海底管道工程對海洋環境的影響及生態用海探討

摘要：我國海底管道數量日益劇增，為海洋經濟發展做出了突出貢獻，然而海底管道工程蓬勃發展的同時，也帶來了一系列的海洋環境問題。文章通過分析海底管道工程的特點，總結了其建設對海洋環境及海洋生態的主要影響，包括施工懸沙對海洋水質、海洋沉積物以及海洋生態環境造成的影響以及對海洋生物資源造成的損失；營運期排污管道正常工況下污水排放對海域的積累及其污染生態效應，以及各種類型海底管道事故狀態下可能的物料泄漏、爆炸對海洋水質、海洋生態造成的用海風險，在此基礎上提出了相應的污染防治及生態用海措施，為海洋環境保護和海域使用管理決策提供參考。

關鍵詞：海底管道；海洋環境影響；生態用海

中圖分類號：X55 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）03-0158-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.093

Abstract： The number of submarine pipelines in our country is increasing rapidly， which has made outstanding contributions to the development of marine economy. However， while the submarine pipelines project is booming， it also brings about a series of problems in marine environment. By analyzing the characteristics of submarine pipeline project， the article summarizes the main impacts of its construction on the marine environment and marine ecology， including the impact of suspended sediment construction on marine water quality， marine sediments and marine ecological environment as well as the loss of marine living resources. During the operation period， the sewage discharge to the sea under the normal working condition and its pollution ecological effect， as well as possible material leakage and explosions on the marine water quality and marine ecology caused by various types of subsea pipeline accidents， Put forward the corresponding measures for pollution prevention and control and ecological use of the sea， and provide reference for marine environmental protection and management decision-making of marine use.

Key words： Submarine pipeline； Marine environmental impact；Ecological sea

海底管道是指鋪設于海底用于輸水、輸氣、輸油或輸送其他物質的管狀設施[1]，按輸送介質可分為輸油管道、輸氣管道、油氣混輸管道、輸送危化品管道、供水管道、供暖供熱管道以及排污管道等。

海底管道鋪設施工中對海底的攪動產生的懸浮物會對海洋水質、海洋沉積物以及海洋生態環境造成影響，同時會對浮游生物、底棲生物、魚卵、仔稚魚和游泳動物幼體等海洋生物資源造成損害。在營運期，除排污管道存在正常工況下污水排放對海域的積累及其污染生態效應外，其它類型的海底管道正常工況下對海洋環境的影響較小，主要是事故狀態下可能的物料泄漏、爆炸對海洋水質、海洋生態造成的影響[2]。目前關于海底管道工程退役期影響的研究較少，其問題包括廢棄的海底管道是否需要拆除，拆除廢棄過程產生懸沙以及施工船舶溢油風險所引發的海洋環境問題，是否考慮就地廢棄，就地廢棄后對海洋環境的影響如何判定等，因此本文暫不考慮海底管道工程退役期影響。

2011年9月28日，“生態用海”理念第一次被國家海洋局正式提出，其內涵簡言之，即：在利用海洋資源的同時，加強保護海洋資源和海洋生態環境，不以海洋環境質量的惡化為代價換取海洋經濟的發展[3]。本文基于對海底管道工程的用海影響分析，提出相對應的生態用海措施，以期為海底管道工程建設貫徹生態用海理念提供技術支撐，為實現海域使用的生態效益與經濟效益最大化提出理論依據。

1 海底管道工程特點

海底管道工程具有其特定的施工方法與工藝，不同施工方法對海洋環境的影響程度有所差異。

1.1 施工方法及工藝

海底管道施工工藝一般包括：管道分段陸上預制、分段托管下水、海上接口連接、立管安裝、管道挖溝、清管試壓。

海底管道的鋪設方法有托管法、鋪管船法和圍堰法。托管法是根據托管位置不同可將托管法分浮拖法、近底拖法和底拖法；三種方法適用的水深不同，目的是為了防止波浪對管線的破壞。鋪管船進行鋪管作業需要有一整套施工機具和船舶與之配合，按照鋪設方式不同又分為S型鋪管法、J型鋪管法、卷筒式/卷盤式鋪管法。淺海灘涂地帶一般采用圍堰法[4]。

海底管道在海底的狀態一般分為全部埋入底土中（1～2m）、部分埋入底土中、裸露海底三種。在海底管道登陸段（水深4m左右以淺的近岸段），一般采用預挖溝方式而后將其管道埋入土中；淺水段（水深5～50m）則為先鋪管后挖溝方式；深水段多為直接裸鋪在海底表面，若海底表層沉積物為軟弱淤泥，靠管線自重沉入或部分沉入底土中。不論是預挖溝還是后挖溝，其挖溝方式一般為埋設犁法、高壓重射流法和耙吸式挖泥法，挖溝方式不同對懸浮物的產生量有一定的影響[2]。

1.2 工程特點

海底管道施工方法的選擇取決于綜合因素，主要包括路由區地形地貌及海洋水文狀況、海底管道設計、社會環境因素和技術經濟條件等。海底管道工程具有以下顯著特點。①線性工程，長幾十米至幾千米，途經路由區復雜多變，對海底地形地貌、水深、沖淤環境、風速、海流、波浪、潮汐等環境條件要求較高。②潛在風險大。不論在施工期或是營運期，一旦海底管道發生風險事故，其維修比陸上管道更為困難，對海洋生態環境將造成巨大損害；而且海上溢油與陸上溢油相比，則更難以控制和消除，對生態環境的影響也會更加嚴重和持續。③施工周期相對較短，除排污管外，影響主要集中在施工期。

2 海底管道工程建設對海洋環境、生態的影響

2.1 對海洋環境的影響

海底管道埋設及挖溝作業產生的懸浮泥沙使排放點周圍海水中懸浮物濃度增大，對海水水質的影響范圍主要集中在路由區兩側幾十至幾百米的范圍內。懸沙沿管線路由兩側擴散，按移動源連續性排放懸沙入海進行影響預測分析。一般合理選擇有代表性的潮型和潮流時刻，根據不同工況計算各控制點在大、小潮狀況下的預測濃度增加值，根據懸沙擴散的濃度增量的外包絡線、外包絡面積及其空間分布預測懸沙對海洋水質的影響時長和最大影響距離[5]。施工期影響較為短暫，一般隨著施工期的結束懸浮泥沙絕大部分沉降于海底，海水水質可以逐步恢復到本底水平。施工產生的懸浮泥沙進入水體之后，其中顆粒較大的懸浮泥沙將直接沉降于附近，形成新的表層沉積物環境，顆粒較小的懸浮泥沙將隨流漂移擴散，并最終沉積在工程區周邊海域海底，覆蓋原有的表層沉積物，一般情況下對沉積物大多是物理性質的改變，因此對既有沉積物環境的影響甚微。營運期對海洋環境的影響主要為海底管道發生故障如管道損壞、損傷或折斷等，進行海上修復作業時，需海上打撈管道和重新埋設管道等，將會對海域環境帶來一定影響，其影響因素同施工期[6-7]。此外，海底輸油、氣、危化品管道營運期發生故障時造成的油、氣以及危險化學品泄露會對海水水質和海洋沉積物造成污染。營運期正常工況下，海底供暖、供熱、輸水、油、氣、危化品管道基本不產生污染物。海底管道大多為埋設在海床不同深度下，基本沒有改變海底地形地貌，不影響周圍水域的流速、流場流態，營運期對海洋水文動力和海底沖淤環境的影響較小。

海底管道工程建設的海洋環境影響因素識別見表1。

2.2 對海洋生態的影響

管道施工引起的懸沙濃度增大導致透明度降低，引起浮游植物光合作用的減少，對浮游植物將產生一定的影響和破壞作用，進而影響以浮游植物為餌料的浮游動物的繁殖、生長和攝食；還將改變施工區附近底棲生物的生境，棲息于該范圍內的底棲動物將全部或部分喪失，但具有行動能力的底棲生物則可能主動逃竄回避從而免遭受損，一般按按懸浮泥沙濃度增量超過10mg/L包絡范圍內的10%的底棲生物受到致命傷害估算；懸沙還將對工程區附近海區魚卵、仔魚的正常生長發育產生一定的負面影響，人為增加懸浮物濃度大于10mg/L的水域范圍內，成魚雖可以回避，但部分魚卵、仔魚可能因高濃度的含沙量而死亡，而蝦蟹類因其本身的生活習性，大多數對懸浮泥沙有較強的抗性。

排污管道營運期的影響主要為污水排放，包括正常排放和事故排放對排放口周圍海域水質、沉積物的影響，進而對海洋生態環境造成影響。影響分析應根據污水種類選擇其特征污染因子，如污水處理廠尾水排放口的海域影響預測因子為CODMn；造紙行業則為CODMn、硫化物、鋅、AOX、二噁英；核電廠一般包括海水溫度、余氯、常規島的化學廢水、濃鹽水、放射性核素（110Ag、60Co、90Sr、134Cs、137Cs、131I）等。通常采用三維水質模型模擬排污口主要污染物的擴散范圍和影響程度，給出混合區或者溫升范圍和邊界。若采用海底擴散器排放，則對備選排放口進行初始稀釋度計算[2]。排污口長期排放的污染物在海域的積累及其污染生態效應不可忽視。隨著污水排放，排污口附近水域生態環境會緩慢出現惡化，生物多樣性也可能逐步減少，底棲生物的種類組成上耐污種的數量將增加，魚、蝦、貝類生物體內污染物質的殘留量也會逐漸增加。對電廠而言，大量冷卻水排入近岸海域，使得海洋熱污染問題逐漸突出，水體溫度升高會引起水中溶解氧含量降低，影響魚類和其他水生生物的生存和繁殖；電廠循環水取水過程中的卷吸效應將導致海域生物量的損失；冷卻水中的余氯也會對海洋生物產生一定的影響。

2.3 用海風險分析

主要事故風險類型除施工期船舶溢油事故外，還有營運期輸送介質（污水、石油、天然氣、有毒有害及危險化學品等）泄露入海事故。

2.3.1 施工船舶溢油風險

溢油風險分析通過對施工期船舶溢油事故發生概率進行分析評估，包括建立數學模型根據不同潮型和工況預測溢油漂移擴散路徑與范圍、掃海面積、抵岸時間、殘留量、污染岸線長度和水體中石油類濃度等時空分布特征進行溢油影響預測與分析，進而明確對周圍海洋生物生態環境以及周邊環境敏感區的影響范圍和損害程度[5]。根據相關研究，溢油會破壞浮游生物的食物鏈和餌料基礎，附著在生物體上使其中毒或者窒息死亡，一般海洋浮游植物的石油急性中毒致死濃度范圍為0.1-10mg/L，浮游動物為0.1 -15mg/L，多數底棲動物為2.0～15mg/L。灘涂及沉積物中未經降解的油又可能還原于水中造成二次污染。溢油對魚卵、仔稚魚的危害主要是對生態系統的影響，海水中油溶解成分的毒性及海面浮油均會使魚卵不能正常孵化，孵化仔魚畸形率和死亡率增高，仔、稚魚喪失或減弱活動能力，影響正常行為和生理功能，使受污個體沉降并最終死亡，由此影響種群資源延續。溢油事故對成體魚類的影響相對較小，主要是由于大量油在海水表面以漂浮形態存在，而大多數魚類是在中層和底層水中生活。溢油還會對附近養殖區造成影響，使得花蛤、牡蠣等生物死亡或者毒性聚集體內，并通過食物鏈進入人體。

2.3.2 海底管道事故風險

海底管道工程潛在的事故誘因包括：海底管道途經不穩定土層如淤泥層時，易引起不均勻沉降，若地基未進行處理，存在地基不均勻沉降導致管道接頭處斷裂的風險；穿越航道時，存在被船錨抓損、拖網損壞等的風險；管線鋪設后，受長期泥沙沖刷的影響，管線和海床之間有形成淘空的可能，也可能因局部沖刷產生深坑，在風浪作用下，發生管道斷裂的危險；此外，海底管道使用年限過久、腐蝕、管材及纜線質量以及地質災害（如地震或塌陷）等都可能引起管道破損。海底輸水管線破裂造成淡水資源的損失；海底供暖、供熱管道破裂造成周邊海水水溫上升，影響海洋生物的棲息環境；海底排污管道事故排放將對該海域水體造成污染，直接影響周邊的海洋生物生存及繁殖、餌料等；海底輸油、氣、危化品管道破裂則會造成油、氣以及危險化學品泄露，污染海水水質和海洋沉積物，從而造成對海洋生態環境以及海洋生物資源的損害。

3 海底管道工程的生態用海措施

海底管道工程的生態用海措施，可以從選址階段、施工階段、營運階段幾個方面入手。

3.1 選址階段

應根據海域自然資源條件確定用海方案。選址應避開海洋保護區、生態系統敏感區以及生態保護紅線范圍內的區域；還應盡可能遠離錨地、航道；同時選址于構造運動相對均衡、廠址范圍內無活動性斷裂、周邊斷裂的發生概率低及距離主干活動斷裂較遠的相對穩定區，并盡可能回避巨厚淤泥層等工程地質條件差的地區。

3.2 施工階段

以生態友好、環境友好的方式開發使用海域，盡可能減輕對海洋生態環境的影響，將生態用海理念貫穿于用海活動，與海洋生態修復相結合，包括：①盡可能縮短水下作業時間，施工期避開魚類繁殖季節。②水下施工應在預定好的路由范圍內開挖管溝，避免由于偏離路由而增加對底泥擾動范圍，盡量減少施工對底棲環境的破壞。③若有爆破工程應選擇低潮時刻施工，爆破時應采用毫秒微差爆破法，減小單端用藥量，爆破后的清渣要盡量減小清渣的幅度，減小對潮間帶生物的影響。④采用增殖放流、海洋生態修復等措施對工程造成的海洋生態損害進行生態補償。⑤采取必要的海底管線保護措施，包括人工沖埋保護、安裝套管保護，采取管中管保護結構、混凝土護板、沙袋防護、捆扎防護、隧道結構、凹槽設計，管線外側涂防護層等[8-9]。

3.3 營運階段

確保海域使用的生態安全，采取有效措施保護生物“三場一通道”，必要時進行生態補償和生態修復，包括①劃定保護區，設立警示標志，禁止在管道保護區范圍內進行鉆探、采砂、拋錨等作業。②確認海底管道埋深，定期進行維護和檢修，發現問題及時處理，避免管道爆管、穿孔和破裂。③建立可靠的監控系統，對排污管可在尾水排放口安裝水質連續在線自動監測系統，實現24小時在線監測；監測海纜的狀態，判斷是否懸空，必要時采取壓護覆蓋等措施。

參考文獻

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[8]王裕霜.海底電纜拋石保護工程建設綜述[J].中國電力教育，2012，（3）：51-52，56.

[9]吳愛國等.國內海底電纜深埋敷設施工技術綜述[J].浙江電力，2015，（3）：57-62.

收稿日期：2018-01-12

作者簡介：林燕鴻，女，工程師，研究方向為環境保護和海域管理。