CN114492973A - 一种核电厂周边海域海洋生物预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电厂周边海域海洋生物预测方法，包括对目标海域进行水文水质监测以及海洋生物资源调查评价；依据水文水质的监测数据建立目标海域的三维水动力模型；将调查得到的海洋生物量和相应爆发地信息插值到所述三维水动力模型的不同时刻，以建立生物漂移数值模型，利用所述生物漂移数值模型对所述海洋生物迁移路径进行模拟和预测。本发明提供的核电厂周边海域海洋生物预测方法利用了核电厂冷源海域典型海生物习性规律，获得了该海域的基本海洋生态动力学变化特征，实现了对海洋生物的运动轨迹预测。

Description

一种核电厂周边海域海洋生物预测方法
技术领域
本发明涉及海洋生物预测技术领域，尤其涉及一种核电厂周边海域海洋生物预测方法。
背景技术
滨海核电厂取水口极易堵塞并严重影响核电厂运行安全，一旦发生除了造成重大电力和经济损失，也威胁核电厂的自身安全，因此对核电站冷源取水区高危暴发海洋生物进行监控加以防范尤为重要。在此类冷源取水风险海洋生物中，藻类(如大型绿藻)、水母类(如新月水母)和鱼虾类(如毛虾)等生物需要重点监测和预警。
伴随着某核电厂周边海域近年来人工生蚝绳吊养殖规模的快速增加，其排泄物增加导致周边海域富营养化的增长，进而导致浮游性冷源生物的聚集性爆发事件频发，同时用于人工插杆养殖设施也会形成庇护较好的产卵场，鱼卵和幼鱼成活率也会较一般海域高，这类游泳能力较低的海洋生物，会随潮流进入核电厂取水口，严重威胁冷源安全的现状。
随着核电厂爆发的海生物对冷源取水安全的影响，以及海洋生态恶化越来越严重和冷源领域作业安全问题逐步突显，领域专家高度重视，提出冷源问题要从源头、从设计根本上解决，确保电厂冷源长治久安。研究海洋生物及异物对核电站取水安全的影响具有重大的价值和意义。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种核电厂周边海域海洋生物预测方法，具体技术方案如下：
提供了一种核电厂周边海域海洋生物预测方法，包括以下步骤：
S1、对目标海域进行水文水质监测以及海洋生物资源调查评价；
S2、依据水文水质的监测数据建立目标海域的三维水动力模型；
S3、将调查得到的海洋生物量和相应爆发地信息插值到所述三维水动力模型的不同时刻，以建立生物漂移数值模型，利用所述生物漂移数值模型对所述海洋生物迁移路径进行模拟和预测。
进一步地，在步骤S1之前，需要先确定所述目标海域的调查范围以及调查时间与频率，并采用连续观测、大面观测和走航观测结合的方式进行调查。
进一步地，所述水文水质监测包括核电厂取水口潮位及流量的连续观测、基于水文气象要素的大面观测、基于水化学要素的大面观测以及声学多普勒海流计的走航观测。
进一步地，在步骤S2中，所述三维水动力模型采用ROMS、SCHISM或FVCOM。
进一步地，在步骤S3中，通过同化实时监测调查结果，计算并校正海洋生物的轨迹回溯和去向分布概率，并根据实时监测的海洋生物地点作为初始点和校正点，不断修正轨迹参数，以实现海洋生物迁移路径的预测优化。
进一步地，依据海洋生物资源调查数据，评估海洋生物的月度/季度生物量和演替规律，结合该目标海域的历史资料，评估风险日历中海洋生物年际变化规律，通过该目标海域中海洋生物的生物学习性以及与环境相关性分析，得到该目标海域中海洋生物的生物量变化及物种演替规律，对冷源风险识别日历进行优化，以实现对该目标海域中海洋生物爆发时机的预判。
进一步地，根据该目标海域的营养盐及海洋生物相关数据，模拟单个营养元素在有机团块物质的状态变量之间的通量变化，再利用环境状态变量进一步解析，以获得基于时间序列的营养盐对整个食物网的支撑模型，作为该目标海域的营养盐支撑模型；
依据生态学的异速测量理论，通过海洋生物个体水平数据的变化，计算基于代谢理论的异速关系带来的生理损失，和捕食所造成的损失与收益的生态效率函数，从而得到海洋生物用于生产的能量比例；通过描述物种或营养组群之间的能量通量，并利用食物网方法将群落与生态系统功能联系起来，依据物种之间能量流动的矩阵，模拟目标海域未来能量流动的方向，以构建出能量流动模型；
根据该目标海域中各个生产者和各个消费者物种的C、N稳定同位素研究结果，建立基于贝叶斯的稳定同位素混合模型，确定该目标海域中物种的营养级及其之间的捕食及营养关系，以构建该目标海域生态系统中生产者、消费者物种动态方程，从而生成食物网模型；
将所述营养盐支撑模型、能量流动模型、食物网模型进行结合得到生物爆发预测模型，以输出指定生物的预测结果。
进一步地，对目标海域的海洋生物进行分类，其分类影响因素包括生物的生物特性和潜在的堵塞严重性，生物的生物特性涉及环境适应性、繁殖方式和能力、天敌分布和占领生境能力，潜在的堵塞严重性涉及个体大小、生物聚集可能性、漂浮性和个体数量，运用多层次模糊综合评判模型，并进行定性分级赋值，形成综合风险评估模型，以确定出对所述核电厂取水管道产生堵塞影响的致灾生物。
进一步地，所述综合风险评估模型采用以下计算公式进行判断，
D＝C×B
其中，D是致灾风险指数，C是生物特性指数，B是堵塞严重性指数；
Figure BDA0003474887890000031
其中，i是指标因子，Ci是生物特性指标因子i的分级隶属度赋值；
Figure BDA0003474887890000032
其中，bi是旨在可能性指标因子i的分级隶属度赋值，WBi是致灾指标因子i的权重；
综合风险评估模型依据不同的致灾风险指数对海洋生物进行了不同危害级别的分类。
进一步地，利用所述生物爆发预测模型与综合风险评估模型的输出结果，得到该目标海域中海洋生物对所述核电厂取水的危险程度预测，并进行相应的预警提示。
与现有技术相比，本发明具有下列优点：利用了核电厂冷源海域典型海生物习性规律，获得了该海域的基本海洋生态动力学变化特征，实现了对海洋生物的运动轨迹预测。
附图说明
图1是本发明实施例提供的核电厂周边海域海洋生物预测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的核电厂周边海域海洋生物预测方法中预警平台框架示意图；
图3是本发明实施例提供的核电厂周边海域海洋生物预测方法中预警平台网络架构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本发明的一个实施例中，提供了一种核电厂周边海域海洋生物预测方法，参见图1，包括以下步骤：
S1、对目标海域进行水文水质监测以及海洋生物资源调查评价；
在此之前，需要先确定所述目标海域的调查范围以及调查时间与频率，并采用连续观测、大面观测和走航观测结合的方式进行调查。
利用组建监测网进行数据采集分析，在核电厂冷源取水口及周边海域，针对包括海水水质、生物和水文气象要素以及潮位和潮流等海洋动力要素进行全年监测，获得该海域的基本海洋生态动力学变化特征，把握冷源生物的变化活动规律。
S2、依据水文水质的监测数据建立目标海域的三维水动力模型；
其中，所述三维水动力模型采用ROMS、SCHISM或FVCOM。
S3、将调查得到的海洋生物量和相应爆发地信息插值到所述三维水动力模型的不同时刻，以建立生物漂移数值模型，利用所述生物漂移数值模型对所述海洋生物迁移路径进行模拟和预测；
其中，通过同化实时监测调查结果，计算并校正海洋生物的轨迹回溯和去向分布概率，并根据实时监测的海洋生物地点作为初始点和校正点，不断修正轨迹参数，以实现海洋生物迁移路径的预测优化。
依据海洋生物资源调查数据，评估海洋生物的月度/季度生物量和演替规律，结合该目标海域的历史资料，评估风险日历中海洋生物年际变化规律，通过该目标海域中海洋生物的生物学习性以及与环境相关性分析，得到该目标海域中海洋生物的生物量变化及物种演替规律，对冷源风险识别日历进行优化，以实现对该目标海域中海洋生物爆发时机的预判。根据该目标海域的营养盐及海洋生物相关数据，模拟单个营养元素在有机团块物质的状态变量之间的通量变化，再利用环境状态变量进一步解析，以获得基于时间序列的营养盐对整个食物网的支撑模型，作为该目标海域的营养盐支撑模型；依据生态学的异速测量理论，通过海洋生物个体水平数据的变化，计算基于代谢理论的异速关系带来的生理损失，和捕食所造成的损失与收益的生态效率函数，从而得到海洋生物用于生产的能量比例；通过描述物种或营养组群之间的能量通量，并利用食物网方法将群落与生态系统功能联系起来，依据物种之间能量流动的矩阵，模拟目标海域未来能量流动的方向，以构建出能量流动模型；根据该目标海域中各个生产者和各个消费者物种的C、N稳定同位素研究结果，建立基于贝叶斯的稳定同位素混合模型，确定该目标海域中物种的营养级及其之间的捕食及营养关系，以构建该目标海域生态系统中生产者、消费者物种动态方程，从而生成食物网模型；将所述营养盐支撑模型、能量流动模型、食物网模型进行结合得到生物爆发预测模型，以输出指定生物的预测结果。
对目标海域的海洋生物进行分类，其分类影响因素包括生物的生物特性和潜在的堵塞严重性，生物的生物特性涉及环境适应性、繁殖方式和能力、天敌分布和占领生境能力，潜在的堵塞严重性涉及个体大小、生物聚集可能性、漂浮性和个体数量，运用多层次模糊综合评判模型，并进行定性分级赋值，形成综合风险评估模型，以确定出对所述核电厂取水管道产生堵塞影响的致灾生物。
下面以一个具体实例进行说明
(1)首先对定义调查范围以及调查时间与频率。
1)时间：3个年度。
2)连续调查频率：三年内持续进行。
3)大面调查频率：第一年每月一次；第二年及第三年每两个月开展一次。
4)走航调查频率：三年内每季度进行二次(连续两个大小潮期)。
5)时间安排如表1和表2所示，具体调查日期根据气象条件和海况安全确定。
表1大面调查作业时间安排(水化学、生物)
Figure BDA0003474887890000051
表2：走航调查作业时间安排(水文、资源量)
Figure BDA0003474887890000052
(2)水文水质监测的内容
1)取水口潮位及流量的连续观测
某某岛明渠入水口外侧设观测站对潮位和流量进行长期观测(三年)。其中，潮位利用座底式验潮仪进行观测，流速和流向利用侧向ADCP进行观测，结合取水口地形可以计算流量。
2)常规水文气象要素的大面站观测
调查要素：气温、气压、海面风(风速和风向)、水深、水温、盐度、海流(流速和流向)、透明度和水色等项目。调查依据海洋调查规范第2和第3部分(GBT_12763-2007)的规定执行，具体观测流程如表3所示。
表3水文气象调查的施策顺序及方法
顺序 要素 方法 引用标准
1 气温 机械通风干湿温度计法 GB/T 12763.3-2007
2 气压 空盒气压表法 GB/T 12763.3-2007
3 海面风 三杯风速仪法 GB/T 12763.3-2007
3 现场水深 回声测深仪法 GB/T 12763.2-2007
4 水温 温盐深仪法 GB/T 12763.2-2007
5 盐度 温盐深仪法 GB/T 12763.2-2007
6 海流 直读海流计法 GB/T 12763.2-2007
7 透明度 透明度盘法 GB/T 12763.2-2007
8 水色 水色计法 GB/T 12763.2-2007
3)声学多普勒海流计(ADCP)走航观测
船载ADCP每次调查实行全潮时走航观测，往返于大面调查海区的8个断面，每次持续时间为25小时。通过实测数据的分层处理及调和分析，完成以下指标：
各垂线正点分层和垂线平均流速、流向；
各垂线涨、落潮平均和最大流速、流向；
各垂线分层涨、落潮平均和最大流速、流向；
各垂线(分层与平均)流速、流向过程线及流速矢量图；
短期准调和分析数表，潮流椭圆要素表,潮流椭圆要素图；
各垂线涨、落潮流历时、平均历时、平均周期表。
4)水化学检测
常规水化学要素均采用大面观测方式进行。
调查要素：pH、溶解氧(DO)、化学耗氧量(COD)、BOD5、营养盐(NO3-N、NO2-N、NH4-N、PO4-P、SiO3-Si)、石油类、总悬浮物和重金属元素(总汞、铜、铅、锌、镉、砷、铬)。调查依据《海洋监测规范》(GB 17378—2007)和《海洋调查规范》(GB/T 12763—2007)的规定执行，具体监测指标和分析方法见如表4所示。
表4水化学监测指标及分析方法
Figure BDA0003474887890000071
采样仪器：有机玻璃采水器、颠倒式采水器。
采样流程：水样采上船甲板后，先填好水样登记表，并核对瓶号。然后，立即按以下分样顺序分装水样：溶解氧、pH、五项营养盐等。石油类样品使用单层采水器固定样品瓶在水体中直接灌装，采样后立即提出水面，现场萃取。
(3)海洋生物资源调查与评价内容
1)常规生物要素大面站观测
调查要素：粪大肠菌群、叶绿素a、浮游植物、浮游动物、底栖生物、鱼卵和仔稚鱼、游泳动物等。生物采样、分析方法按照《海洋监测规范》(GB 17378—2007)、《海洋调查规范》(GB/T 12763—2007)执行，如表5所示。
表5.生物监测指标及分析方法
Figure BDA0003474887890000072
Figure BDA0003474887890000081
调查工具：
浅水Ⅰ型浮游生物网：用于采集大型浮游动物及鱼卵、仔稚鱼等。网口内径50cm，网口面积0.20m2，过滤部为CQ14或JP12筛绢，全长145cm。
浅水Ⅱ型浮游生物网：用于采集中、小型浮游动物。网口内径31.6cm，网口面积0.08m2，过滤部为CB36或JP35筛绢，全长140cm。
浅水Ⅲ型浮游生物网：用于采集浮游植物样品，供分析种类组成时采用。网口内径37cm，网口面积0.1m2，过滤部为JF62或JP80筛绢，全长140cm。
底栖生物采集：使用0.05m2采泥器每次取3次，每站采泥面积不少于0.2m2。并将泥样淘洗后的生物，包括生物残渣全部收集回实验室分析。
2)声学资源量走航观测
调查仪器：双频式科学渔探仪。
调查方法：走航过程中，船侧搭载科学渔探仪进行生物资源量调查，固定安装采用舷侧固定安装，目的为获取整个大面观测海区生物资源的空间分布特征。
生物资源调查种类：对调查海域内海洋生物的资源量及其空间分布进行评估，重点为鱼类、水母和毛虾等三大类核电厂冷源致灾生物。
生物资源量评估流程：a声学仪器校正；b生物学数据采集，利用选择性较低的刺网、抛网、钓具或笼壶等渔具在声学调查期间取样；c数据处理；d声学回波图像数据处理；e鱼类目标强度；f资源密度；g资源量评估。
完成指标：声呐系统校准结果、调查船只航行噪声谱级图、生物密度的水平分布图，单体目标的频数分布图和水层分布图，典型冷源生物的目标强度频谱图等。
3)冷源风险识别日历完善优化
根据每月对台山核电厂周边海域海洋生物的调查结果，评估海洋生物的月季生物量和演替规律；结合收集的历史资料，评估风险日历中海洋生物年际变化规律；通过典型海洋生物的生物学习性，以及与环境的相关性分析，探索出该海域冷源生物的生物量变化及物种演替规律，完善、优化冷源风险识别日历，实现对该海域典型海洋生物爆发的准确预判。风险识别日历效果图如表6所示，表6中空白表示无风险，低表示一般风险，中表示中等风险，高表示高风险。
表6冷源风险性海洋生物时序统计表
Figure BDA0003474887890000091
(4)开发预测模型内容
1)数据获取和集成
使用的数据主要来源某核电站采集到的常规调查和在线监测多传感器数据(连续实时采样)，其中常规调查数据主要是船基走航观测和采样调查后获取的水文、水质和生物数据。在线监测数据主要为利用浮标搭载图像声纳、温度传感器和流速传感器等获取的海洋生物密度、洋流流速、洋流与取水口的角度、海风、海风与取水口的角度、海水温度、海水盐度数据。
核电站取水口海生物监测过程中采用功能各异的探测器，这些实体根据电站取水口结构进行分布式布置、分别采集数据并进行处理，不同的探测器数据类型及其要素存在很大差异，在进行实时在线监测预警系统设计及核电站取水口海生物监测过程中，多源异构数据的本体模型的建立如果采取原始数据级融合，数据量过于庞大，势必会影响系统计算速度与效率，因此必须采用预处理方式，对各实体关键要素进行筛选并分别构建局部实体的数据库，以此作为数据重构及进一步数据集成的输入。
2)大尺度ROMS水动力模型
基于ROMS模型研制海洋大区域三维水动力模型，水平采用曲线正交经纬度坐标，垂直采用地形跟随S坐标。模型考虑大气强迫(动量通量、短波和长波辐射通量、感热和潜热通量、蒸发和降水淡水通量等)、外海开边界强迫(流和潮位)和河流输入(流量)。根据需求输出模型模拟和预报数据，包括海流、水温、盐度和水位，并为台山近海高分辨率SCHISM或FVCOM水动力模型提供开边界驱动数据。具体研发过程如下：
a规划南海ROMS模型计算区域，设计模型计算网格；
b在南海区域模型网格上构建ROMS模型，使之能够初步稳定运行；
c设计ROMS模型输入输出接口和输入输出数据格式；
d调试改进ROMS模型运行效率，使之符合项目要求；
e率定ROMS模型各种参数，使ROMS模型模拟结果与实际情况基本吻合。
3)高分辨率SCHISM或FVCOM水动力模型
基于SCHISM或FVCOM模型研发台山近海高分辨率三维水动力模型，水平采用无结构三角形或四边形网格，能拟合岸线和地形变化，垂直方向采用地形跟随S坐标或SZ混合坐标。模型考虑大气强迫(动量通量、短波和长波辐射通量、感热和潜热通量、蒸发和降水淡水通量等)、外海开边界强迫(流和潮位)和河流输入(流量)，以及核电取水和排水情况。根据需求输出模型模拟和预报数据，包括海流、水温、盐度和水位，并为粒子追踪模型提供流场信息。具体研发过程如下：
a规划近海高分辨率水动力模型计算区域，设计模型计算网格；
b在近海区域模型网格上构建高分辨率水动力模型，使之能够初步稳定运行；
c设计高分辨率水动力模型输入输出接口和输入输出数据格式；
d调试改进高分辨率水动力模型，提高运行效率，使之符合项目要求；
e率定高分辨率动力模型各种参数，使模型模拟结果与实际情况基本吻合。
4)生物漂移数值模型
将观测得到的生物量、爆发地等信息插值到不同时刻海洋模式中，作为拉格朗日模式的初始条件以及验证信息。结合ROMS海洋模式模拟的海表流场以及海浪模式计算的Stokes漂流结合拉格朗日模式对生物进行前向和后向轨迹追踪，技术路线如图所示。在准确的三维温、盐、流模拟及预报的基础上，分析典型海生物游泳及漂流特征，建立这些生物的迁移轨迹模式。该模式不仅要有准确的流场信息，还需要融合典型生物的生物学习性及游泳特征，如周期性的水层分布，游泳趋向性及速度，等等。因此，建立三维轨迹跟踪预报模式；通过同化实时监测结果，研究海生物的轨迹回溯、去向分布概率，实现海生物迁移路径预测；开发海生物预测系统，预报显示海生物的移动轨迹及计算海生物进入港池的可能时间。根据实时监测的海生物地点作为初始点和较正点，不断修正轨迹参数，更新计算结果，最终实现海生物迁移路径的模拟和预测。
5)生物爆发预测模型
从物质、能量和生物相互关系三个方面，分别建立基于台山冷源海域生态系统的营养盐支撑模型、能量流动模型和食物网模型。
a以调查和室内研究部分获得的营养盐及生物相关数据，模拟单个营养元素在有机团块物质的状态变量之间的通量变化。然后，利用环境状态变量进一步解析为代表水柱中的两个深度层和一个海床沉积物层，从而获得基于时间序列的营养盐对整个食物网的支撑模型。
b基于生态学的异速测量理论，通过海洋生物个体水平数据的变化，计算基于代谢理论的异速关系带来的生理损失，和捕食所造成的损失与收益的生态效率函数，从而描述用于海洋生物用于生产的能量比例并构建能量流动模型。通过描述物种或营养组群之间的能量通量，通过食物网方法将群落组成与生态系统功能联系起来。依据物种之间能量流动的矩阵，模拟本海域未来能量流动的方向，从而对某个具体族群(有害藻类或浮游/游泳动物)的爆发进行预测。
c根据项目中各个生产者和各个消费者物种的C、N稳定同位素研究结果，建立基于贝叶斯的稳定同位素混合模型，确定核电冷源海域生态系统主要物种的营养级及其之间的捕食及营养关系。在上述捕食及营养关系模型的基础上，构建本海域生态系统中生产者、消费者物种动态方程，并生成高分辨率的三维食物网模型。
d最后在在营养盐支撑模型、能量流动模型、食物网模型预测结果确定了“环境因素-浮游植物-致灾生物”的多元相关性的基础上，利用AI技术介入生物预测，输出致灾生物智能预测结果。
6)综合风险评估模型
致灾生物是指可能造成核电冷源水取水管道堵塞影响核电机组安全运行的海洋生物，一般来说是指个体或群体直径大于滤网网孔直径的生物。根据核电实际拦截网情况，考虑生物的生物特性和潜在的堵塞严重性来进行筛查。其中生物特性方面，主要考虑环境适应性、繁殖方式和能力、天敌分布、占领生境能力，堵塞严重性指数主要考虑个体大小、生物聚集可能性、漂浮性和个体数量。参考风险评估的方法，运用多层次模糊综合评判模型，并进行定性分级赋值。计算公式如下：
D＝C×B
其中D是致灾风险指数，C是生物特性指数，B是堵塞严重性指数。
Figure BDA0003474887890000121
其中i是指标因子，Ci是生物特性指标因子i的分级隶属度赋值。
Figure BDA0003474887890000122
其中，bi是旨在可能性指标因子i的分级隶属度赋值，WBi是致灾指标因子i的权重。聚集强度特性由物种出现频率和丛生指标测定。
丛生指标I的计算公式如下：
Figure BDA0003474887890000123
其中S2表示样本的方差，
Figure BDA0003474887890000124
表示样本的平均值。I大于0时，表明该种浮游动物具有聚集分布的特征，正值的数据越高，则能够反应出其聚集的强度就越高。
堵塞严重性指标因子的权重由专家排序法确定，权重分配计算公式为：
Bi＝2[m(1+n)-Ri]/[mn(1+n)]
其中B为第i个因子的权重，m为专家人数，n为因素个数，Ri为第i(i＝1,2，…，n)个因素的秩和。
致灾可能性D的划分标准如下：0～0.249低风险；0.25～0.499中风险，0.50～0.749，高风险，0.750～1.000极高风险。
7)模型验证
模型初始时刻水位、温盐数据采用实测资料，包括水质断面的水质监测资料，通过插值内插得到的研究区域初始水文、水质资料，前期调查的各项数据，大范围卫星遥感基础数据和气象监测和预报数据。模型验证主要针对水动力、温盐、水质分别进行验证，共设计7个模型验证点位，覆盖了项目研究区域。通过项目海洋水质和水文要素调查站位实际观测数据和计算区域已有验潮站的调和常数与数值模型模拟的时间序列水位、海流、调和常数、温盐、水质数据与对比，完成模型验证。
(5)预警平台开发
该平台是为了预防核电冷源取水口的安全隐患，构建集海水在线监测、预测预报、风险分析、应急响应一体化、综合性的核电取水口灾害综合管理信息平台，实现对核电站综合信息、人员、设备数据集成和融合应用。参见图2和图3，其构成包括声呐、摄像头、拉力计、气象仪以及其他辅助功能等，可以根据需求进行功能的订制，将各个设备全部在系统中给与形象和完整的呈现，网络架构。
采用两种访问方式，分别为Web端和APP端。
a.登录到Web端后，进入首页可以看到整个平台的整体情况，通过点击导航栏上不同的菜单，进入不同的子页面，包括拦网、声呐、统计和记录等。管理与服务平台主要包含三部分内容，左侧为海洋实时观测及历史调查统计数据展示区，中间部分为数值模拟逐时输出以及致灾物预测路径的展示区，右侧为决策辅助支持系统展示区。
b.登录到APP端后，进入首页，APP数据与Web端同步，通过点击导航栏上不同的菜单，进入不同的子页面，包括监测、工作台等。
本发明提供的核电厂周边海域海洋生物预测方法分析和研究了核电厂邻近海洋生物的爆发时间与空间分布、周边海域的动力场与致灾生物随海流的漂移关系、取水口的流量变化与进入明渠的致灾生物通量的联系；对研究海域的水文、水化因子、营养盐以及海洋浮游生物使用固定的空间站位采样方式，定期实施调查；同时增加声学技术手段，对海洋生物资源进行整体性评估，把握不同季节整个生态系统各级生物资源量的比例变化规律；通过建立大区海洋动力模型以及致灾物漂移模型，并开发客户端的应用服务、预警模型及软件平台，实现了对海洋生物的精准轨迹预测以及爆发时间预测。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对目标海域进行水文水质监测以及海洋生物资源调查评价；
S2、依据水文水质的监测数据建立目标海域的三维水动力模型；
S3、将调查得到的海洋生物量和相应爆发地信息插值到所述三维水动力模型的不同时刻，以建立生物漂移数值模型，利用所述生物漂移数值模型对所述海洋生物迁移路径进行模拟和预测。
2.根据权利要求1所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，在步骤S1之前，需要先确定所述目标海域的调查范围以及调查时间与频率，并采用连续观测、大面观测和走航观测结合的方式进行调查。
3.根据权利要求2所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，所述水文水质监测包括核电厂取水口潮位及流量的连续观测、基于水文气象要素的大面观测、基于水化学要素的大面观测以及声学多普勒海流计的走航观测。
4.根据权利要求2所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，在步骤S2中，所述三维水动力模型采用ROMS、SCHISM或FVCOM。
5.根据权利要求2所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，在步骤S3中，通过同化实时监测调查结果，计算并校正海洋生物的轨迹回溯和去向分布概率，并根据实时监测的海洋生物地点作为初始点和校正点，不断修正轨迹参数，以实现海洋生物迁移路径的预测优化。
6.根据权利要求1所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，依据海洋生物资源调查数据，评估海洋生物的月度/季度生物量和演替规律，结合该目标海域的历史资料，评估风险日历中海洋生物年际变化规律，通过该目标海域中海洋生物的生物学习性以及与环境相关性分析，得到该目标海域中海洋生物的生物量变化及物种演替规律，对冷源风险识别日历进行优化，以实现对该目标海域中海洋生物爆发时机的预判。
7.根据权利要求1所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，
根据该目标海域的营养盐及海洋生物相关数据，模拟单个营养元素在有机团块物质的状态变量之间的通量变化，再利用环境状态变量进一步解析，以获得基于时间序列的营养盐对整个食物网的支撑模型，作为该目标海域的营养盐支撑模型；
依据生态学的异速测量理论，通过海洋生物个体水平数据的变化，计算基于代谢理论的异速关系带来的生理损失，和捕食所造成的损失与收益的生态效率函数，从而得到海洋生物用于生产的能量比例；通过描述物种或营养组群之间的能量通量，并利用食物网方法将群落与生态系统功能联系起来，依据物种之间能量流动的矩阵，模拟目标海域未来能量流动的方向，以构建出能量流动模型；
根据该目标海域中各个生产者和各个消费者物种的C、N稳定同位素研究结果，建立基于贝叶斯的稳定同位素混合模型，确定该目标海域中物种的营养级及其之间的捕食及营养关系，以构建该目标海域生态系统中生产者、消费者物种动态方程，从而生成食物网模型；
将所述营养盐支撑模型、能量流动模型、食物网模型进行结合得到生物爆发预测模型，以输出指定生物的预测结果。
8.根据权利要求7所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，对目标海域的海洋生物进行分类，其分类影响因素包括生物的生物特性和潜在的堵塞严重性，生物的生物特性涉及环境适应性、繁殖方式和能力、天敌分布和占领生境能力，潜在的堵塞严重性涉及个体大小、生物聚集可能性、漂浮性和个体数量，运用多层次模糊综合评判模型，并进行定性分级赋值，形成综合风险评估模型，以确定出对所述核电厂取水管道产生堵塞影响的致灾生物。
9.根据权利要求8所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，所述综合风险评估模型采用以下计算公式进行判断，
D＝C×B
其中，D是致灾风险指数，C是生物特性指数，B是堵塞严重性指数；
Figure FDA0003474887880000021
其中，i是指标因子，Ci是生物特性指标因子i的分级隶属度赋值；
Figure FDA0003474887880000022
其中，bi是旨在可能性指标因子i的分级隶属度赋值，WBi是致灾指标因子i的权重；
综合风险评估模型依据不同的致灾风险指数对海洋生物进行了不同危害级别的分类。
10.根据权利要求9所述的核电厂周边海域海洋生物预测方法，其特征在于，利用所述生物爆发预测模型与综合风险评估模型的输出结果，得到该目标海域中海洋生物对所述核电厂取水的危险程度预测，并进行相应的预警提示。
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