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2019-11-15從風機施工打樁的噪音說起──中華白海豚正面臨著什麼樣的風險？
455 期
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李沛沂／臺灣大學生態學與演化生物學研究所；胡惟鈞／臺灣大學工程科學及海洋工程學系；陳琪芳／臺灣大學工程科學及海洋工程學系；劉岱樺／臺灣大學工程科學及海洋工程學系；周蓮香／臺灣大學生態學與演化生物學研究
離岸風力發電對鯨豚最主要的衝擊，就是打樁時產生的極大水下噪音，這些音可能對鯨豚造成直接衝擊，嚴重的會造成聽力減損的生理傷害，輕微則產生遮蔽效應或是改變鯨豚的行為。臺灣海峽近岸淺水處適合架設風機，鄰近瀕危的中華白海豚臺灣族群海域，水下噪音的潛在衝擊亟需關注與審慎評估。因此，筆者團隊探討打樁時噪音對中華白海豚的影響範圍，採用「套疊水下噪音擴散範圍」與「白海豚分布範圍」圖，估算兩者重覆的面積，以作為評估打樁噪音對與白海豚的衝擊指標。
水下聲音與鯨豚聽力
水下的世界與陸上的世界不一樣。在空氣中，光可以很快地速度傳很遠的距離，聲音比較慢而且傳得不遠；在水中則不一樣，光雖然還是傳很快，但影像傳不遠，尤其是混濁的水，會使視線距離受到很大的限制，而水中的聲速約為空氣中的4~5倍，因此生物常會依賴聽覺去偵測周遭的環境變化。
白海豚與其他鯨豚生活在水中，除了被動接收水中聲音，偵測環境情況之外，還可以主動發出聲音做回音定位。某些回音定位，如滴答聲（click），可能用在覓食時尋找獵物，也可能用在游走時候尋找路徑，作為個體間溝通的此外還有哨叫聲（whistle）。所以，聽覺與鯨豚的生存和生殖關係密切，是非常重要的感覺。
現代海洋的背景聲音包含物理聲音、生物聲音以及人造聲音，一般來說臺灣近岸淺海的背景聲音值約在均方根（root mean square, RMS）聲壓級（sound pressure level, SPL）100 dB re 1 μPa〔註一〕。在此需要特別注意的是，因為參考聲壓的不同，空氣中的參考聲壓為20μPa，而水中的參考聲壓為1μPa，因此在相同的壓力下，水中的聲壓位準會比在空氣中大26 dB。2016年苗栗海域打樁產生的聲音在音源處可達RMS 220 dB re 1 μPa，如此巨大的聲音，就可能對鯨豚的聽力造成減損，甚至震聾。如果噪音消失後一段時間，減損的聽力可以復原者，稱之為「暫時聽力減損」，如果減損的聽力無法復原，則稱為「永久聽力減損」。
到現在為止，並沒有任何對於中華白海豚聽力減損的研究。2016年以前美國對於海洋哺乳類保育的舊規範，是參考瓶鼻海豚的聽力減損研究，以RMS SPL 180 dB re 1 μPa作為對鯨豚聽力減損的衝擊值，並以RMS SPL 160 dB re 1 μPa作為行為干擾的衝擊值。德國的環保署則參考港灣鼠海豚的聽力減損以及行為反應研究，以噪音暴露量（sound exposure level, SEL）160 dB re 1 μPa2s作為標準。臺灣環保署參考德國的標準，針對離岸風場審查的要求，前（2017）年12月訂定了在距離打樁位置750公尺處音量不可超過SEL160dBre1μPa2s，若以打樁的聲音特質可大致換算成約RMS SPL 170 dB re 1 μPa。於是，筆者團隊便檢視打樁時這三個噪音值（RMSSPL180／170／160 dB re 1 μPa）對白海豚的干擾程度。以下若沒有特別註明，音量值的「dB」單位均為RMS SPL dB re 1 μPa。
噪音影響範圍
遞減距離的計算是以單一音源向外擴散並遞減的原理，聲音的能量傳遞隨距離越遠會越小，離聲源越近所聽到的聲音就越大聲。我們採用拋物線方程聲學模式的「距離相依模式（range-dependent acoustic model, RAM）」1.5版進行寬頻計算，計算80~400赫茲（Hz）間各頻率的聲場，根據當地海域水文、地形與底質等傳播特性，模擬現場的噪音分布，估算音壓能量降至180／170／160 dB的距離。
因為中華白海豚僅出現於離岸風場的東邊水域，因此僅以各個風場的東側邊線為噪音來源位置，來模擬水下噪音傳遞音量減弱所需距離，及在各風場頂點／轉角點減弱40、50以及60 dB的位置。假設以海洋風場打樁時所監測到的原始噪音值220 dB（最大可能值）作為模擬音源，遞減40 dB即為180 dB，遞減50dB即為170dB（相當於SEL 160 dB），遞減60 dB即為160 dB。繪製每個音源16個方位遞減的位置，再將最外側以切線連接，繪製風場打樁時噪音的影響範圍。
打樁噪音的影響
打樁噪音聲景分布與中華白海豚族群空間分布的重疊區塊（圖一），是可能的噪音影像範圍，而影響面積比例可量化成打樁噪音對中華白海豚的衝擊程度，作為風場施工對中華白海豚族群的風險評估。
圖一：中華白海豚核域密度與以及風場打樁時噪音影響範圍。斜線區域為 160 dB 影響範圍，小圓圈區域為 170 dB（約 SEL 160dB）影響範圍，大圓圈區域為180 dB 影響範圍。核域分析的活動分布：黑色是 50%核心範圍，淺灰色外緣是 90%家域活動範圍，白色外緣是100%全分布範圍。
以核域密度分析法估算白海豚的族群分布情況，輸入2008~2016年所有白海豚的目擊點位，九年總共834個目擊點位。在搜尋半徑2公里，網格解析度200公尺的分析設定下，可由目擊點位的分布計算出各網格內白海豚的出現機率，再依據機率分為三個層級──
・核心區（coreareas）：核域分析中網格範圍屬於出現機率最高的前50%；
・家域（homeareas）：核域分析中網格屬於出現機率90%的範圍；
・全分布範圍：所有出現機率大於0%的網格範圍，也就是核域分析中100%的分布範圍）。
研究結果顯示，若以170 dB（近臺灣標準SEL 160 dB）作為離岸風機打樁水下噪音管理規範，其噪音範圍對核心區的影響占0.7%，對家域範圍的影響占5.71%。如若依據美國對鯨豚聽力減損（180 dB）的5%，各縣海域中以雲林（7.06%）以及彰化（6.24%）較高，顯示打樁噪音可能在此海域有6~7%機率會干擾白海豚的行為（表一）。
分析結果仍與現實有距離？
筆者團隊經過此次研究，得到初步結論：苗栗海域的白海豚活動範圍，是唯一與180 dB噪音影響範圍重疊的區域，儘管面積很小，但不能忽視這些區域造成鯨豚永久性聽力減損的可能。而在彰化雲林海域，雖然白海豚活動的核心區沒有進入180dB的影響範圍，但白海豚的家域區與170／160 dB的影響範圍都有較大面積的重疊，對暫時性聽力減損、行為的改變以及棲地的轉移等影響需要特別注意。
然而，這個研究以整體性的視角探討「風機施工打樁噪音」與「對中華白海豚衝擊範圍」，考慮的是整體的噪音影響範圍以及整體的白海豚族群分布。基於保育的立場，我們採用「最壞的情境（worst case scenario）」，在分析時盡量採用影響最大的估算。在研究方法上，白海豚的移動主要是平行海岸線，而研究用地理資訊系統ArcGIS的核域密度分析在計算分布機率時是沒有方向性的，並以約2公里作為搜尋半徑，也就是說，每一目擊點在計算核域密度的影響上都是兩公里，計算的結果會高估東西向（垂直海岸方向）的分布，低估南北向（平行海岸方向）的分布，由於風場範圍在白海豚活動範圍的西側，所以雖然分析的結果會高估噪音對白海豚的影響。
從研究商量可行的建設方案
另外，在產官學與保育團體各方協調與努力下，以下幾點有助減輕衝擊：
首先，打樁噪音以所有風場的東界作為噪音的聲源，再由此推估噪音的影響範圍，是所有打樁噪音影響的空間聯集，亦即所有基樁影響的最大範圍。當中並沒有考慮打樁噪音的時限性，一次打樁所需時間短（約數小時），打樁停止後噪音也會跟著停止。而現今各風場均承諾每次施作僅打一根基樁，且相鄰風場不在同一天打樁，也就是說相同或臨近海域，同時段僅有一根基樁的噪音的衝擊。因此，若考慮時間因素，單一打樁的噪音影響範圍將比研究中要小很多。
再來，臺灣現今環境影響評估，針對風場打樁噪音的條件是在音源750公尺處的噪音值不得超過SEL 160 dB（約相當於RMS SPL 170 dB），目前所有的風場開發商都承諾會設法降低噪音值以達成此標準，所以日後打樁時的RMS SPL 170 dB噪音的影響範圍將限制在750公尺內，其對白海豚活動範圍的衝擊機率應該比研究中更小，而RMS SPL 160 dB的衝擊範圍也將連帶地縮小，對白海豚活動範圍而言，會有比此次研究結果有著更好的保護。
最後，環境影響評估過程中，許多離岸風場開發商都願意配合，將風場的東緣往外移，距離林務局規劃的棲息環境約3公里，此研究便是根據環評結果得來的風場邊線。此外，除了早期通過的海洋風場與台電一期風場外，2017年環評通過的近岸風場風機基座都承諾採用套筒式，由於基樁尺寸較小，因此產生的噪音將更小，再加上減噪措施，在到達核心區前很可能降至低於160 dB，如此應該會有效減少對白海豚行為的干擾。
不過，若有海豚個體在極近距離突然受到強大的噪音衝擊，則是會產生聽力減損，進而影響海豚的存活。因此在打樁前必須由「專業的鯨豚觀察員」在現場確定沒有海豚在警戒區出現，在噪音超標或有鯨豚出現時也有權即時請負責人停止打樁，這才是在打樁施工時保護鯨豚的關鍵措施。
〔註一〕SPL的單位為分貝（decibel, dB），而更精確、完整的單位表示通常應該寫成「dB re 100μPa」，也就是以100μPa為參考值的分貝值（decibel with respect to 20 micro Pascal）。
感謝科技部補助部分研究經費。
延伸閱讀
1. Forney,K.A.et al.,Nowheretogo:noiseimpactassessments for marine mammal populations with high site fidelity, Endangered species research, Vol. 32: 391-413, 2017.
2. Technical Guidance for Assessing the Effects of Anthropogenic Sound on Marine Mammal Hearing: Underwater Acoustic Thresholds for Onset of Permanent and Temporary Threshold Shifts, NOAA, 2016.