针对红沿河核电站冷源取水海冰堵塞风险的数值模拟预警设计初探

由于经验和技术缺失，我国冰区滨海核电站的冷源取水安全受到海冰的威胁。数值模拟预警是建立和完善核电冷源取水安全保障系的关键部分。本文以辽东湾东岸的红沿河核电站为例，介绍了 3 种主要的核电冷源安全海冰致险模式，给出了 不同致险模式的数值模拟预警流程，并对数值模拟范围的选取进行重点阐述。结果表明，满足 24 h 预警需求的海冰数值模拟范围面积在数百甚至数千平方公里以上，较大的模拟范围与高网格分辨率对运算能力提出了较高的要求，是目前该数值模拟预警需要解决的突出问题。     

前言

<正>在人类活动和气候变化共同影响下,我国近海的赤潮问题呈现出致灾危害加剧、致灾藻种增多的变化趋势。例如2012年,福建近海暴发有毒米氏凯伦藻(Kareniamikimotoi)赤潮,造成大量皱纹盘鲍死亡,经济损失超20亿元; 2016年,秦皇岛近海发生因有毒赤潮引起的中毒事件,导致消费者死亡。特别值得注意的是, 2015年广西近海暴发球形棕囊藻赤潮,堵塞滨海核电冷源系统,为国内外首例。赤潮灾害已成为威胁滨海核电冷源安全的新隐患,引起国家领导人及相关部门的高度关注。综观我国近海赤潮问题所带来的危害效应,有两类致灾赤潮最令人关注:一类影响核电冷源安全;另一类危害养殖业发展与人类健康。前者以球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)赤潮为代表,后者以米氏凯伦藻等有毒赤     

XX核电厂附近海域生态环境及潜在致灾生物研究

为了了解XX核电厂周边海域的生态环境状况,筛选潜在威胁核电厂冷源安全的致灾生物,分析影响致灾生物时空分布的主要环境因素,本研究于2018年进行了四个季节的生态调查。结果表明,研究海域浮游植物密度秋季最高,春季优势种为东海原甲藻,其他季节优势种为中肋骨条藻等硅藻。浮游动物密度夏季最高,以桡足类为主,春、夏季优势种还包括球型侧腕水母和薮枝螅水母。底栖动物的密度和生物量在秋季最高,优势种主要为豆形短眼蟹、长吻沙蚕和丝异须虫。浮游植物、浮游动物和底栖动物群落均在夏季最为稳定,群落多样性水平和物种丰度较高,且分布较为均匀。浮游植物群落的细胞丰度与悬浮物和磷酸盐的浓度正相关性最高。浮游动物的密度受温度和盐度的影响较大。底栖动物的群落分布主要受悬浮物和无机营养盐的浓度影响。本研究共筛选出17种威胁XX核电厂冷源安全的潜在致灾生物。海地瓜、棘刺锚参、海葵和球型侧腕水母的风险等级较高,其分布主要受温度和盐度的影响。后续工作中,XX核电厂应根据潜在致灾生物与环境因子的关系加强暴发机制研究、提升监测预警能力,并优化驱赶消杀技术和干扰体系,为核电厂冷源安全提供理论和技术保障。     

潜在影响防城港核电冷源系统的藻类暴发特点及其监测防控技术

2014年底,在广西防城港核电厂一期工程1号机组热试期间,核电厂所在的冷源水取水海域钦州湾暴发了球形棕囊藻赤潮,赤潮严重时出现了冷却水系统堵塞现象,严重威胁到核电的安全。本次由藻类引发的威胁核电冷源安全的事件在国内尚属首例,以往人们更多关注核电的温排水对附近海域生物的影响,而反过来,生物对核电正常运行的潜在影响相比之下缺少研究。在此背景下,本文通过研究历史调查资料,对潜在影响防城港核电冷源系统的藻类及其暴发特点进行初步分析,以大规模暴发时易成囊、成团、成簇以堵塞核电冷源入水作为筛选标准,筛选出球形棕囊藻、束毛藻、夜光藻和浒苔几种潜在威胁种,进一步对潜在威胁种的预警监测和防控方法进行初步介绍,以达到早期预防、保障核电冷源系统安全用水的目的,并为其他核电厂提供参考。     

某核电厂附近海域生态环境特征及潜在致灾生物研究

为了了解某核电厂周边海域的生态环境状况,筛选潜在威胁核电厂冷源安全的致灾生物,分析影响致灾生物时空分布的主要环境因素,本研究于2018年进行了4个季节的生态调查。结果表明,研究海域浮游植物密度秋季最高,春季优势种为东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense),其他季节优势种为中肋骨条藻(Skeletonema costatum)等硅藻。浮游动物密度夏季最高,以桡足类为主,春、夏季优势种还包括球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa)和薮枝螅水母(Obelia sp.)。底栖动物的密度和生物量在秋季最高,优势种主要为豆形短眼蟹(Xenophthalmus pinnotheroides)、长吻沙蚕(Glycera chirori)和丝异须虫(Heteromastus filiforms)。浮游植物、浮游动物和底栖动物群落均在夏季最为稳定,群落多样性水平和物种丰度较高,且分布较为均匀。浮游植物群落的细胞丰度与悬浮物和磷酸盐的浓度正相关性最高。浮游动物的密度受温度和盐度的影响较大。底栖动物的群落分布主要受悬浮物和无机营养盐的浓度影响。本研究共筛选出17种威胁该核电厂冷源安全的潜在致灾生物。海地瓜(Acaudina molpadioides)、棘刺锚参(Protankyra bidentata)、海葵(Actiniaria species)和球型侧腕水母的风险等级较高,其分布主要受温度和盐度的影响。后续工作中,该核电厂应根据潜在致灾生物与环境因子的关系加强暴发机制研究、提升监测预警能力,并优化驱赶消杀技术和干扰体系,为核电厂冷源安全提供理论和技术保障。     

基于高分辨率多波束声成像的核电站冷源海域水母探测研究

为提升核电站冷源可靠性，需建立海生物识别、探测、预警及分级响应的纵深防御体系，其中探测预警为前端处置措施，为后续的分级响应提供准确而及时的海生物信息，同时可替代潜水员水下检查工作，降低工业安全风险。采用水下声学高分辨率多波束探测方法对水母等海生物进行探测，并获取其回声特性，分析了其在敏感海域的分布密度及体散射强度特性。研究结果表明，利用该高分辨多波束声学法探测核电站出水口海生物是有效的。     

寒潮天气下高风险冰块追踪预测方法及数值模拟

为向拟建、在建和已建冰区所有冷源取水工程海域的海冰环境监测和动态风险预警提供技术支撑,本文构建了海冰–海洋耦合条件下的拉格朗日粒子追踪预测模型,并以辽东湾某核电站取水口为例,模拟并探讨了寒潮天气下高风险冰块在24 h、48 h和72 h的运移轨迹及其进入取水口的概率。结果表明,由于取水口的走向与流向和风向几乎垂直,因此在口门外随机释放的1 200个高风险冰块粒子中只有不到6%的粒子进入到取水口内。通过分区域标识粒子颜色,发现这些粒子多来自于靠近取水口300 m范围内。敏感性分析的结果表明,当释放粒子数量增至5倍时,结论不变。该项研究为冷源取水安全预警提供了一种新方法。     

海底失稳调查与评价流程

不同于陆地滑坡,海底滑坡由于水动力条件这一特殊因素致使其难以观测,其致灾机理、失稳评价流程等也未形成标准。对海底失稳与致灾机理的深入研究,涉及海斗深渊的形成与演化、深水工程开发的商业利益、海洋地质灾害的预测及海洋工程的安全等诸多问题。海底失稳调查与评价流程分为地质调查、灾害机理分析、失稳评价3个方面,综合地球物理、海底原位监测、数值模拟、物理实验模拟等技术方法,形成从前期调查到后期评估的完整流程,对海底稳定性评价工作具有参考意义。     

气候变化与我国海洋灾害风险治理探讨

本文基于观测数据和文献资料,分析了近几十年来气候变化下我国沿海海平面和海表温度,以及台风、风暴潮和赤潮等主要致灾因子及灾害损失的变化。结果表明,近40年来,我国沿海海平面和海表温度显著上升,上升速率分别为3.3 mm/a和0.016°C/a,高于全球平均和我国的历史变化水平,2017年中国沿海的海表温度达到了1960年有记录以来的最高值,并且自2000年以来,超强台风、风暴潮和赤潮等致灾事件的发生频次呈显著增加趋势;气候变化下,受关键海洋环境要素变迁和超强台风、风暴潮等极端事件的影响,我国沿海地区暴露度明显加大。随着我国海洋防灾减灾水平的提高,近30年来海洋灾害损失出现下降趋势。值得指出的是,每年各类海洋灾害总损失仍高达百亿元量级(年均直接经济损失约120亿元),其中,2005年总损失达到最高值,约332亿元,这与致灾事件的强度以及各致灾事件、灾种的叠加放大效应有密切关系。本文进一步从气候变化综合风险理论角度出发,结合海岸带及沿海地区致灾因子危险性、承灾体暴露度和脆弱性及其相互作用关系,分析了气候变化背景下我国沿海地区海洋灾害风险的特征,探讨了有关海洋灾害的监测、预测预警和风险治理能力建设等若干科学问题,以期为我国沿海地区社会经济的可持续发展提供科学参考。     

核电冷源化学防控方法研究及应用

随着海洋生态环境的变化,海洋生物侵入已成为核电冷源安全所面临的最大挑战。因海洋生物侵入导致核电机组降功率,甚至跳机、跳堆的事件时有发生。为降低此类事件的发生频率,研究人员尝试研究新的化学手段用于防控底栖海洋生物,抑制底栖海洋生物的生长。通过化学防控试验,验证了化学手段对于防控底栖海洋生物的有效性及有效浓度。通过比较分析,最终选择氯锭作为核电站防控底栖海洋生物的化学防控药剂。研究氯锭在化学防控底栖海洋生物的过程中,余氯监测结果满足核电站冷却水含有余氯允许排放浓度为0.2 mg/L的要求,未发现氯锭投放过程对周边海域海水环境产生明显影响。基于氯锭建立的海洋生物化学防控方法比较新颖,具有一定挑战性。应用结果表明,该方法对于滨海电站冷源海地瓜(Acaudina molpadioides)防控效果较好,适用于滨海电厂冷源安全保障。     

滨海核电站取水口精细流场测量的设计与实例

冷源取水安全是核电运行安全的重要部分,会受到多种海洋堵塞物的威胁。为科学支撑滨海核电站取水口堵塞物防治工作,亟须掌握取水口的精细流场。走航和定点相结合的测量方式可同时获取流场的时空变化特征,适用于滨海核电站取水口精细流场的测量;走航测量宜采用具有底跟踪功能的ADCP,该设备具有测量精度高和数据处理简便的优点,然而在使用中应注重规范性以减少测量误差;以潮流为主的海域在涨急和落急时段的流场较稳定,在这段时间内进行走航数据插值可得到涨急和落急时段的精细流场;应用该方案获取某滨海核电站取水口的精细流场,测量结果显示取水口的流场较复杂,小范围流场受取水影响显著,呈现非潮流特征。     

Modeling of pumping cold deep nutrient-rich seawater for mariculture and nuclear power plant cooling applications

A simple theoretical model is developed to assess the technical feasibility of pumping cold deep nutrient-rich seawater for mariculture and nuclear power plant cooling. Simulations for two locations in eastern Taiwan have shown that replacing warm surface seawater by cold deep seawater as nuclear power plant coolant is technically feasible for pipes with diameters larger than 150 cm and intake levels deeper than 400 m. The gravitational force-induced flow system is also examined and shown not to be suitable for the nuclear power plant cooling application. However, it is shown than both systems are suitable for mariculture applications. The required pumping powers at different pipeline conditions are also presented in the paper, for design purposes.     

红沿河核电站邻近海域海流特征观测与分析

掌握核电站周边海域流场特征对保障核电冷源安全及研究排水口温排水输运规律具有重要意义。基于2013年12月~2014年2月在红沿河核电站邻近海域获取的四个站点海流连续观测资料,利用低通滤波和调和分析的方法,分析了该海域的余流和潮流特征。结果表明,核电站邻近海域冬季余流流速大于秋季,且随深度增加而减小;中层附近余流变化较小,越接近底层余流变化越大;海域潮流类型属于规则半日潮流,且浅水分潮特征显著; M_2和K_1分潮流的最大流速随深度增加而减小;除取水口站位外,其他站位主要分潮流运动形式皆表现为往复流特征。     

一种基于滨海核电站海上γ辐射剂量率的智能化自动监测系统研究与设计

基于滨海核电站海上γ辐射剂量率的智能化自动监测系统是一种无人值守的辐射监测装备,可全天候、长时间、在线组网、连续自动测量水面和空气中的γ剂量率、获取水中γ能谱数据并进行核素识别和计算活度浓度,并实时地将监测数据通过无线通信链路和北斗短报文两种形式上传至地面数据服务中心。在非事故情况下,该系统是对核电厂监督性监测系统的重要补充和完善;在发生重大核安全事故或放射性物质泄漏的情况下,能够有效解决传统的派船巡测时方法不标准、数据不及时不连续、人员受照风险大、船只易受污染和行动代价高等问题;在恶劣的极端气象条件下,无人值守的自动监测系统能够为核电站提供实时有效的水体和空气中的γ剂量率、气象、海水温度等监测数据,有效地提升了核电站在极端气象条件下的监测能力,对滨海核电站整体的安全性和可靠性具有一定积极意义。     

福清核电站邻近潮间带大型底栖生物数量分布与群落结构

于2006年2、4、7和10月在福清核电厂运行前对其邻近潮间带不同底质断面的大型底栖生物进行采样,以了解该潮间带大型底栖生物的种类及资源分布.结果表明,该核电站附近潮间带大型底栖生物总共为146种,以多毛类、软体动物和甲壳动物为主.以季节和底质为因素对取样获得物种数进行双因素方差分析显示:种类获得数的季节变化无显著差异,底质间呈边缘性显著.4季的大型底栖生物平均生物量为1 446.11 g/m2、平均栖息密度为972个/m2.大型底栖生物生物量平均值为春季＞夏季＞冬季＞秋季,栖息密度平均值为夏季＞春季＞冬季＞秋季.以季节和底质为因素的双因素方差分析显示:大型底栖生物生物量和栖息密度季节间无显著差异但底质间差异极显著.底质和季节间大型底栖动物的Shannon-Weiner指数、Margalef种类丰度、Pielou均匀度和Simpson优势度指数均无显著差异.利用Bray-Curtis相似性聚类对福清核电站邻近潮间带大型底栖生物进行分析后得出,该潮间带大型底栖生物可划分为两个群落:岩礁群落和泥沙滩群落.分析表明,底质是影响大型底栖生物分布的主要环境因子,季节对大型底栖生物分布的影响不显著.     

海上风电电磁辐射对海洋生物影响的研究综述

海上风电工程是我国解决能源危机的新举措。为更好地推动我国海上风电建设与海洋生态环境保护的和谐发展,文章综述海上风电的电磁辐射对海洋生物的影响。已有的研究表明:海上风电对海洋生物的电磁辐射影响的主要来源是海底电缆,电磁辐射产生影响主要是因为某些海洋生物具有磁敏感性;磁场可能影响鱼类迁徙等海洋生物运动,且足够强度的磁场还会影响海洋生物的生殖和发育等生理过程;随着海上风电的快速发展,深远海海上风电的电磁辐射影响亟待更多的研究。