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  • ISSN 1007-6336
  • CN 21-1168/X

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辽东湾东部海域核电冷源取水区的风险生物分析

张朝文 关春江 徐鹏 柳圭泽 徐启萌 叶金清 王旭 赵博强

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辽东湾东部海域核电冷源取水区的风险生物分析

    作者简介: 张朝文(1968-), 男, 黑龙江牡丹江人, 副总工程师, 主要研究方向为滨海核电安全运行技术与管理对策, E-mail:zhangchaowen@cgnpc.com.cn;
    通讯作者: 关春江, cjguan@nmemc.org.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划资助项目 2017YFC1404404

  • 中图分类号: X820.4

Analysis on risk organisms for the cold source water of nuclear power plantin the eastern waters of Liaodong bay

    Corresponding author: Chun-jiang GUAN, cjguan@nmemc.org.cn ;
  • CLC number: X820.4

  • 摘要: 我国近年来在核电冷源取水系统运行过程中,因海洋生物聚集或暴发等原因,屡次堵塞冷源取水系统,造成取水水泵、发电机组甚至反应堆异常停止,给核电正常运行带来了较大风险。建立核电冷源取水区的风险生物目录,并有针对性地研究其监测、预警技术和防控对策,是核电冷源取水系统安全运行的前提。通过2015年6~11月在红沿河核电取水区及其临近海域的调查,筛选出对冷源取水系统风险值为"高"的海洋生物主要有长石莼(缘管浒苔)(Ulva linza)、孔石莼(Ulva pertusa)、海月水母(Aurelia aurita)、沙蛰(Nemopilema nomurai)、球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa)、中国毛虾(Acetes chinensis)等。其中海月水母的风险分级基准为:大于或等于500 ind./(net.h)时风险为"高",为红色预警级别;大于300而小于500 ind./(net.h)时风险为"中",为黄色预警级别;大于100而小于300 ind./(net.h)时风险为"低",为蓝色预警级别。
  • 图 1  辽东湾东部海域水母调查站位

    Figure 1.  Sampling stations for jellyfish in the eastern waters of Liaodong bay

    图 2  辽东湾东部海域游泳动物调查站位

    Figure 2.  Sampling stations for nekton in the eastern waters of Liaodong bay

    图 3  辽东湾东部海域潮间带生物调查站位

    Figure 3.  Sampling stations for organisms in the intertidal zone of the eastern waters of Liaodong bay

    图 4  辽东湾漂浮大型藻类的卫星遥感监测

    Figure 4.  Satellite remote sensing monitoring of floating macro-algae in the Liaodong bay

    图 5  2015年辽东湾东部海域海月水母的相对生物量

    Figure 5.  Relative density of moon jellyfish in 2015 of the eastern waters of Liaodong bay

    表 1  辽东湾东部取水海域的风险生物目录

    Table 1.  Catalogue of risk marine organisms for the cold source water in the nearshore waters of the eastern waters of Liaodong bay

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-01-02
  • 录用日期:  2018-10-08
  • 刊出日期:  2019-02-20

辽东湾东部海域核电冷源取水区的风险生物分析

    作者简介:张朝文(1968-), 男, 黑龙江牡丹江人, 副总工程师, 主要研究方向为滨海核电安全运行技术与管理对策, E-mail:zhangchaowen@cgnpc.com.cn
    通讯作者: 关春江, cjguan@nmemc.org.cn
  • 1. 辽宁红沿河核电有限公司, 辽宁 大连 116001
  • 2. 国家海洋环境监测中心, 辽宁 大连 116023
基金项目:  国家重点研发计划资助项目 2017YFC1404404

摘要: 我国近年来在核电冷源取水系统运行过程中,因海洋生物聚集或暴发等原因,屡次堵塞冷源取水系统,造成取水水泵、发电机组甚至反应堆异常停止,给核电正常运行带来了较大风险。建立核电冷源取水区的风险生物目录,并有针对性地研究其监测、预警技术和防控对策,是核电冷源取水系统安全运行的前提。通过2015年6~11月在红沿河核电取水区及其临近海域的调查,筛选出对冷源取水系统风险值为"高"的海洋生物主要有长石莼(缘管浒苔)(Ulva linza)、孔石莼(Ulva pertusa)、海月水母(Aurelia aurita)、沙蛰(Nemopilema nomurai)、球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa)、中国毛虾(Acetes chinensis)等。其中海月水母的风险分级基准为:大于或等于500 ind./(net.h)时风险为"高",为红色预警级别;大于300而小于500 ind./(net.h)时风险为"中",为黄色预警级别;大于100而小于300 ind./(net.h)时风险为"低",为蓝色预警级别。

English Abstract

  • 目前,我国的滨海核电建设步入了快速发展阶段。从1984年第一座大陆滨海核电站——秦山核电站开工建设,至2017年9月,大陆地区共有商业运行机组37个,在建机组19个[1]。随着越来越多的核电机组投入运行,发生了许多海洋生物堵塞核电冷源取水系统的新问题,如国内一些滨海核电站曾发生过因海月水母(Aurelia aurita)、海地瓜(Acaudina molpadioides)、毛虾堵塞而非正常停堆等;类似这样的情况在法国滨海核电站也发生过[2]。日本于1996年至2000年5 a间,108个火电厂中就有43个电厂受到水母影响[3]

    核电厂取水口堵塞事件严重影响核电厂安全相关系统和电厂的可用性[4]。堵塞事件可能导致核电厂的紧急情况,对受影响城市造成重大电力和经济损失[5]。红沿河海域位于辽东湾东部沿岸南北中间位置。为了防范类似的事件的重复发生,2015年6~11月份对红沿河近岸海域进行了生物调查,通过分析比对,将取水海域海洋生物的风险分为“高”、“中”、“低”3类,建立冷源取水区海洋生物风险目录,对风险为“高”的海洋生物,进行重点监测、预警和防控,以达到科学高效应对的目的。

    • 浮游植物使用浅水Ⅲ型浮游生物网采样;浮游动物使用浅水Ⅰ、Ⅱ型浮游生物网采样;底栖生物使用0.05 m2抓斗式采泥器;潮间带生物调查方法使用0.25 m2样方采样。具体方法按照海洋调查规范(GB/T 12763.6-2007)执行。

      水母体监测使用锚流网,网衣高度8.00 m,网衣宽度60.00 m,网衣网目为10 cm。作业时网片与潮流方向垂直下网,带流起网。监测时间一般为1 h,海月水母监测结果为相对生物量,即每网每小时捕捞水母的数量,表示为ind./(net.h)。鱼虾类使用定点拖网的方法进行调查,调查时间从2015年6月~11月;赤潮监测和大型漂浮藻类采用卫星遥感方法监测,共计监测95次,每2~3 d 1次;水母监测50航次,每2~3 d 1次;鱼虾类调查6航次,每月1次;潮间带藻类调查5次。水母、鱼虾类以及潮间带生物的调查站位分别如图 1图 2图 3

      图  1  辽东湾东部海域水母调查站位

      Figure 1.  Sampling stations for jellyfish in the eastern waters of Liaodong bay

      图  2  辽东湾东部海域游泳动物调查站位

      Figure 2.  Sampling stations for nekton in the eastern waters of Liaodong bay

      图  3  辽东湾东部海域潮间带生物调查站位

      Figure 3.  Sampling stations for organisms in the intertidal zone of the eastern waters of Liaodong bay

      在实施现场调查的同时还进行社会调访,调查渔港渔获物,以及问询周边渔民等。2015年调查时间以外的数据以及赤潮数据等均来源于长兴岛-红沿河-太平湾海域近20 a的国家海洋环境监测中心海洋生物调查数据资料。

    • (1) 根据海区内生物量状况进行风险等级划分。以海月水母为例,将每网每小时捕捞海月水母个数大于或等于100而小于300个的海区,评价为“较密集区”,风险等级为“低”;将每网每小时捕捞海月水母个数大于或等于300而小于500个的海区,评价为“密集区”,风险等级为“中”;将每网每小时捕捞海月水母个数大于或等于500个的海区,评价为“中心区”,风险等级为“高”[6]。曾发生堵塞事件时期的生物量也是风险分级的依据之一,其它未发生过堵塞事件的生物,与此生物量进行对比判断。此外生物的分布状况、生态特征、生活史过程和暴发的潜在可能等因素,均为风险分析的重要因素。

      (2) 根据核电取水系统鼓型滤网反冲洗量值进行风险等级判断。反冲洗取样量越高,说明生物堵塞的风险越高。鼓型滤网反冲洗5 min取样量为大于或等于5 kg而小于10 kg时,风险评价为“低”;5 min取样量为大于或等于10 kg而小于15 kg时,风险评价为“中”;5 min取样量大于15 kg时,风险评价为“高”。对于难以使用海区生物量判断的风险生物,应用该方法辅助判断,如集群类生物、大型漂流藻类等。(3)对于遥感方法发现的疑似赤潮,距离取水口距离大于或等于100 km时,风险为“低”;距离大于或等于30 km而小于100 km时,风险为“中”;距离小于30 km时,风险为“高”。

    • 根据2015年6~11月的调查、监测结果,以及近20 a的生物调查历史资料,编制对取水安全运行可能产生影响的风险海洋生物目录,如表 1。风险为“低”的物种,在风险目录中未列出。

      表 1  辽东湾东部取水海域的风险生物目录

      Table 1.  Catalogue of risk marine organisms for the cold source water in the nearshore waters of the eastern waters of Liaodong bay

      浮游植物中的球型棕囊藻(Phaeocystis globosa),成囊状况下对冷源取水危害较大,已经发生过影响核电冷源安全运行的记录[4]。历史上渤海有棕囊藻赤潮发生的记录[7]

      浮游动物中的小型水母类,球型侧腕水母在秋季具有很大的生物量,可达300 kg/(net.h)。但由于容易挤压破碎,对冷源取水的影响弱于海月水母。

      大型水母主要有海月水母、沙蜇(Nemopilema nomurai)、白色霞水母等,目前是主要的风险生物,必须采取防范对策。

      游泳生物中的鳀鱼、花鲈、毛虾类,均具有集群性,为风险较高的生物。

    • 长石莼(缘管浒苔)(Ulva linza)最大生物量出现在2015年6月12日老鱼窝潮间带,为209.9 g/m2,为脱落的藻体堆积于滩涂。一些脱落的藻体漂浮或悬浮于海水中,取水口海域海水中悬浮长石莼生物量为3.7×10-3 g/m3

      在2015年6~11月对辽东湾进行的95次卫星遥感监测中,发现疑似赤潮或绿潮共31次。其中8月16日,应用HJ-1B和MODIS卫星遥感图像联合监测结果如图 4,在辽东湾西南海域发现异常条带,疑似大型藻,分布面积约为120 km2。像这样,距离红沿河海域约90 km,对红沿河冷源取水的风险相对较低的赤潮或绿潮,仅给予关注,而不进行现场采样监测;对于遥感发现的距离红沿河半径30 km以内的赤潮或漂浮大型藻类,予以启动现场调查或监测跟踪。

      图  4  辽东湾漂浮大型藻类的卫星遥感监测

      Figure 4.  Satellite remote sensing monitoring of floating macro-algae in the Liaodong bay

      2015年的调查中,如图 5所示,海月水母的最大生物量出现在7月23日HYHD04站位,达到11952 ind./(net.h),平均伞径24.1 cm,体重590.0 g,生物量高峰期发生在6月下旬至8月中旬。HYHD04、JF01为南北两端的站位,其水母生物量为海区自然状况,而其他站位则为进行布网拦截后的生物量,从取水口JFQSK站位水母生物量最少,可知布设的水母防控拦截网效果显著。沙蜇最大生物量出现在8月6日JF03站位,达到58 ind./(net.h),单体重为17~20 kg;以中国毛虾(Acetes chinensis)为主的虾类最大资源量出现在6月份,平均为89.6 kg/km2(6.5 kg/km2~263.3 kg/km2)。

      图  5  2015年辽东湾东部海域海月水母的相对生物量

      Figure 5.  Relative density of moon jellyfish in 2015 of the eastern waters of Liaodong bay

      根据2015年的红沿河周边海域的调查、监测,以及结合其周边海域的历史调查资料,筛选出对冷源取水影响风险为“高”的生物有棕囊藻(来源于20年历史资料)、长石莼(缘管浒苔)、孔石莼(Ulva pertusa)、海月水母、沙蛰、球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa)、中国毛虾和玉筋鱼(Ammodytes personatus)8种;风险为“中”的生物15种,主要为夜光藻(Noctiluca scintilans)、薮枝螅水母属(Obelia spp.)、白色霞水母(Cyanea nozakii)、鳀鱼(Engraulis japonius)、花鲈和细雕刻肋海胆(Temnopleurus toreumatius)等。核电取水区风险生物目录,编制完成以后,每年需要根据监测结果,进行动态调整。因为随着时间和环境的变化,生物群落的优势种也在变化之中,为此需要长期开展跟踪监测工作,对冷源取水区的风险生物状况及时掌握,做到科学应对。对核电取水区海洋生物进行风险分类,进而科学监测预警以及应对,是核电冷源取水系统安全运行的前提和保证,也是避免核事故发生,保护海洋生态环境之必须。

    • 对于筛选出来的高风险的生物种类,仅仅是针对核电取水系统而言的,而对整个生态系统而言,这些物种都是具有相应生态位的生物[8],并无风险高、中、低之分,有些还是经济物种,如长石莼[9]、花鲈(Lateolabrax maculatus)、中国毛虾等。对于暂时没有经济价值且会带来生态影响的海月水母[6],也许不久的将来会开发利用其性腺等,成为美味佳肴等;市场上已经有利用海月水母制造化妆品面膜的商品。

      红沿河周边海域冬季有海冰生成,每年的11月下旬至翌年3月中旬为结冰期[10],这期间海洋生物对冷源取水的影响较低。

      利用筛选出来的核电取水区风险生物种类,再加上发生时期时间轴绘制成甘特图,或者利用风险生物的图片和出现时期,绘制风险日历,可以更好地利于风险生物的应对工作。生物的风险高、中、低,分别对应于红色、橙色、蓝色预警级别,采取的对策分别为应急拦截打捞、预防性拦截打捞和给予关注等。

    • (1) 根据2015年的红沿河周边海域的调查、监测,以及结合其周边海域的历史调查资料,筛选出对冷源取水影响风险为“高”的生物主要有以下几类:浮游植物类有棕囊藻;大型藻类有长石莼(缘管浒苔)、孔石莼;大型水母类有海月水母、沙蜇。

      (2) 核电取水区风险生物目录,编制完成以后,每年需要根据监测结果,进行动态调整。因为随着时间和环境的变化,生物群落的优势种也在变化之中,为此需要长期开展跟踪监测工作,对冷源取水区的风险生物状况及时掌握,做到科学应对。

      (3) 对核电取水区海洋生物进行风险分类,进而科学监测预警以及应对,是核电冷源取水系统安全运行的前提和保证,也是避免核事故发生,保护海洋生态环境之必须。

参考文献 (10)

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