的目标；四是根据需要，可以将礁石移走［16－19］。

3.2 材料

应在考虑构筑物的制作、运输、安放和持续维护的前提下，以最低的经济成本，但不能降低环境标准，合理选择材料建造人工鱼礁。材料的选择原则如下：可以使用天然的、回收利用的或预制的材料，优先使用天然材料；所使用的材料必须是惰性的，不会通过渗沥、物理、化学风化或生物活动等引起污染，同时应能承受海水水质恶化的影响；可以使用符合《伦敦条约》条款的废弃物，如疏浚物、无机地质材料、废弃平台等；对于价格昂贵或不易获得的材料，不应考虑；所使用的材料不会影响将来移植到礁石上物种的性质；位于无遮蔽的、高能地区的礁石应使用重型材料，例如岩石、混凝土和钢材等［20－22］。

3.3 主要环境影响

礁石安放时由爆炸物、作业船只和其他机械设备引起的水下噪声和振动级增加，可能会造成生物栖息地破坏，导致鱼类、鸟类、海洋哺乳动物等临时性迁移，同时不可避免地使生活在礁石底部的底上动物和底内动物群落窒息，生物群落发生变化，也可能引入外来物种等［23－24］。

人工鱼礁构筑物尽可能固定在地层上以避免移位，应具有足够的稳定性以抵御波浪和潮流的冲击力，并能够承受拖网渔船的牵引力。一旦人工鱼礁（或礁石的组件）移位到邻近的具有较高保存或保护价值的区域，礁石就会对生态系统或船舶航行等造成危害。

3.4 监测频率及内容

人工鱼礁投放前，在预定设置海区要对不同季节的海域生态环境进行监测与调查，包括水温、盐度、透明度、水质化学成分、海流流向、流速及浮游生物组成等。

人工鱼礁投放后，可依据材料不同，定期对人工鱼礁区域的生态环境和生物资源状况以及礁体本身进行监测，以确定所投放的人工鱼礁是否达到预期目标，以及人工鱼礁礁体材料的耐久性和稳定性如何等。监测内容主要包括人工鱼礁区域的生物数量、生物种类等变化，礁体的掩埋、位置变动、损坏情况等。

其实人工鱼礁的监测不是最终目的，而是通过监测所获得的资料来评估人工鱼礁投放后的成效，获得相应的经验和教训，为今后建造和投放人工鱼礁提供参考。同时，只有将生态调查和社会调查相结合，进行全面的动态监测，才能正确指导人工鱼礁的建礁工作，提高人工鱼礁的增殖效果，进而实现渔业资源的可持续发展。

4 海水淡化工程

海水淡化，即利用海水脱盐生产淡水，是人类追求了几百年的梦想。海水淡化工程增加了淡水总量，且不受时空和气候的影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供给。海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、多级闪蒸蒸馏法、低温多效蒸馏法、反渗透法等，目前利用反渗透膜的反渗透法，以其设备简单、易于维护和设备模块化等优点迅速占领市场，逐步取代蒸馏法，成为应用最广泛的方法［25－28］。

4.1 主要环境影响

（1）浓盐水对海洋生态系统的影响。海水淡化厂排放的浓盐水的盐度一般是取用海水的2倍，若这些浓盐水排放方式不当，将导致排放海域盐度升高，改变海洋生物本身体液与其生活环境海水中渗透压的平衡，从而降低海洋生物的繁殖能力。另外，排放浓盐水的密度大于自然海水，其入海后易于沉降在水底，阻碍海水的垂直混合，并在排水口附近形成高盐沙漠，使原有的环流模式产生改变［29－31］。

（2）污染物排放对海洋生态系统的影响。海水淡化厂排放水中污染物主要包括化学添加剂（如氯气或次氯酸钠）、抑垢剂（通常为聚磷酸盐）、防沫剂、防蚀剂、酸洗剂，以及管路腐蚀产生的毒性重金属（如Cu、Ni、Mo、Cr、Zn）等，这些污染物都会对海洋生态系统造成危害［32－33］。

（3）海水抽取对浮游和底栖生物的影响。海水本身就是许多海洋生物的栖息地，海水抽取时必然会将其中的微小生物直接抽走而造成生物量下降。个体较大的浮游生物、鱼类、贝类等通过卷吸、撞击也会受到损伤。如果取水口处于鱼类等海洋动物繁殖地段，在繁殖季节海水中存在大量的鱼卵和仔鱼，大规模取水会导致鱼卵和仔鱼的损失，影响鱼类等生物繁殖和补充。因此，在大力发展海水淡化事业的同时，决不可忽视其对海洋生态环境的负面影响。

4.2 环保措施

在海水淡化工程规划和建设中，应避免在潟湖、半封闭性海湾等水交换能力较差的水域选择厂址，宜选择开放性、水交换通畅且水质良好的水域；要通过模型计算和现场数据验证来确定海水淡化量的每日最大值；海水淡化厂排放的浓盐水及其所含的污染物，都要经适当处理，达标后才能排放入海。

4.3 监测频率及内容

监测区域通常以所占海域的边界向外5km范围以内，主要监测要素为盐度、重金属、化学添加剂、温度等。盐度和温度应每天进行监测，重金属和化学添加剂应每月监测2～4次，有条件最好能够安装实时在线监测系统。尽量避免工程用海以外海区盐度增加0.5以上，完全避免其盐度增加1的情况出现。生态环境监测内容主要包括浮游植物、浮游动物、底栖生物等，至少半年监测1次。

5 小结

通过对海上油气开发、海砂开采、人工鱼礁、海水淡化等资源开发与保护类海洋工程的工艺分析，阐述了各类海洋工程的特征污染物、主要环境影响及环保措施等，将建设期和运营期的重点监测内容汇总于表1，该结论可为海洋管理部门开展海洋工程分类监测与管理提供依据。

表1 各类海洋工程重点监测内容汇总

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