一种核电厂海生物监测预警评估方法

技术领域

本发明属于核电厂冷源安全领域，具体涉及一种核电厂海生物监测预警评估方法。

背景技术

国内的核电站均建设在滨海地区，对冷却循环水源安全性要求极高，近年来伴随着全球气候变化、近岸鱼类过度捕捞、高密度养殖、沿岸富营养化等问题，导致近岸生态系统中高级鱼类生物的数量严重不足，沿岸海域入侵生物、毛虾、海藻等生态低端漂浮性生物时常大规模爆发，随着海流进入滨海核电厂取水口，造成取水口泵房堵塞事故，严重威胁滨海核电厂的冷源安全。

针对该问题，一般的常规应对方法主要为对流入取水口的冷源生物进行声学光学监测，该方法可以提供实时海生物监测数据，一定程度指导电厂进行安全生产的处置应对，但该数据仅能反应当前探测局部区域的海生物数量及趋势，无法对整个取水口的海生物资源总量进行评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种核电厂海生物监测预警评估方法，通过采取图像和声学对海生物的入侵威胁态势进行定量评估计算。

本发明的技术方案如下：一种核电厂海生物监测预警评估方法，包括如下步骤：

步骤1：基于海生物个体声特征的数据，对声纳覆盖范围内符合RES特征的海生物群落分布密度进行评估；

步骤2：基于水下摄像机的成像，引入声光融合权重，建立海生物声光复核监测模型，对海生物数量进行二次评估；

步骤3：在确定核电站取水口海生物密度后，基于移动平均法海生物监测模型，评估核电站取水泵站内的海生物资源总量。

所述的步骤1为声纳的探测波束按与声源距离远近分为N个切片，每个切片都是50°×50°的空间角，从最小半径到最大半径、由水平开角及纵向开角共分成N个球面片，记为A

其中：V为声纳监测范围海水体积，V

C

得出利用高频三维声纳对海生物数量进行定量评估的模型如公式(3)所示，单位为ind./m

所述的步骤2为

声光复合数据重构采用公式(4)表示：

ρ＝pσ……………(4)

式中，p为声光融合权重。

所述的步骤3为，海生物对核电站冷源产生影响有两种情况：

(1)大量海生物瞬间集群出现；

(2)密度不大，但在核电站周边海域内大面积存在，累积量也足以对核电站冷源构成威胁。

所述的步骤3为，通过移动平均法对声光复合监测的密度值做逐期递移，并求得平均数作为报警数值。

所述的步骤3中的移动平均法是将最近的k个监测值加以平均，作为报警判断的最后值，移动间隔为k(1

ρ＝(ρ

进入取水口的海生物数量应根据水环境微动力模型进一步计算其流入数量。

所述的步骤3中的核电站取水口海生物数量计算公式如(6)所示：

其中：δ为监测站位区域海水进入取水口的量级，V为每秒用水量，L为监测点到最近泵站的距离，v为水流速度，θ为监测站位水流在取水口的方向角。

本发明的有益效果在于：结合核电站典型致灾海生物暴发机理及暴发特点的研究成果以及核电站冷源防护实际情况，根据当前核电常用声学和光学监测手段，建立与核电站冷源威胁特征海生物相关联的多源异构型的声学监测模型、声光复合监测模型，对冷源安全预计提供定量的评估计算模型，为冷源捕捞提供决策支持。

附图说明

图1为声呐探测结果切片示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

我国核电站大都处于滨海(水)区域，其包括冷却水取水系统、排水系统等重要构筑物直接或间接与水域相连，海生物防治是近年来核安全领域关注的问题。当前国内电厂通常在取排水口采用声呐监测预警和人工打捞方式，本发明通过建立核电站取水口致灾海生物声学监测模型作为初始模型，进一步建立声光复合海生物监测模型，结合取水口流速、流量等水文动力模型进一步建立多维时空的海生物监测模型，实现取水口海生物监测的精细化、立体化、数据化，为核电站冷源海生物预警提供数据支撑。

本发明所提供的一种核电厂海生物监测预警评估方法，通过建立核电站取水口致灾海生物声学监测模型作为初始模型，进一步建立声光复合海生物监测模型，结合取水口流速、流量等水文动力模型进一步建立多维时空的海生物监测模型，实现取水口海生物监测的精细化、立体化、数据化，为核电站冷源海生物预警提供数据支撑。

首先，通过声呐探测海生物个体声特征的数据，基于目标强度的对海生物进行分析和处理，形成核电站取水口重要影响海生物的声纳数据局部本体，对海生物分别密度进行定量评估；

进一步地，采取水下摄像机进行二次验证与信息比对，结合声光融合权重，对海生物数量进行权值修正；

进一步地，根据部署位置和环境参数，对区域内海生物数量进行定量统计计算。

一种核电厂海生物监测预警评估方法，包括如下步骤：

步骤1：基于海生物个体声特征的数据，对声纳覆盖范围内符合RES特征的海生物群落分布密度进行评估。

声纳的探测波束按与声源距离远近分为N个切片，每个切片都是50°×50°的空间角，如图1所示，从最小半径到最大半径、由水平开角及纵向开角共分成N个球面片，记为A

D

H

在对海水中目标个数进行统计时，首先统计每个切片上的目标的个数，然后得到探测范围内目标的统计值，如公式(1)所示：

其中：

V为声纳监测范围海水体积；

V

C

得出利用高频三维声纳对海生物数量进行定量评估的模型如公式(3)所示，单位为ind./m

步骤2：基于水下摄像机的成像，引入声光融合权重，建立海生物声光复核监测模型，对海生物数量进行二次评估。

但由于声纳分辨率低、受到其它杂波反射影响较大等因素，在基于声纳进行的核电站取水口海生物资源量评估过程中精确度较低，水下摄像机虽然其精度高，但对环境要求高、监测距离近也决定了不能完全依赖其作为监测的唯一手段。因此，采用声纳作为最主要的监测手段，水下摄像机进行二次验证与信息比对，进一步验证检测结果、提高检测精度，进而实现对声纳数据局部本体进行判比，重构监测资源量。

声光复合数据重构采用公式(4)表示：

ρ＝pσ……………(4)

式中，σ为探测范围内目标的统计值。

p为声光融合权重，关于p取值的定义见表1所述。

表1声光融合权重p取值规定

步骤3：在确定核电站取水口海生物密度后，基于移动平均法海生物监测模型，评估核电站取水泵站内的海生物资源总量。

海生物对核电站冷源产生影响有两种情况：

(1)大量海生物瞬间集群出现，比如某电站出现的毛虾群，其短时间密度量级足以影响冷源系统的安全性；

(2)密度不大，但在核电站周边海域内大面积存在，累积量也足以对核电站冷源构成威胁。以上两种情况有一个共同点，即影响核电站冷源安全的海生物均“量大”，或短时达到影响阈值、或较长时间达到影响阈值。因此考虑到大部分影响核电站冷源的海生物生物量密度相当大的集群习性，虽然短时间内其总体规模还不足以达到堵塞取水口的程度，但当这种以集群出现的海生物经过声纳或水下摄像系统时会产生大量噪扰信号并导致系统瞬态超阈值报警，为避免误报警的发生而产生的预警可信度降低情况，本发明预测方法对海生物入侵量级以及对核电站冷源系统构成的威胁进行研判，由于核电站取水口海生物进入冷源系统不具有趋势性，同时监测数据不存在线性及指数分布，因此本发明采用移动平均法进行预测。核电站取水口海生物监测站位到循环水泵之间通常有几百米乃至几千米的距离，取水巷道水流速度较大并且相对稳定，因此通过移动平均法对声光复合监测的密度值做逐期递移，并求得平均数作为报警数值的真实值是较为理想的方法。

移动平均法是将最近的k个监测值加以平均，作为报警判断的最后值。移动间隔为k(1

ρ＝(ρ

核电站取水口海生物密度确定后，是否能够进入取水泵站与监测站位有关，当监测站位处于取水口内部区域时，由于核电站取水口海域的致灾海生物通常以毛虾、水母等自主游动能力差的海生物为主，随波逐流的特点较为明显，当水流较大时，其自主游动能力可忽略，因此理论上处于核电站取水渠道内的海生物可完全进入核电冷源泵站系统，当监测站位处于取水渠道外侧时，进入取水口的海生物数量应根据水环境微动力模型进一步计算其流入数量。

核电站取水口海生物数量计算公式如(6)所示：

其中：δ为监测站位区域海水进入取水口的量级，V为每秒用水量，L为监测点到最近泵站的距离，v为水流速度，θ为监测站位水流在取水口的方向角。

对计算结果取和表示该监测站位首次监测到海生物至该批海生物到达第一个取水泵站时间内，该海域内累计海生物的数量，通过评估取水泵站内的海生物资源总量制定相适应的捕捞策略。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。