一种沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响预测方法

摘要

一种沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响预测方法。包括接收站运行工况模块(含取水、生物灭活加氯、温降控制、余氯控制和排水分模块及数据库)、海洋生物损失量计算模块(含取水口机械卷载影响、灭活影响、余氯影响、温降影响四个分模块及数据库)及运营情景动态组合模块(含冷排水扩散、余氯扩散模块)，它能帮助相关人员对接收站利用加氯灭活海水汽化LNG并排放冷水带来的水温变化量及影响范围，排水中余氯浓度变化及影响范围进行模拟和预测；计算特定温差和余氯浓度增量情景下海洋生物损失量；优化出对海洋生物影响程度较低的温降和余氯含量控制方案，有利于环境友好战略实现，属于环境保护及水污染防治技术领域。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响预测方法， 它能帮助相关人员构建冷排水和余氯扩散模型，对LNG(液化天然气)接收站利 用加氯灭活海水汽化LNG并排放冷水带来的水温变化量及影响范围，排水中余 氯浓度变化及影响范围进行模拟和预测；计算并界定不同工况下特定温差和余 氯浓度增加情景下各种海洋生物的损失量；进而优化出对海洋生物和渔业资源 影响程度较低的冷排水温降和余氯含量控制方案，有利于LNG清洁能源利用中 的环境友好战略的实现，属于环境保护及水污染防治技术领域。

(二)背景技术

随着我国经济社会继续快速发展，增加能源供应、特别是清洁能源供应显 得尤为迫切。中国已经向世界做出承诺，2020年单位GDP的碳排放比2005年 降低40-45％。根据正在编制的国家“十二五”油气规划，天然气在国家一次能源 消耗中的比例将由目前的4％提高到8％左右。在充分开发利用好国内低碳能源 的同时，加大天然气引进力度，有利于更好地实现上述目标。

LNG储存为液态，而输向用户为气态，汽化过程需要大量的热量，充分利 用海水热量作汽化热源产生了大量的冷排水；为避免海洋污损生物在循环冷却 系统管道内壁附着繁殖而导致管道水阻的增加和生物对管道内壁表面的破坏， 影响运行的经济性和使用寿命，根据需要在循环水系统中设加氯系统。加氯处 理在抑制海洋生物在管道内繁殖的同时，经过循环系统后，未降解的余氯将随 排水口排放的冷却水扩散至周围水体中。余氯在海水中有游离态和化合态两种 形态，刚排出的冷却水中，游离态余氯占主要部分，化合态余氯所占比例不大。 由于游离态余氯氧化能力极强，极不稳定且衰减极快，因此，排放至海域内的 游离态余氯不断地稀释、分解和挥发，其浓度迅速降低。余氯在水中的输移、 分布主要依靠潮流的挟带，并非累积所致。余氯半衰期相对较短，仅1小时， 排放至海水中的余氯在环境水体中经稀释后很快自衰。浓度场主要分布在排水 口附近，影响范围较小。其特征污染物主要包括：温度和余氯，对港口水环境 及水生生态带来不利影响。

温降带来的海洋生态影响如下：

(1)温降对浮游生物的影响

浮游生物不仅是某些鱼、虾、贝类的饵料生物，同时它的数量的多寡决定 了海域初级生产力的大小，从而能影响渔业资源的潜存量。

温降产生的影响可参考国外有关温升的研究，水温升高大于6-8℃时，在夏 季仅引起浮游植物光合作用的活性减弱，这种现象并未破坏藻类的细胞，经过 几个小时(不超过一昼夜)，浮游植物的光合作用就能恢复。对浮游动物而言， 水体温升小于3℃时，多数情况下不会对其种群有不利影响。

(2)温降对鱼类的影响分析

鱼类在不同的发育阶段往往对温度条件有不同的要求，繁殖和发育时期的 要求特别严格，许多海洋动物非到一定的水温是不会产卵的。有的时候海洋动 物能在某一海区生活，但由于不能满足繁殖和发育所要求的条件(包括适宜温度 及持续的时间)，则这些动物在这一海区就不能完成繁殖和发育，因而有所谓生 殖区和不育区之别。

一方面，如果水温低于适温范围，将会抑制鱼类的新陈代谢和生长发育， 如果超过其忍受限度，还将会导致死亡。另一方面，鱼类能感受到环境水温的 微弱变化，对低于适温范围的低温水体，具有回避反应，这使许多鱼类进行远 距离的适温回游，这种回避现象排除了冬季幼鱼和成鱼受到冷威胁的可能性。 此外，水温的变化会影响鱼类的产卵，影响渔期的迟早、渔场的变动，影响渔 获量。

在夏季，适当的温度降低，对鱼类的生物是有利的，而在冬季的温降，对 鱼类的生长是不利的。温降大于环境4-5℃的区域，渔获物减少较明显。在温 降为4-5℃的区域，冬季渔获量将变低，而夏季则将有所恢复；在温降为2-3℃ 的区域，冬季将出现低渔获量，但夏、春季出现高渔获量：而温降低于2℃的 区域的影响将不明显。对于大多数暖水性鱼类来说，温降1℃基本上在其适温 范围内，一般不会对鱼类的生长造成影响。

(3)温降对虾类的影响

根据有关研究成果，中国对虾虾仔的适应温度为20-32℃。在夏、秋季节期 间，接收站冷排水引起的温降对虾类不会有明显的不利影响，虾类都能正常生 长繁殖；在冬、春季低温季节，温降达3℃以上时，虾类幼体的生长可能会受 到抑制，其存活率可能会降低，虾类的成年个体多数会回避低温区，从而影响 温降场内的对虾捕获量。

虾类耐冷性将随着驯化温度不同而不同。因此，随着虾类对驯化温度(冷排 水造成的温降影响)的不断适应，其耐冷性也将会有所下降，冷排水温降对虾类 资源的影响也将有所减轻。对于广温性对虾类来说，温降1℃仍在其适温范围 内，基本不会对虾类的生长造成影响。

(4)对贝类养殖的影响

根据调查，多数贝类的适温范围为15-30℃左右。在适温范围内，温度降低 将可能影响贝类的生长发育。在适温范围内，若遇到温度突然剧变，使贝类一 时无法适应亦会导致其滞育或死亡。因此，在夏季高温季节，冷海水排放对贝 类的影响相对较小，甚至可能会促进贝类的生长发育，但在温度较低季节，冷 海水排放将对贝类产生较大的影响，可能导致贝类滞育或死亡。

(5)冷排水对海洋生物的影响趋势分析

冷海水排入海域后，在水动力条件的作用下，经过扩散稀释的散热过程， 冷海水水团的温度迅速升高，与此同时，排放口附近一定范围内的海洋环境水 体水温则有不同程度的下降。研究表明，海水温度改变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。各种海洋生物都有一定的正 常生长温度范围及最佳温度范围，它们对温度的突然变化的忍受能力很有限， 而海洋生物对温度的耐受幅度比陆地或淡水生物小得多。另外，大多数海洋生 物的生命最适温度是接近最大耐受温度界限(温度上限)；而安全因素在温度下 限这一侧的耐受能力比在上限一侧大。也就是说，低温对生命的破坏作用在某 些方面不如高温的大。

当环境水体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；如果环境水体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。环境水温越接近生物种最适水温，温降引起的种群 丰度改变越小，越接近极限水温，则微小温降也可能造成较大的后果。因此， 冬季冷效应对水生生物影响将比其它季节来得明显。

此外，一些游泳动物能够感受到环境水温的微弱变化，对超出适温范围的高 温或低温水温，具有明显的回避反应，许多游泳动物会进行远距离的适温洄游。

余氯对海洋生物的影响分析如下：

(1)余氯对浮游植物的影响

LNG接收站冷排水中的余氯是损害浮游植物的主要因素，而冷排水的热冲 击对浮游植物的影响不大。0.2mg/L的氯可以直接杀死冷却水中60％～80％的藻 类。但GLasstone等认为即使20％的浮游植物种群被杀死，水域的净影响也可 以被忽略。Sarvanane等认为在海滨工业海水排水口有效氯浓度控制在 0.2～0.5mg/L时，将取水口、冷却管内、排水口的3份水样进行室内培养，硅藻 的初始浓度分别为413、352、381ind/ml，达到同一细胞密度 (617×104～813×104ind/mL)分别需要3、6、8d，说明浮游植物具有较强的恢复潜 能，余氯对浮游植物的损伤能得到较快恢复。此外，不同水质条件下，氯对浮 游植物的影响程度不一。当海水中总颗粒物和溶解有机碳占比例较高时，则同 样浓度的氯对浮游植物的影响较小，因为大量氯主要被前者所消耗。

(2)余氯对浮游动物的影响

浮游动物虽是水生生态系统的重要组成部分，但目前对浮游动物受氯的影 响研究报道较少。从表可见，浮游动物对氯较敏感，较低浓度的氯即可对浮 游动物产生明显的影响；浮游动物受氯连续暴露影响的浓度低于间歇暴露的浓 度。

表1-1余氯对浮游动物的影响

(3)余氯对贝类的影响

余氯可造成贝类滤食率、足活动频率、外壳开闭频率、耗氧量、足丝分泌 量、排粪量等亚致死参数的降低，从而使贝类失去附着能力。当余氯浓度低于 1mg/L时，贝类仍可以打开外壳进行摄食，但摄食速率降低。MasiLamoni等认 为余氯对贝类致毒的机理可能为：(1)氯直接对贝类鳃上皮细胞造成伤害；(2)由 氯造成的氧化作用破坏贝类呼吸膜，导致其体内缺氧、窒息而死；(3)氯直接参 加贝类酶系统的氧化作用。

(4)余氯对鱼类的影响

余氯对鱼鳃有损伤作用，使鱼鳃组织发生病变，如组织增生、上皮组织脱 离、鳃中积累大量粘液、生成动脉瘤等，从而影响并阻碍鱼鳃与水中溶解氧的 交换。余氯也可能会通过鱼鳃组织渗入血液中，把血液中能携带氧的还原性血红 蛋白氧化成不能携带氧的正铁血红蛋白，还可能抑制正铁血红蛋白还原性酶的 活性，从而导致血液运载氧的能力下降。

有些鱼类可以通过自身的调节，对氯产生一定的抗性，提高自身对氯的忍 耐力。如Lotts等认为0.04～0.08mg/L的余氯可以引发鲤科鱼对氯的适应能力， 但这一适应过程中鱼类生理和生化方面的变化并不清楚。

(5)余氯在海水中的形态及其衰减

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，因此对邻近海域生态环境将造成一定影响。水体中余氯以游离态余氯 (FRC)和化合态余氯(CRC)两种形式存在，其中游离态余氯对水生生物的毒 性较强，大约为化合态余氯的6倍。海水中的游离态余氯不稳定，余氯与海水 中的氨或有机胺化合生成氯胺。研究表明，其在海水中的半衰期约为1小时。

(6)余氯对生态影响试验结果

根据有关研究成果，余氯对水生生物的毒性机制主要是破坏动物从水中吸 取溶解氧的能力，对鱼类的鳃器官有明显的损伤作用，对虾类的损伤相对稍 小，对贝类受精卵发育有抑制作用。余氯对水生生物的毒性影响与余氯的形 态、浓度、胁迫时间以及水生生物对其敏感性等因素有关。

一般而言，水中存在余氯的浓度越高对水生生物的毒性越大，生物个体越 小，对余氯的敏感性越大。实验表明：鱼类对余氯的安全耐受极限为 0.3mg/L，余氯对鱼虾幼体的毒性和致死浓度见表1-2和表1-3。

此外0.5mg/L的余氯即可造成甲壳类50％死亡，0.05mg/L的余氯即可对贝类 受精卵发育产生明显的抑制作用。余氯对大多数的夹带生物产生有害影响，对 浮游植物的影响比较明显，0.1～0.7mg/L的余氯可使其生产力下降50～90％。余 氯为0.25～0.75mg/L时，可造成50％浮游动物死亡。

表1-2余氯对鱼虾幼体的毒性

表1-3余氯对鱼虾幼体的致死浓度

温度在《海水水质标准》(GB3097-1997)中有相关规定：一类、二类海水 水质要求人为造成的海水温升夏季不超过当时当地1℃，其他季节不超过2℃， 三类、四类海水水质要求人为造成的海水水质不超过当时当地4℃。我国尚未制 定海水余氯的浓度标准，有关资料表明(《电力建设与环境保护》，李柱中等)， 淡水生物慢性中毒的余氯剂量为0.0015mg/L，海水生物为0.02mg/L，超过上述 浓度时，能引起生物死亡。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0.01mg/L。这一标准不代表该浓度下生物全部死亡。 Mattice和Zittel根据大量试验数据推导出余氯对海洋生物的浓度和时间安全阈 值，即当余氯浓度低于0.02mg/L时，不论作用时间多长，也不会造成海洋水生生 物死亡。清晰地计算上述两种污染物的变化，可以为环境污染防治、水生生态 保护及渔业资源管理与保护提供可靠的数据支撑，有利于LNG清洁能源利用中 的环境友好战略的实现。

国内外对LNG接收站的冷排水和余氯的影响预测已有不少研究。冷排水预 测方法目前尚不多见，已有的预测方法多选用沿水深平均的平面二维水流数学 模型预测冷排水排入环境水体中的扩散途径以及影响范围。吴时强等认为：冷 排水的数值模拟方法类同于温排水，主要区别在于水面综合热量交换作用，其 中应用广泛的是数值模拟方法，主要应用于电厂温排水研究。温排水数值模拟 方法主要采用平面二维数值模型，数值方法有有限差分法、有限体积法以及复 合方法(如分步法、剖开算子法等)，各类方法均取得了良好的效果。国内南京水 利科学研究院结合某LNG接收站取排水工程，选用沿水深平均的平面二维水流 温度数学模型，建立基于剖开算子法的冷排水数值模型，采用大、小区域嵌套 方法进行计算，利用大区域水流数学模型进行计算，分析预测该接收站冷排水 影响范围。河海大学采用基于三维水动力方程的GLLVHT模型对冷却水排放温 度影响进行了数值模拟研究。余氯预测方面，国内多采用二维对流扩散(输移) 方程，多为电厂余氯排放对水域环境的影响预测方面。因此，综合上述研究背 景及调查，上述方法多借鉴国外已有的模型和数值模拟方法，以上模型需要确 定的因子数量多，模型专业化程度高，对使用者要求高，虽精度高，预测结果 更准确，但在实际项目应用和推广方面均存在一定难度，适合我国LNG接收站 及其相关环境保护要求的冷排水和余氯的预测方法研究仍不成熟，单凭一些零 散的数值模拟公式难以满足系统、全面、实用地反映LNG接收站运营带来的温 降和余氯浓度变化的对海洋环境及渔业资源影响的预测需求，并且现有的余氯 或温降预测方法的发明专利仅仅针对于某个特定的工程，也完全不适用于LNG 接收站的一般情况，且目前针对LNG接收站工程对海域生物影响分析的研究较 少，许多内容还需借鉴电厂项目的结论，定性分析较多，定量研究较少，还需 要做大量的基础工作，提供有效技术支持。急需相关发明来填补空白。

(三)发明内容

(1)发明目的

本发明的目的是提供一种沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响 预测方法，填补单凭一些零散的余氯或温度扩散公式难以达到系统、全面、实 用地反映余氯和冷排水带来的环境影响，而现有的余氯或冷排水计算方法多借 鉴国外已有的模型和数值模拟方法，需要确定的因子数量多，模型专业化程度 高，对使用者要求高，虽精度高，预测结果更准确，但在实际项目应用和推广 方面均存在一定难度，不适用于一般的LNG接收站。该套计算方法可根据LNG 接收站的具体情况，它能帮助相关人员构建冷排水和余氯扩散模型，对LNG(液 化天然气)接收站利用加氯灭活海水汽化LNG并排放冷水带来的水温变化量及 影响范围，排水中余氯浓度变化及影响范围进行模拟和预测；计算并界定不同 工况下特定温差和余氯浓度增加情景下各种海洋生物的损失量；进而优化出对 海洋生物和渔业资源影响程度较低的冷排水温降和余氯含量控制方案，有利于 LNG清洁能源利用中的环境友好战略的实现，达到水污染防治及改善水生生态 环境的目的。

(2)技术方案

本发明一种沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响预测方法，包括 接收站运行工况模块(含LNG汽化用水的取水、生物灭活加氯模块、温降控制、 余氯控制及排水模块及数据库)、海洋生物损失量计算模块(含取水口机械卷载 影响、灭活影响、余氯影响、温降影响四个分模块及数据库)以及运营情景动 态组合模块和数据库(含余氯扩散模块、冷排水扩散模块)，上述模块相互之间 的关系为：LNG汽化过程取用海水，在此过程中，水泵急速抽取海水，致使鱼 卵、仔鱼与取水口滤网、拦污栅产生机械碰撞，取水的机械卷载效应会造成海 洋渔业资源损失；且在循环水系统中设加氯系统，添加防治污损生物附壁的氯 化物至余氯含量小于0.2mg/L，其所含的余氯会对栖息于海洋中的渔业资源产生 毒理作用，而在此浓度下，鱼卵、仔鱼全部死亡；后产生大量的冷排水，经过 循环系统后，未降解的余氯随排水口排放的冷却水扩散至周围水体中，汽化用 水的排放会导致海水温度降低，鱼卵、仔鱼由于海水的突然温降而受伤害；在 水中上述影响因素以不同的工况和方式影响水环境质量，且其影响经叠加及传 输扩散，对该区域的水环境及水生生态构成一定程度的影响及危害。为计算并 衡量冷排水对水环境的影响及水生生物的损失量，接收站运行工况模块统一确 定接收站的相关数据，包括LNG汽化用水的取水、生物灭活加氯模块、温降控 制、余氯控制及排水模块及数据库等，流场等海洋水动力条件、所在地的海洋 生态基础数据，作为计算时的背景信息及基础数据库；运营情景动态组合模块 包括冷排水扩散模块和余氯扩散模块，冷排水扩散模块根据潮流场数据、环境 保护相关要求、当地水文条件及当地特殊敏感生物的环境保护要求，结合实验 室数据分析，有针对性地建立冷排水扩散模式，计算正常工况和非正常工况下 沿海LNG接收站利用海水汽化LNG并排放冷水带来的水温变化量及影响范围； 冷排水中余氯扩散模块根据潮流模型，结合冷排水扩散模式，及实验室数据分 析，建立冷排水中余氯扩散模式，计算正常工况和非正常工况下沿海LNG接收 站使用加氯灭活海水汽化LNG带来的排水中余氯浓度变化及影响范围；运营组 合动态模块包含冷排水扩散模块和余氯扩散模块，是将运行工况分为正常工况 和非正常工况两种，对环境的影响因素分为温度、余氯和机械卷载三个环节， 海洋生态基础数据模块分为成体、幼体、鱼卵仔鱼及浮游动植物三种，鱼类分 为鱼卵仔鱼、幼鱼、成鱼三种，虾类分为小虾和成虾两种，其它分为幼体和成 体两种，潮流分为大潮期涨急、大潮期落急、小潮期涨急、小潮期落急，结合 当地水环境保护及渔业资源保护要求，设定水污染防治和渔业资源保护的目标， 形成动态的运营情景及组合，输送至海洋生物损失量计算模块中相应的分模块 进行计算，海洋生物损失量计算模块分为取水口机械卷载影响、灭活影响、温 降影响、余氯影响四个分模块及数据库，取水口机械卷载效应模块和生物灭活 加氯模块根据潮流场、渔业资源分布、加氯等数据计算汽化用水的取水、加氯 导致的水生生物的损失量；温降影响和余氯影响模块是根据温降影响范围和余 氯影响范围，结合海洋生态基础数据库，对海洋生物资源损失量进行计算，列 出海洋生物损失量清单；考虑到温度和余氯这两个不同污染因子对相同渔业资 源的损害有重复，对这一部分损失量进行整合计算，潮流作用下进入影响区域 的渔业资源数量应进行叠加累积，形成代表性运营情景的海洋生物资源损失量 计算清单。

所述运营情景动态组合模块中，冷排水扩散分模块根据潮流场数据、环境 保护相关要求、当地水文条件及当地特殊敏感生物的环境保护要求，采用基于 rick扩散定律的三维温度扩散模型(式1-4至式1-6)，计算不同运行工况下接收 站汽化用水带来的温度变化量、影响范围；冷排水中余氯扩散模块根据潮流场 数据、排水状况、当地环境保护要求按照基于rick扩散定律的三维污染物浓度 扩散模型(式1-7)，计算不同运行工况下接收站汽化用水中余氯对海洋环境的 影响范围及程度，在海洋生物量损失计算模块中，生物灭活加氯模块、余氯影 响模块和温降影响模块根据余氯浓度增量影响范围、温度变化的影响范围，结 合海洋生物基础数据库，应用渔业资源损失量计算公式1-8进行计算，并结合成 长率进行折算；取水口机械卷载效应模块根据潮流场、海洋生物资源分布等数 据按式1-9计算汽化用水的取水和加氯对水生生物的损失量。

(3)优点及积极效果

本发明一种沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响预测方法，其优 点在于：在温度扩散模块方面，无需核定表面温度交换系数以及界定温度场的 边界条件，显著节省了计算工作量，大幅提高了计算效率；通过设置计算范围 并布置高分辨率网格，提高了计算精度，采用该模型对连续长时间(48h)排放 条件下的不同冷排水温度变化情景的影响进行预测计算，可计算并衡量长时间 排放冷排水对海洋生物的累积不可逆影响及损害；余氯扩散模块可定量计算余 氯排放对水质的影响程度和影响范围，余氯毒理效应带来的海洋渔业资源损失 量，通过动态调整取排水方案、运营情景，计算各情景下温度、余氯的累积影 响面积及程度，以及综合考虑各方面因素，如计算取水过程的机械卷载和生物 灭活加氯对渔业资源造成的损失量，形成总的渔业资源损失量。可优化出对海 洋生物和渔业资源影响程度较低的冷排水温降和余氯含量控制方案，有利于 LNG清洁能源利用中的环境友好战略的实现。

(四)附图说明

图1：沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响预测方法组成示意图

(五)具体实施方式

本发明一种沿海LNG接收站冷排水和余氯的海洋环境影响预测方法，包括 接收站运行工况模块(含LNG汽化用水的取水、生物灭活加氯模块、温降控制、 余氯控制及排水模块及数据库)、海洋生物损失量计算模块(含取水口机械卷载 影响、灭活影响、余氯影响、温降影响四个分模块及数据库)以及运营情景动 态组合模块和数据库(含冷排水扩散模块、余氯扩散模块)。它们相互之间的关 系是：LNG汽化过程取用海水，在此过程中，水泵急速抽取海水，致使鱼卵、 仔鱼与取水口滤网、拦污栅产生机械碰撞，取水的机械卷载效应会造成海洋渔 业资源损失；且在循环水系统中设加氯系统，添加防治污损生物附壁的氯化物 至余氯含量小于0.2mg/L，其所含的余氯会对栖息于海洋中的渔业资源产生毒理 作用，而在此浓度下，鱼卵、仔鱼全部死亡；后产生大量的冷排水，经过循环 系统后，未降解的余氯随排水口排放的冷却水扩散至周围水体中，汽化用水的 排放会导致海水温度降低，鱼卵、仔鱼由于海水的突然温降而受伤害；在水中 上述影响因素以不同的工况和方式影响水环境质量，且其影响经叠加及传输扩 散，对该区域的水环境及水生生态构成一定程度的影响及危害。

本部分以某LNG接收站为例开展该预测方法的具体实施方式分析。该接收 站信息模块包括地理位置约北纬21°24′57″、东经109°31′40″，排水量16500m³/h， 设计LNG年吞吐量300万吨，设高压海水开架式气化器(ORV)4台，在海水温 度高于7℃时使用，同时控制海水温降不超过5℃。该LNG气化单元排出的海 水，采用渠道排放的方式，经喇叭状排放口排至海中。排出的海水经气化器加 热LNG后温度降低，入海时排放温差要求小于5℃，排放量为16500m³/h；冷海 水中含有少量的余氯(小于0.2mg/L)。生物灭活加氯模块：加氯设施布置于海水 泵区旁，在取水口和泵的吸水池均投加次氯酸钠，取水口为冲击加药，泵吸水 池为连续加药，渔业资源分布见表1-4。

表1-4 LNG接收站所在海域渔业资源概况

由式1-1至式1-3建立特定海域潮流模型，作为计算时的背景信息及基础数 据库；该潮流模型采用海洋运动BBPP方程，其遵从牛顿第二定律及万有引力 定律等基本原理，根据对海水体的受力分析形成运动加速度计算公式，见式1-1； 对Navier-Stokes公式进行自由表面忽略垂直应力的垂直项积分，得到以潮汐为 主的浅水体水平面运动方程(见式1-2和式1-3)；

$\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}=-\alpha ▿P-2\Omega \times V+g+F$      式1-1

式中：α为海水密度的倒数；P为海水所受压力；F为海水受到的除重力与 压力以外的其它矢量力；V为相对于地球坐标系的海水运动矢量速度；Ω为地 球自转矢量角速度；g为相对于地球坐标系的重力加速度。

$\frac{\partial u}{\partial t}+u▿u+f\times u+g▿\eta +{\tau }_b=0$      式1-2

$\frac{\partial \eta }{\partial t}+▿\left[(H+\eta )u\right]=0$      式1-3

式中，u为水平二维流速，m/s；t为时间，s；f为柯氏力系数；g为重力加 速度，m/s²；η为相对于平均海面的水面高度，m；τ_b为海底摩擦应力；H为水 深，m；

潮流模型计算范围为北纬21°26′～21°40′、东经109°15′～109°45′，根据工 程海域及南海海区相关海域的岸线和水深分布(可引用航海保证部相关海图资 料和工程勘探资料)，采用加拿大TriGrid工具软件制作相应海域有限元网格。 采用Tide2D软件的多次叠代运算功能，模拟出每个网格节点各主要分潮的调和 常数，从而形成了污染物扩散模型能自动识别的特定海域潮流模型，定量预报 随时空变化的水深平均潮流流速和流向。工程前和工程后大潮期和小潮期潮流 涨急和落急模拟结果应分别图示。

运营情景动态组合模块含冷排水扩散模块和余氯扩散模块，冷排水扩散模 块：根据《海水水质标准》(GB3097-1997)，三类、四类海水水质要求人为造成 的海水水质不超过当时当地4℃。为控制水温变化对一定区域内海洋生态环境的 影响，要求海水气化器出水温度与当地海水的温差控制在5℃以内，即非正常 工况下，海水气化器出水温度与当地海水温差控制在不超过5℃；按海水水质不 超过4℃预测正常工况下的水温变化。

表1-5计算组次安排表

组次 排水量(m³/h) 最大温降(℃) 连续排放时间 1 16500 -4 48小时 2 16500 -5 48小时

采用基于rick扩散定律的三维温度扩散模型式1-4～1-6进行预测。

$\frac{\partial \mathrm{\Delta T}}{\partial t}+u\frac{\partial \mathrm{\Delta T}}{\partial x}+v\frac{\partial \mathrm{\Delta T}}{\partial y}+w\frac{\partial \mathrm{\Delta T}}{\partial z}=K_x\frac{{\partial }^2\mathrm{\Delta T}}{\partial x^2}+K_y\frac{{\partial }^2\mathrm{\Delta T}}{\partial y^2}+K_z\frac{{\partial }^2\mathrm{\Delta T}}{\partial z^2}+\Sigma S_t$    式1-4

ΔT＝T-T_e        式1-5

$\Sigma S_t=\underset{0}{\overset{\Delta T_0}{\int }}\mathrm{Qd\Delta T}$      式1-6

式中：ΔT为温降；T为冷排水水温；T_e为自然水温；K_x、K_y、K_z为一定 水深下水体的热扩散系数，单位m³/s，∑S_t为排放的冷源，Q为排放量；ΔT₀为 设计的排放温降；u、v、w分别为x、y、z轴方向上的流速分量。

通过该数值模拟方法计算其随海流运动的三维扩散温度及影响范围，无需 核定表面温度交换系数以及界定温度场的边界条件，从而显著节省了计算工作 量，大幅提高了计算效率；通过设置计算范围并布置高分辨率网格，提高了计 算精度，采用该模型对连续排放48h条件下的不同冷排水温度变化情景的影响 进行预测计算，计算结果以不同温降值的最大影响距离和包络面积等温降地理 分布特征值表示；计算连续排放48小时温降4℃和5℃的冷排水引起周边环境 温降分布包络线应图示，相应的温降分布统计特征值见表1-6。

表1-6冷排水影响的最大范围

冷排水中余氯扩散模块在潮流场计算的基础上，采用基于rick扩散定律的 三维污染物浓度扩散模型：

$\frac{\partial C_P}{\partial t}+u\frac{\partial C_P}{\partial x}+v\frac{\partial C_P}{\partial y}+w_P\frac{\partial C_P}{\partial z}=K_x\frac{{\partial }^2{C}_P}{\partial x^2}+K_y\frac{{\partial }^2{C}_P}{\partial y^2}+K_z\frac{{\partial }^2{C}_P}{\partial z^2}+\Sigma S_P$    式1-7

式中：C_P为余氯浓度；t为时间；u、v为x、y方向的深度平均的海流流 速；w_P为余氯在z方向水体中的重力沉降速率，取0.5m/天；∑S_P为余氯源浓度 排放速率；K_x，K_y，K_z为x，y，z方向的湍流及摩擦扩散系数选择Okubo“统 一的扩散斑点图”根据网格尺度确定水平扩散系数，选择同类现场试验经验性 公式计算的垂直扩散参数。

冷排水排放量为16500m³/h，冷海水中含有少量的余氯(小于0.2mg/L)，以 此为正常工况下的余氯源强。预测时以冷排水中余氯含量为0.5mg/L为非正常 工况下的余氯源强。计算结果以余氯浓度及其对应的最大扩散距离、包络面积 等参数表示，见表1-7。

表1-7余氯影响范围特征值

海洋生物损失量计算模块：经模拟，冷排水的扩散温降2℃的面积几乎为零， 且包含在余氯影响范围内。因此估算生物影响时，主要从余氯影响角度考虑。 余氯浓度0.02mg/L的包络面积4hm²估算，以15天为一个周期。按式1-8计算， 一个周期内，按鱼卵、仔鱼生长率减少80％估算，随潮流进入影响区域的渔业 资源比例取20％，估算鱼卵、仔鱼损失量折算成商品鱼苗为4.116×10⁵尾。一个 周期内，按游泳生物生长率减少20％估算，估算游泳生物损失量为0.096t。按 照一年包括24个周期考虑，随潮流进入影响区域的渔业资源比例取20％，则鱼 卵、仔鱼损失量折算成商品鱼苗为9.876×10⁶尾/a，游泳生物损失量为2.304t/a。 该项目运营期按20年计算渔业资源损失，则鱼卵、仔鱼损失量折算成商品鱼苗 为1.968*10⁸尾，游泳生物损失量为46.08t。

$M=\rho \times A_c\times H\times \bar{C}\times (1+{\eta }_l)\times {\eta }_c$      式1-8

式中：M为渔业资源损失量，ρ为现存绝对资源密度，A_c为超标面积，H为 水深，为个体渔业资源规格重量，η_l为随潮流进入影响区域的渔业资源比例， η_c为渔业资源成长率。

表1-8余氯造成的海洋生物的损失量估算

取水机械卷载带来的渔业资源损失量以式1-9计算。

W_i＝D_i×Q×P_i     式1-9

式中：W_i-第i种类生物资源年损失量，单位为尾；D_i-第i种类生物资 源平均分布密度，单位为尾/m³，Q-年取水总量，单位为m³；P_i-第i种类生 物资源全年出现的天数占全年的比率，单位为百分比(％)。

冷却水量约为16500m3/h，年运行260天。经计算，每年因取水卷载造成鱼 卵、仔鱼损失量折算成商品鱼苗为2.16×106尾。

表1-9取水卷载造成的海洋生物的损失量估算

该项目LNG接收站正常工况(排放口温降4℃，余氯浓度0.2mg/L)，温降 0.1℃、余氯浓度0.01mg/L的影响距离分别可达3km，包络线面积分别可达240ha 和200ha，温降0.2℃、余氯浓度0.02mg/L的影响距离可达2km和200m，包络 线面积分别可达160ha和4ha，合计影响面积约可达400ha。余氯扩散造成鱼卵 仔鱼20年的损失量为1.968×10⁸尾，游泳生物损失量为46.08t，取水机械卷载鱼 卵仔鱼损失量为2.16×10⁶尾。可以此为切入点，进一步优化出对海洋生物和渔 业资源影响程度较低的冷排水温降和余氯含量控制方案，有利于LNG清洁能源 利用中的环境友好战略的实现。