海上人为噪声及其对海洋鱼类影响的初步探究

摘要

为了减少二氧化碳的排放和阻止全球变暖，风能作为一种清洁能源，其利用逐步受到重视。我国海上风电产业近年发展迅猛，然而海上风电场在其将近30年的生命周期中会不断的向海洋中释放噪声，形成噪声污染。人为活动所产生的水下噪声是近几年备受关注的环境问题，而我国对海上风电场水下噪声的相关科学研究却处在起步阶段，因此我们迫切需要对风机噪声特性及多个风机的累积影响进行了解。本文对上海东海大桥海上风电场运行期噪声进行了实地野外调查采样，并进行数据分析。研究了不同单机容量风电机的噪声特性，并对风电场内单个风机分不同深度、不同距离进行了噪声特性研究，实验还对风电场内及风电场外的声压级以及水下噪声记录的不同方法进行了对比。
　　结果表明：风电机噪音具有低频及低能级水平的特点，主要频率在400 Hz以内，声压级在81~99 dB之间。其中B1风电机（3 MW）水下噪声主要频率为60 Hz、119 Hz、235 Hz、351 Hz，声压级约89 dB；A2风电机（3 MW）水下噪声主要频率为62 Hz、124 Hz、238 Hz、325 Hz，声压级约81 dB；F1风电机（3.6 MW）水下噪声主要频率为62 Hz、139 Hz、186 Hz、359 Hz，声压级约99 dB；F2（5 MW）风电机水下噪声主要频率为69 Hz，声压级约90 dB。
　　距单个风机15~148 m范围内声压级随距离增加而降低，但在148 m以外其声压级变化与距离相关性不大。不同深度风机水下噪声的测定表明，在潮汐流速较慢的情况下，三个深度所得频谱基本一致，而当水流逐渐加快时，会出现一些频率成分的偏移及丢失。风电场内外噪声声压级对比结果表明，风电场内噪声水平要低于风电场外，可能是由于测量时海况改变，风速加快导致的。以上结果说明风电机噪声测定极易受到外界干扰，如果要对风电机噪声进行精确测定，所需要的测量条件较其他高强度噪声（如打桩、船舶噪音）测定严格，采用抛锚定点测量及漂流法对同一风机水下噪声的测定结果基本一致。
　　像近岸风电场等人为活动所产生的水下噪声污染可能对鱼类的声讯交流造成影响。褐菖鲉(Sebasticus marmoratus)是典型的近岸岩礁鱼类，并且也是一种重要的经济鱼类，在生殖期或非生殖期可通过发声肌发出声音进行同类间交流。本文利用听觉诱发电位法（Auditory Evoked Potential）研究了褐菖鮋的听觉阈值。实验通过插入皮下的电极记录了10尾褐菖鮋对80 Hz~1500 Hz短纯音的听觉诱发电位来确定其听觉阈值。结果显示：褐菖鮋对低频声音信号较敏感，其听觉阈值为72-79 dB。最敏感的频率范围为80~200 Hz，其中80 Hz听觉阈值为72 dB。随着声音频率的增加，褐菖鮋听觉敏感性降低，对500 Hz以上的声音敏感较差，其听觉阈值已达90 dB以上。将10尾褐菖鮋的听觉阈值平均，得出褐菖鮋的听觉阈值图，其听力曲线呈线性上升，听觉阈值随声音频率的增大而增大。
　　结合上海东海大桥海上风电场运行期噪声特性及褐菖鮋的听力曲线，推测近岸风电场等人类活动产生的低频噪声可能对褐菖鲉的声讯交流产生影响，但该噪音是否会对风电机附近的海洋生物的行为产生影响还有待进一步的行为实验研究。本研究为我国后续风电场建设的噪声防护、环境评估提供科学参考，积累一些进行此类研究的经验，也为相关海洋生物行为学实验及噪声暴露处理研究奠定基础。

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第一章 引 言

1.1 水下声学

1.1.1 声音

1.1.2 相关物理量

1.1.3 能量损耗

1.1.4 声音的测量

1.2 鱼类生物声学

1.2.1 环境噪声

1.2.2 鱼类发声

1.2.3 鱼类听觉

1.3 海上风电机噪音来源及噪音特性

1.3.1 风电场噪声对鱼类的影响

1.4 本研究所要解决的问题及意义

第二章 上海东海大桥海上风电场水下噪声特性分析

2.1 引言

2.2 调查地区与调查方法

2.2.1 调查地区概况

2.2.2 调查设备与方法

2.2.3 噪声文件分析

2.3 结果

2.3.1 背景噪音

2.3.2 单个风机运行期水下噪声特性分析

2.3.3 风电机不同深度水下噪声特性对比

2.3.4 单个风机不同距离声压级比较

2.3.5 风电场内外声压级比较

2.4 讨论

第三章 风电场噪声对褐菖鮋影响的分析推测

3.1. 引言

3.2. 材料与方法

3.2.1 实验动物

3.2.2 实验装置

3.2.3 AEP记录及刺激声音产生装置

3.3. 结果

3.3.1 褐菖鮋AEP波形特点

3.3.2 褐菖鮋听力图

3.4. 讨论

第四章 结 论

参考文献

致谢