海洋疏浚工程的环境影响及对策措施*1

王海棠，周勇华，刘有刚

(国家海洋局 北海海洋工程勘察研究院， 山东 青岛 266061)

海洋疏浚工程的环境影响及对策措施*1

王海棠，周勇华，刘有刚

(国家海洋局 北海海洋工程勘察研究院， 山东 青岛 266061)

以黄骅港航道扩建项目为例，利用二维数值模型模拟分析了航道疏浚产生悬沙对水质的影响，并计算了项目产生悬沙对海洋生态环境的影响。经分析，黄骅港航道扩建项目使约376.1 km2的海域水质环境受到悬沙的影响，造成约180 t底栖生物、231 t浮游动物、1 503 t鱼卵和3 757 t仔鱼损失。提出了 “实现疏浚土的综合利用”、“提高施工效率，缩短施工期限”、“合理安排施工时间”、“对受损的海洋生物进行增殖放流”等措施,以降低航道疏浚工程施工期间对海洋环境的影响。

疏浚；悬沙；水质；海洋生态

近年来，随着经济的快速发展和航运交通基础设施的大力建设，我国疏浚业取得了长足的进步*中国疏浚协会.中国疏浚业发展战略研究报告( 2008 年版),2009.，尤其在经济发达的沿海地区，为了满足日益增长的货运量和船舶大型化的需求，港口与航道不断向规模化、深水化方向发展，因港航建设和维护带来的疏浚量相当可观。疏浚工程对海洋环境的影响主要集中在施工期间[1]，主要影响海水水质环境和海洋生态环境。

20世纪90年代以来，对疏浚工程的海洋环境影响研究主要利用现场观测法和数值模拟法2种手段。贺广凯等[2]以大窑湾疏浚工程环境监测的资料为基础，计算出浊度和悬浮体的变化关系，为该地区航道疏浚环境影响提供依据。王超等[3]通过广州港航道施工前及施工期监测结果的对比，分析了广州港航道疏浚工程对珠江口生态环境的影响。赵吉国等[4]、郑志华等[5]、贾怡然等[6]将二维输运-扩散模型分别运用到汕尾电厂航道疏浚工程、盘锦港航道工程和青岛墨女港区港池疏浚工程中，较好的模拟了疏浚工程悬浮物的扩散对周围水质环境的影响。

以上的研究成果大多偏重于疏浚对水质环境影响的定量分析，对生态环境的影响多以定性分析为主。我们以黄骅港航道疏浚项目为例，在利用数值模式计算航道疏浚对水质环境的影响范围的基础上，定量计算了疏浚工程对海洋生态环境造成的损失，并提出了一些合理的环境保护措施。

1 项目概况及环境状况

拟将黄骅港现有航道扩建成5万t级重载双向航道。以原单向航道的轴线为轴线，在原航道基础上向南北两侧各拓宽65 m，形成宽270 m，长约41 km，底标高-14.0 m的新航道(图1)。航道疏浚土方量约4 015万 m3，疏浚工程工期为2 a，拟投入5 000 m3/h自航耙吸式挖泥船进行疏浚。疏浚土拟倾倒至距离航道约10 km的某海洋倾倒区内*青岛环海海洋工程勘察研究院.神华黄骅港5万吨级重载双向航道工程海洋环境影响报告书,2012.。根据测算，航道扩建部分占用海域面积为8.43 km2。

图1 项目拟建航道及调查站位示意图Fig.1 Locations of the deepwater channel to be expanded and the surveying stations

项目周边海域环境质量状况较好。2012-04进行的环境质量现状调查(图1)表明：海水水质符合国家二类水质标准，海洋沉积物质量符合国家一类沉积物质量标准。海域叶绿素a平均值为0.85 mg/m3。浮游植物共发现18属29种，隶属硅藻和甲藻两个大类，优势种类是尖刺菱形藻、星脐圆筛藻和中肋骨条藻，细胞数量平均值为392 373 个/m3。浮游动物共发现8种，优势种类为小拟哲水蚤、克氏纺锤水蚤和拟长腹剑水蚤，生物量平均值为30.8 mg/m3。大型底栖生物共发现28种，优势种为日本倍棘蛇尾，生物量平均值为10.7 g/m2。调查区鱼卵平均资源密度为0.2 粒/m3，仔鱼平均资源密度为0.1 尾/m3。

数值预测结果(图2和图3)表明：黄骅海域涨潮流整体上为自东向西的向岸流，落潮流相反，整体上为自西向东的离岸流，落潮流速略小于涨潮流速。在工程附近海域，黄骅港煤炭港区现有南防砂堤南侧及综合港区北防砂堤北侧的近岸区域，潮流均为顺岸流动。煤炭港区现有南防砂堤堤头附近流速较大，落急时刻在口门处形成漩涡。

图2 工程前涨急时刻潮流场Fig.2 Tidal current at the middle time of flood before the project

图3 工程前落急时刻潮流场Fig.3 Tidal current at the middle time of ebb before the project

2 疏浚工程环境影响分析

2.1 疏浚工程对水质环境的影响

疏浚工程施工产生的悬沙在潮流的作用下进行稀释扩散，将对疏浚区的水质环境产生影响。在获得可靠的潮流场基础上，通过添加平面二维非恒定的对流-扩散模型[7]，即可就疏浚工程对疏浚区水质产生的影响进行预测计算。

在数值模型中计算的悬沙浓度值是疏浚造成的海水悬沙的增加值，根据《海水水质标准》中一类、二类水质标准，悬浮物质人为增加量不得高于10 mg/L，因此，将模拟浓度临界值定为10 mg/L，即认为当悬沙浓度增量降至10 mg/L以下时对海洋环境无影响，视为恢复本底。

项目主要采用5 000 m3/h自航耙吸式挖泥船，考虑满舱溢流情况下，源强为13.9 kg/s。按照前述模型对航道疏浚引起的悬沙扩散进行模拟，以确定海水水质环境受影响的范围。预测结果：当悬浮泥沙浓度为10，20，50，100和150 mg·L-1时，悬沙扩散面积为376.1,289.9,98.8,47.8和14.1 km2。图4表明航道疏浚施工期间产生的悬沙10 mg/L等值线向NW方向最大扩散距离约为4.7 km，向SE方向最大扩散距离约为3.1 km，向NE方向最大扩散距离现有防砂堤堤头约为36.1 km，向W方向深入港池内部。10 mg/L等值线最大影响范围包络线所围面积约为376.1 km2。

图4 航道疏浚产生悬浮泥沙最大包络范围Fig.4 The maximum range of suspended sediments resulted from dredging the deepwater channel

2.2 疏浚工程对海洋生态环境的影响

航道疏浚产生的悬浮泥沙，导致航道区及周边局部海域水质混浊，使海水的光线透射率下降，溶解氧降低，对鱼类的天然饵料浮游生物的繁殖生长产生不利影响。海水中悬浮泥沙增加，悬浮颗粒会黏附在浮游动物体表，干扰其正常的生理功能，尤其是滤食性浮游动物会吞食适当粒径的悬浮颗粒，造成内部消化系统紊乱；海水透明度下降，溶解氧降低，不利于浮游植物的光合作用，进而影响浮游植物的细胞分裂和生长，使单位水体内浮游植物的数量降低，导致该水域内初级生产力水平下降。另外，悬浮颗粒会随鱼类的呼吸而进入鳃部，沉积在鳃瓣、鳃丝及鳃小片上，不仅损伤鳃组织，而且会隔断鱼类气体交换的进行，使鱼类呼吸困难，甚至窒息而死。但由于成鱼具有相对较强的避害能力，在航道疏浚作业施工期间海水混浊时，成鱼一般会自动避开，而仔幼体对悬浮物浓度的忍受限度比成鱼低得多。因此，对鱼类来说，航道疏浚产生的悬浮沙主要影响的是鱼卵和仔鱼。此外，航道疏浚将对海底造成扰动，对底栖生物产生影响。

因此，航道疏浚对海洋生态环境的影响主要体现在对浮游生物、底栖生物和鱼卵、仔鱼的影响。以下对航道疏浚造成的浮游生物、底栖生物和鱼卵、仔鱼的损失进行计算。

2.2.1 计算公式

(1)底栖生物损失计算公式

按规定[8]，占用渔业水域，使渔业水域功能被破坏或海洋生物资源栖息地丧失，各种类生物资源损害量评估按下式计算：

Wi=Di×Si

(1)

式中，Wi为第i种类生物资源受损量(尾、个或kg)；Di为评估区域内第i种类生物资源密度(尾(个)/km2、尾(个)/km3或kg/km2)；Si为第i种类生物占用的渔业水域面积或体积(km2或km3)。

(2)浮游生物和鱼类损失计算公式

按规程[8]，渔业生物资源一次性平均受损量，按下式计算：

(2)

式中，Wi为第i类生物资源一次性平均损失量(尾，个，kg)；Dij为某一污染物第j类浓度增量区第i类生物资源密度〔(尾，个，kg)/ km2〕；Sj为某一污染物第j类浓度增量区面积(km2)；Kij为某一污染物第j类浓度增量区第i类生物资源损失率(%)；n为某一污染物浓度增量分区总数。

每年渔业生物资源的累计损害量，按下式计算：

Mi=Wi×T

(3)

式中，Mi为每年第i类生物资源累计损害量(尾，个，kg)；Wi为第i类生物资源一次性平均损失量(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)。

2.2.2 疏浚工程海洋生态环境影响计算

项目用海面积为8.43 km2，施工期为2 a，底栖生物生物量为10.7 g·m-2。经计算：航道疏浚造成疏浚区底栖生物损失量为180 t。

航道疏浚区平均水深按10 m考虑，生物损失率按悬浮物超标倍数0～1,1～4,4～9和≥9分别对应5%，10%，30%和50%考虑，分别计算航道疏浚造成疏浚区浮游动物、鱼卵、仔鱼的一次性损失量(表1和表2)，并按照2 a进行考虑，计算浮游动物、鱼卵、仔鱼的累计损失量(表3)。悬浮物污染年实际影响天数按90 d计算，即T=6。计算结果表明：航道疏浚将造成疏浚区231 t浮游动物、1 503 t鱼卵和3 757 t仔鱼损失。

表1 航道疏浚区浮游动物的一次性损失量Table 1 The one-off loss of zooplankton in the dredged area

注：表内“空白”代表无此项

表2 航道疏浚区鱼卵、仔鱼的一次性损失量Table 2 The one-off losses of fish eggs and fish fries at in the dredged area

注：表内“空白”代表无此项

表3 航道疏浚区浮游动物、鱼卵和仔稚鱼累计损失量Table 3 The total loss of zooplankton、fish eggs and fish fries in the dredged area

注：表内“空白”代表无此项

3 环境保护措施

综上所述，航道疏浚工程施工期间对海水水质环境和海洋生态环境造成显著影响。黄骅港航道扩建项目的施工使约376.1 km2的海域水质环境受到悬浮泥沙的影响，造成约180 t底栖生物、231 t浮游动物、1 503 t鱼卵和3 757 t仔鱼损失。为降低航道疏浚工程施工期间对海洋环境的影响，实现环境保护的目的，现提出以下对策措施：

1)实现疏浚土的综合利用

疏浚土作为一种可利用的资源可广泛用于吹填造陆、筑堤护岸、路基工程、烧制陶粒和保温隔热的新型轻质墙砖、滨海湿地的修复和重建等[9-13]。在国内，利用疏浚土进行吹填造地已有实践经验和成功案例，例如，黄浦江航道整治工程疏浚土吹填造就复兴岛、天津港东疆港区疏浚土吹填造陆以及长江口深水航道治理二期工程疏浚土吹填横沙东滩等，均具有很强的借鉴意义。

2)提高施工效率，缩短施工期限

施工期限越长，产生悬浮泥沙对海洋生态环境的影响期限约长，海洋生物越难于自然恢复。因此，应提高施工效率，缩短施工期限。目前，一种耙绞联合的施工方式已逐渐得到推广[14]，设置2个坑轮抛，在一个坑抛泥完成后，绞吸船开始在该坑挖吹，耙吸船在另一个坑进行抛泥，可大大提高疏浚船舶的施工效率。

3)合理安排施工时间

合理安排施工时间，使施工期尽量避开海洋生物的产卵、繁育盛期，可有效降低施工悬沙扩散对海洋生物的影响。另外，施工期间，应考虑潮位和流速的影响，通过限制疏浚时段，至涨落潮流速较低时作业[15]，来缩小悬沙扩散面积，降低对水质环境和海洋生态环境的影响。

4)对受损的海洋生物进行增殖放流

在采取各种工程措施仍无法避免对海洋生物资源造成损失时，可考虑将受损生物幼苗增殖放流来进行补偿，以减缓工程施工对海洋生态环境的影响。

4 结 语

以黄骅港航道扩建项目为例，分析了海洋疏浚工程的环境影响。提出了“实现疏浚土的综合利用”、“提高施工效率，缩短施工期限”、“合理安排施工时间”、“对受损的海洋生物进行增殖放流”等措施，以降低航道疏浚工程施工期间对海洋环境的影响。

文中计算得到的悬沙扩散面积是工程施工期间悬沙的最大可能影响面积，因此，利用该面积计算的海洋生物资源的损失量也是最大可能损失量。实际的损失量可能低于本文计算结果。若要得到更为精确的结果，尚需从疏浚作业方式、作业船舶数量、作业时段安排等多个方面综合考虑，确定更为精确的模式输入参数。

[1]徐兆礼,李鸣,高倩,等.洋山工程影响海洋环境关键因子的分析[J].海洋环境学,2010,5:617-625.

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[3]王超,李浩东.广州港出海航道疏浚对珠江口水质影响及预防措施[J]交通环保,2000,2:26-28.

[4]赵吉国,黄锦林.汕尾电厂进港航道疏浚悬浮物扩散数值模拟[J].广东水利水电,2010,10:27.

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[6]贾怡然,孙英兰,张学庆.港池疏浚过程悬浮物影响预测研究及应用[J].港工技术,2007,6:3-7.

[7]GB/T 19485-2004 海洋工程环境影响评价技术导则[S].北京：中国标准出版社，2004.

[8]中华人民共和国农业部.建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程(SC/T9110-2007).2008.

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InfluenceofMarineDredgingonEnvironmentandEnvironmentalProtectionMeasures

WANGHai-tang,ZHOUYong-hua,LIUYou-gang

(BEIHAIMarineEngineeringProspectingInstitute,SOA,Qingdao 266061，China)

The Channel Expansion Project at Huanghua Port is taken as an example and a two-dimensional numerical model is used for studying the influence of the suspended sediments resulted from dredging in deepwater channel at Huanghua Port on the water quality.According to the specification requirements,the effects of the suspended sediments resulted from the project on the marine ecological environment are also calculated and analyzed.The results indicate that the project has made the water quality and environment in about 376.1km2areas be influenced by the suspended sediments,resulting in 180 t of benthos loss,231t of zooplankton loss,1503 t of fish egg loss and 3757 t of fish fry loss.Therefore,a number of reasonable measures have been put forward,including actualizing comprehensive utilization of dredged soils,heightening the working efficiency and shortening the working time,making reasonable working plan,breeding and releasing the impaired halobios,and so on.

dredging； suspension sediment； water quality； marine ecology

2013-12-05

神华黄骅港5万吨级重载双向航道工程环境影响评价项目

王海棠(1980-)，女，工程师，硕士，主要从事海洋水文数据分析和数值模拟方面研究.E-mail:ddmjcx@163.com(陈 靖 编辑)

U616

A

1002-3682(2014)01-0043-08