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我国打造水母灾害防治的“天罗地网”

来源:中国海洋报 作者:刘潇然 人气: 发布时间:2019-01-28 14:03:31

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科研人员在作业中

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2017年度海洋科学技术奖系列报道

水母灾害是新型的全球性生态灾害,近年来我国沿海水母灾害呈上升趋势,对滨海旅游业、滨海电厂及海洋渔业造成了严重影响。

2009年起,海月水母旺发威胁青岛电厂冷却系统安全,严重时取水口每天清除水母上万斤。我国近海还曾发生水母蜇人致死事件。

为填补我国在水母灾害监测预警处置方面的技术空白,海洋公益性行业科研专项经费项目中设置了典型海域水母灾害监测预警技术业务化应用与示范研究项目,由北海环境监测中心牵头完成,项目开展了水母灾害监测技术、预警技术、应急处置技术等研究工作,并在典型海域开展了示范应用,建立了相关技术标准。不久前,该项目获得2017年度海洋科学技术奖二等奖。

该项目成果在我国近海水母防治中发挥了重要作用。2017年和2018年,利用该项目成果,在海阳核电临近海域开展核电风险生物监测预警工作,为核电取水的安全运行提供技术保障。

近日,记者对该项目的研发过程进行了采访。

研发水母监测网

选择典型海域开展水母灾害监测预警技术研究,建立起一套切实可行的监测预警预报体系、研发水母灾害应急处置技术,对于减轻水母灾害、有效避免水母突然暴发引起的恐慌将起到重要作用。

在研发监测预警体系中,水母监测调查网具的研究是其中重要一环。为此,项目有关研究人员通过大量现场调查试验,比较各种渔业网具,根据水母的物理特性、海域地形地貌和水动力状况,筛选并确定水母监测网具的网目规格、材质等指标,同时针对水母个体含水率高、易破碎的问题,研制出了一套收集效率高、水母破碎率低的网具。

“对于小型水母(伞径<5厘米),我们研发了浅水I型浮游生物网进行底表垂直拖网监测,对于大型水母(伞径>5厘米)则选择项目研发的表层拖网或者倾斜拖网来进行监测。”相关负责人告诉记者,目前研制的这套网具包含7种类型(6种定量采样网具和1种定性采样网具)可适用于不同种类、不同阶段、不同海域的水母灾害监测。

另外,项目采用船舶拖网、目测走航、成像声呐等监测技术手段,研究建立了3种有害水母定量监测方法。基于成像声呐观测技术,研发了1套软件,能实现成像声呐水母信息(数量、位置、运动轨迹)的自动识别与记录。

经声呐系统实验证明,单频成像声呐能清楚地扫描到水母信号以及水母的游动过程,可以作为水母数量和运动行为的监测手段。利用图像、视频处理方法,研究开发的软件可对声呐视频选定区域内的水母个数进行识别,对水母的运动轨迹进行识别与记录。

据悉,项目研究建立的有害水母定量监测网具,及编制的水母灾害监测技术规程已在北海区海洋生态监测业务工作中推广应用,并收到良好效果。根据项目研究成果和经验,为部分核电项目提供《核电站冷源保障综合管控系统项目建议书》,为核电站应对水母灾害提供了技术服务。

建立水母预警方法

有了监测手段,还需配合必要的预警机制,才能全面对水母灾害进行防控。

在此项目中,科研人员选择水母灾害多发的海水浴场、取水口等典型功能区,开展水母灾害监测预警与处置的示范应用,优化完善了监测预警体系和应急处置技术并推广应用。

据有关人员介绍,在项目研究过程中,利用海监飞机平台,研究建立准确定位、快速识别、分布监测和密度分析等水母灾害航空遥感监测技术。根据水母位置、范围等概况信息和飞机续航力等参数,进行飞行时间、飞行高度、飞行速度、飞行航线、飞行方式、传感器使用等方面的方案设计,实现对水母的监测。

考虑到海域水深、透明度、水母垂直活动范围以及布放作业条件等因素,研究人员选择了适合的水下机器人平台,在水母暴发的时段和区域,进行2次以上的水下水母摄像的试拍实验,同步进行水母船舶拖网监测。

经对比、分析两种方法的监测结果,结合水下机器人拍摄图像的分辨率、色差等参数,分析监测图像中水母尺寸、数量密度等,建立了水母图像目视判别方法。

另外,通过对水母幼体早期监测技术、水母灾害监测指标筛选等方面的研究,建立针对浴场、取水口等海域水母灾害不同发生阶段的监测指标体系,为掌握水母发生发展趋势,开展预报预警提供直接参考依据。

在此基础上,科研人员建立起一套科学预警方法。研究人员根据相关研究成果和历史资料,结合水母生长发育的关键控制因子和水母幼体监测结果,基于统计学方法,建立海水浴场和电厂取水口有害水母早期预警方法,提供当年是否发生水母暴发,以及暴发量和暴发时间等预警信息。

与此同时,科研人员收集和整理地形资料、水文气象资料,整合网采、航空遥感和水下机器人等多种来源的水母监测资料,为水母漂移路径预测模型提供相关数据,建立了水母漂移路径预测、灾害风险等级预警等模型。可以根据政府及相关部门不同需求,提供水母并分析水母漂移趋势、漂移速度、到达典型海域所需的时间等相关信息,并建立海水浴场和电厂取水口水母灾害风险等级的划分方法和标准。

在青岛外海和胶州湾口水母旺发期,北海环境监测中心利用此项目监测预警系统对其进行了水母监测和漂移预测模拟,采用了7种方案模拟水母的漂移运动,得到了不同方案下水母的漂移轨迹,最终得到未来72小时的水母集合预测轨迹和影响范围。

设计多种拦截网具

当水母灾害暴发时,相应海域要采取应急处置措施。据了解,2012年,该项目协助青岛第一浴场建立“水母防线”,大大减少了进入浴场的水母数量并杜绝水母残体对游客的二次危害,有效保障了浴场游客安全。

科研人员设计了海蜇双船单片拖网、海蜇船舷拖网、海蜇双锚单片列布张网、海水浴场防蜇防鲨网、海蜇手抄网5种水母打捞拦截网具,以及1种水母机械绞碎工具和1种水母收集系统。

研发的水母拦截网具在青岛第一海水浴场等处得到应用。针对不同区域的特点,分别编制了《水母灾害应急预案—秦皇岛海水浴场》《水母灾害应急预案—青岛近岸海域》《水母灾害应急预案—厦门海水浴场》

水母灾害监测预警处置技术研究填补了我国相关领域的空白,为维护公众健康、保障工业生产、保护海洋生态环境及防灾减灾提供技术支撑,为今后相关部门开展类似工作提供了重要借鉴。

(逍遥客)

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