海底管道铺设对周边海域环境影响分析与研究

刘少帅，盛文龙，李志康

（海油总节能减排监测中心有限公司，天津 300452）

引言

海底管道铺设是指在海底进行管道敷设的工作，主要用于输送油气、水、电缆等。随着全球对能源的需求不断增长，海底油气资源成为人们关注的焦点，为了开发和输送这些资源，海底管道铺设变得尤为重要[1]。

海底管道是海上油气田开发的重要组成部分，是油气田外输的重要手段。伴随海洋经济的迅速发展，海域使用开发活动的日益频繁，海底输油（气）管道数量不断增加[2]，因此海底油气管道作为动脉和生命线引起了人们的关注。由于管道铺设过程中会对周围海水水质造成污染，因而本文以典型海底管道铺设阶段跟踪监测项目为例，研究管道在铺设前后对周围海水的影响程度并提出污染管控措施，降低海底管道铺设对周围海域的影响。

1 项目背景

项目海上终端A 位于南海北部海域，需建设一条长约69.47km 的海底输气管道，将海底天然气输送至陆上终端B，属于新建海底天然气管道输送工程。本次海底输气管道铺设作业主要施工程序包括预调查和扫海、水下膨胀弯安装/连接、海管铺设、管缆交越点处理、登陆段定向钻施工等，工程动用的施工船舶主要包括铺管船、挖沟船、多功能水下作业船、支持船和拖轮等。定向钻作业主要工序包括钻孔、扩孔、管道回拖等，动用的施工设备主要是驳船、钻机等。项目计划挖沟埋设段约66.53km，定向钻铺设段约2.94km。

2 污染因素

2.1 海上建设阶段污染源影响因素分析

管道铺设项目海上建设阶段管道铺设动用的施工船舶包括铺管船、挖沟船、多功能水下作业船、支持船、拖轮和驳船等。海上建设阶段的污染物主要为挖沟埋设过程中掀起的海底沉积物、定向钻作业在钻孔与扩孔过程中产生的泥浆和地层岩屑，以及参加作业的人员和船舶产生的生活污水与食品废弃物等生活垃圾、少量的船舶含油污水、生产垃圾等。海上建设阶段的产污环节及污染物种类如图1 所示。

图1 海上建设阶段产污环节与污染物种类

2.2 海上运行阶段污染源影响因素分析

海底管道铺设完成后，在海上运行阶段少量牺牲阳极会释放锌对局部海域环境造成轻微影响。海底管道铺设工程海洋环境影响要素的识别因子筛选见表1。

表1 海底管道铺设工程海上环境污染因子筛选表

3 监测方案

3.1 站位布设

沿海底管道路由适当布设监测断面，断面间距约5km。其中，岛近岸段断面间距约2km；每条断面设4 个监测站位，根据悬浮物预测结果，近岸段、穿越红线段、海对海定向钻出土点及岛定向钻出土点处的监测站位分别布设在垂直海管两侧500m 和1000m 处；穿越航路段站位布设在垂直海管两侧1000m 和2000m 处。同时，以海管路由为中心，在珊瑚分布范围附近布设3 个监测站位，监测点位布设如图2 所示。

图2 监测站位示意图

3.2 监测项目

浊度、悬浮物、COD、无机氮（包括氮、硝酸盐、亚硝酸盐)、活性磷酸盐、石油类、铜、铅是海底管道铺设需跟踪监测的项目，详见表2。

表2 海底管道铺设跟踪监测项目

4 水质监测结果评价

4.1 海底管道铺设中水质监测结果评价

海底管道铺设施工期和施工后监测的水质要素包括11 项，即透明度、浊度、悬浮物、COD、石油类、无机氮（亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮）、磷酸盐、铜、铅。

监测结果表明，施工期跟踪监测中，监测海域海水样品COD、悬浮物、石油类的单项标准指数平均值均小于1，均符合第一类海水水质标准。部分样品的悬浮物、无机氮、活性磷酸盐、铜和铅含量超第一类海水水质标准，超标率分别为2.49%、1.49%、7.96%、13.93%和23.88%。少部分样品的悬浮物、无机氮、活性磷酸盐和铅含量超第二类海水水质标准，超标率分别为2.49%、1%、1%和0.5%。无机氮含量超标的站位均位于底层，超标部分符合第三类海水水质标准。监测站位中底层海水的活性磷酸盐、无机氮均出现了超标现象，说明该海域中底层的活性磷酸盐含量可能相对较高，原因可能是有机体碎屑沉降过程受细菌、真菌的分解，无机氮和磷再生且浓度随深度增加而升高，加上深层水稳定度高，垂直交换减弱，使得氮磷在底层积聚造成活性磷酸盐含量高。

4.2 海底管道铺设后水质监测结果评价

海底管道铺设施工后的跟踪监测数据表明，监测海域海水样品COD、石油类的单项标准指数均小于1，符合第一类海水水质标准。少部分样品的无机氮、活性磷酸盐、铜含量超第一类海水水质标准，超第一类比例分别为1.49%、2.49%、5.47%，均符合第二类水质标准。悬浮物满足第一/二类、三类标准的比例分别为98.51%、1.49%。铅含量超第一类海水水质标准的比例为63.18%，超第二类水质标准的比例为2.99%，均符合第三类海水水质标准。与施工中监测数据相比较，COD、活性磷酸盐含量有所降低，石油类、铜的含量变化不明显，浊度、悬浮物、无机氮、铅的含量均有提高。

4.3 小结

综上，调查期间监测海域海水COD、石油类均符合第一类海水水质标准；少部分样品的无机氮、活性磷酸盐、铜含量超第一类海水水质标准，超一类比例分别为1.49%、2.49%、5.47%，均符合第二类水质标准；悬浮物满足第一/二类、第三类标准的比例分别为98.51%、1.49%；少部分样品的铅含量超第二类海水水质标准，超标率为2.99%。各项评价因子的平均标准指数均小于1，监测海域水质尚好。

5 海水质量回顾评价及影响分析

海洋环境质量状况回顾性评价对2021 年3 月1～4 日（春季）和2020 年11 月11～14 日（秋季）共2 次现状调查结果资料进行分析比较，通过不同开发阶段的调查结果，了解管线项目周边海域的海水水质环境质量变化趋势。

春季调查海区水温变化于14.23～24.60℃，秋季调查海区水温变化于23.33～24.58℃；春季调查海区盐度变化于31.350‰～32.236‰，秋季调查海区盐度变化于30.303‰～32.728‰；春季调查海区pH 值变化于7.88～8.24，秋季调查海区pH 值变化于8.09～8.22；春季调查海区海水DO 含量变化于6.42～8.34mg/L，秋季调查海区海水DO 含量变化于6.04～7.94mg/L；春季调查海区海水COD变化于0.38～1.89mg/L，秋季调查海区海水COD 变化于0.22～1.00mg/L；春季调查海区海水DIN 含量变化于0.0061～0.125mg/L，秋季调查海区海水DIN 含量变化于0.013～0.297mg/L；春季调查海区海水PO4-P含量变化于0.8～14.6µg/L，秋季调查海区海水PO4-P含量变化于 4.8～28.7µg/L；春季调查海区海水汞含量变化于0.009～0.050µg/L，秋季调查海区海水汞含量变化于0.008～0.050µg/L；春季调查海区海水锌含量变化于0.86～16.1µg/L，秋季调查海区海水锌含量变化于未检出～16.09g/L；春季调查海区海水镉含量变化于未检出～0.14g/L，秋季调查海区海水镉含量变化于未检出～0.71g/L；春季调查海区海水铅含量变化于未检出～1.80g/L，秋季调查海区海水铅含量变化于未检出～2.37g/L；春季调查海区海水砷含量变化于1.4～2.9µg/L，秋季调查海区海水砷含量变化于0.9～2.7µg/L；春季调查海区海水铜含量变化于0.71～4.50µg/L，秋季调查海区海水铜含量变化于0.50～5.78µg/L；春季调查海区海水总铬含量变化于0.20～0.84µg/L，秋季调查海区海水总铬含量变化于未检出～4.75g/L；春季调查海区表层海水石油类含量变化于0.007～0.021mg/L，秋季调查海区表层海水石油类含量变化于0.009～0.020mg/L；春季调查海区海水悬浮物的含量变化于0.2～19.3mg/L，秋季调查海区海水悬浮物的含量变化于1.9～22.5mg/L；春季调查海区海水挥发酚均未检出，秋季调查海区海水挥发酚含量变化于未检出～4.8g/L；春季调查海区海水硫化物含量变化于未检出～0.2g/L，秋季调查海区海水硫化物含量变化于0.1～0.2µg/L。

结合上述对比分析，春季调查样品中评价因子pH、DO、COD、DIN、PO4-P、石油类、汞、砷、锌、镉、铜、总铬、硫化物和挥发性酚的单项标准指数均小于1，无超标现象；样品中仅铅在10m 层和底层出现超标现象。秋季调查样品中评价因子pH、DO、COD、石油类、汞、砷、锌、镉、总铬、硫化物和挥发性酚的单项标准指数均小于1，无超标现象；样品中DIN、PO4-P、铅和铜出现超标现象。因此，春季调查中调查海区海水水质超标因子为铅，秋季调查中调查海区海水水质超标因子为DIN、PO4-P、铅和铜。但各项目超标率均较低，大部分超标程度较轻，超标样品含量均符合第二类海水水质标准，且PO4-P和DIN高值区与盐度的低值区高度吻合，表明PO4-P 和DIN 主要来源于低盐区域，即陆源和流入该区域的沿岸水。

本次调查表层铜的高值区主要分布在调查海区的东北角，该区域受北部湾沿岸水（湾内沿岸各江河径流的冲淡水）和琼州海峡过道水综合影响。铜作为养殖生物废弃物中的主要重金属元素，在密集养殖海域普遍较高。因此，本调查海区海水中的铜可能来源于北部湾东部和东北部沿岸的养殖区。

海水中的溶解态铅主要来源于工业废水的排放和大气沉降等人为污染源。我国近岸1625 个监测站位海水中铅的浓度变化范围为0～80μg/L，约有40%的站位超一类海水水质标准（1.0μg/L）。由此可见，在我国近岸海水中铅含量超第一类海水水质标准的比较普遍，且北部湾东部海域也存在这种现象，如2005 年广东省雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区内海水中的铅含量范围为未检出～4.7μg/L；2015 年11 月和2019 年4 月在乌石油田区域海水中铅含量范围分别为0.4～1.9μg/L 和未检出～1.6μg/L。本次调查2020 年11 月和2021 年3 月，海底铺设的管线附近海域海水中铅含量范围分别为未检出～2.37μg/L 和未检出～1.80μg/L。

2020 年11 月秋季调查表层铅的高值区分布在盐度31‰～32‰之间，2021 年3月春季调查底层铅的高值区也分布在盐度31‰～32‰之间，而这一区域明显属于北部湾沿岸水和琼州海峡过道水共同影响的区域，北部湾沿岸水和琼州海峡过道水主要受陆源影响。由此可推断，本次调查海水中铅的分布也主要受陆源的影响。

综上所述，监测海域海水环境质量总体尚好，海底管道铺设施工中和施工后的监测数据与该海域施工前的调查结果总体上一致，项目特征污染物COD、石油类和悬浮物未超出其环评报告书的预测范围，说明本次调查期间涠北管线项目施工期未对周围海域海水水质环境质量造成明显影响。

6 环境保护措施

海底管道铺设项目周围海域的跟踪监测结果表明，调查期间监测海域海水质量尚好，少部分站位超第一类海水水质标准，超标站位基本符合第二类海水水质标准要求。出现这种现象，可能是受源头污染控制、自然因素、监测和评估3 种原因影响。如，不同站位可能受到不同的污染源影响，致使水质超过第一类标准，然而在这些站位上，可能已经采取了加强工业生产过程管理、污水处理和废水排放管控等一定的控制措施[3]，以保证基本符合第二类标准的要求；海洋环境受到气候变化、潮汐、洋流等自然因素的影响，导致水质在某些时期略微超过第一类标准，但整体上基本符合第二类标准的要求；站位超过第一类标准的情况可能是通过定期水质监测和评估发现的，并在发现超标后采取加强污染源治理、改进环保设施等相应的措施，以逐步提高水质，确保基本符合第二类标准的要求。需要强调的是，尽管水质基本符合第二类标准，但超过第一类标准的站位仍然存在一定的风险和潜在影响，持续监测、评估和改进措施的实施对确保海水的健康和可持续性而言依然至关重要。因此，为减少对海洋环境的影响，海底管道铺设还需采取减少噪声污染、合理规划管线路线、实施海洋生态补偿等一系列的环保措施[4]，监测和评估海底管道铺设对海洋生态环境的影响[5]。

6.1 控制噪声

采用降噪设备和技术，减少施工船和设备产生的噪声，以减少对海洋生物的干扰。

6.2 保护底质

在管道铺设前，进行详细的海底调查和评估，选择合适的铺设区域，避免破坏珊瑚礁、海草床等重要生态系统。

6.3 控制悬浮物

采用合适的施工技术和设备，减少悬浮物的产生和扩散，保护水质和海洋生态系统。

6.4 合理处理废物和污水

遵守相关的废物处理标准和规定，合理处理施工过程中产生的废物和污水，防止海底管道铺设带来的海洋污染。

6.5 定期检查和维护管道

按照要求定期对铺设好的海底管道进行检查和维护，对管道泄漏或损坏及时修复，减少管道泄漏或损坏对海洋环境的潜在影响。

6.6 开展环境监测和评估

对海底管道铺设前后的海洋环境进行监测和评估，了解管道对海洋生态系统的影响，并及时采取生态修复和保护措施，减少海底管道铺设对海洋环境的负面影响，实现可持续发展和环境保护的目标。

结语

海底管道铺设中和铺设后的海水水质监测结果表明，调查期间监测海域水质较稳定，各要素含量存在一定差别，少部分站位超第一类海水水质标准，超标站位基本符合第二类海水水质标准要求，其中PO4-P 和DIN 超标可能与该海区的自然属性有关。从历次调查结果来看，调查期间海底管道铺设施工对周围海域水质环境影响有限，未对周围海域海水水质环境质量造成明显影响。但为了减少对海洋环境的影响，海底管道铺设还需采取一系列的环保措施，同时主管部门在海底管道铺设过程中持续监测、评估和改进措施的实施，并通过地质保护、废物处理、管线维护和监测等措施及时有效地减少海管铺设对海洋环境的负面影响。