滨海核电站冷源取水口海洋生物聚集，容易导致滨海核电站紧急停堆事件发生。近年来，我国多个滨海核电站已发生海洋生物聚集事件，亟需海洋生物资源监测评估能力，及时预警核电冷源风险，保障滨海核电站安全运营。声学技术已广泛应用于海洋生物监测，是滨海核电站冷源取水口致灾海洋生物监测预警的有效手段。

 针对滨海核电站冷源取水口海洋生物监测预警需求，在监测设备方面，研究人员在前期宽带海洋生物监测声呐基础上，研制了多款分裂波束海洋生物监测声呐。在理论方法方面，结合水声传播理论，建立了多种海洋生物声学目标强度模型，获取海洋生物自身声学特性、数量、分布以及声学信号形式对目标回波影响；开展了海洋生物分类识别及资源量评估算法研究，实现对特定海域内常见海洋生物的分类资源量统计。

宽带海洋生物监测声呐，七个中心工作频率，覆盖30kHz-1MHz，可自由频率搭配工作，最大发射声源级≥215dB，有定点和走航多种型号。在多频宽带海洋生物监测声呐基础上，为了满足多种场景海洋生物声学监测评估需求，研制了分裂波束海洋生物监测声呐。分裂波束海洋生物监测声呐可获取更多目标的声散射回波信息。分裂波束海洋生物监测声呐利用四象限换能器连续不断的发射和接收声信号，调查人员通过分裂波束技术测得目标位置，运用目标跟踪技术对目标运动轨迹、游动速度及方向等参数进行测算，分析回声信号强度和结构估算出目标强度、目标数量及分布状况。分裂波束海洋生物监测声呐有120kHz、200kHz、450kHz等多种中心工作频率。    通过将海洋生物体简化为沿中心轴线的多个连续圆柱体微元，建立了毛虾类、水母类、小型鱼类等单体生物声学目标强度模型，获取入射频率、入射角、体长、体形、物种属性等对海洋生物声学目标强度的影响；基于海洋生物群落分布特点，建立了海洋生物群落声学散射回波模型；获取了海洋生物自身声学特性、数量、不同分布及声学信号对海洋生物声学目标回波影响。理论建模分析如图2、图3、图4所示。

    

针对典型致灾海洋生物特点，综合运用回波积分法和回波统计法，改进了核电冷源致灾海洋生物资源量声学评估方法。回波统计法利用回波信号的一阶矩和二阶矩统计特性估计海洋生物密度，它主要优点是只需利用回波信号的相对声学量，并且无需海洋生物的目标强度作为先验信息，适用于定点监测。回波积分法利用海洋生物回波信号的绝对声学量和单体的目标强度；通过海洋生物后向散射能量与海洋生物数量之间的线性关系实现海洋生物密度估计，适用于走航监测。研究人员基于海洋生物声学信号处理算法，研发了滨海核电冷源致灾生物监测与活动规律分析软件，软件具有原始数据目标强度校准、自动识别并降低背景及间歇性噪声、目标特征提取识别分类及跟踪、量化分析海洋生物资源时空变化等功能。评估算法及软件如图5、图6所示。

滨海核电站冷源取水口海洋生物声学定点监测方案中，海洋生物监测声呐安装在浮标底部，共3个通道，1个450kHz换能器垂直向下探测，1个200kHz换能器和1个450kHz换能器水平探测，每个通道都会输出海洋生物资源量结果。一个核电站取水口通常布放多套设备。声学定点监测结果主要输出：时空资源密度分布、海洋生物分类、回波信息、声图等。海洋生物监测声呐目前已在多个核电站24小时连续运行，最长时间已达2年以上。设备布放如图7、图8所示；监测图像如图9、图10所示。1天24小时资源量变化如图11所示，2:00-4:00通过的生物群平均通过时间最长，为94.72秒。8:00-10:00通过的生物群数最多，为105个。说明凌晨通过换能器的生物群较集中，上午通过换能器的生物群个数较多，但每个群包含目标数量较少。

为了准确获取毛虾、水母、小型鱼类声学特征，研究人员开展了海洋生物现场样本采集，并利用采集样本开展了水槽实验及现场实验。现场采集海洋生物样本如图12，水槽实验及现场实验如图13所示。在测试前，用直径22mm的钨钢球对海洋生物监测声呐进行了现场校正。      

    为了准确掌握核电站取水口附近海域致灾海洋生物分布，研究人员以渔船和无人船为调查平台，采用双频海洋生物监测声呐开展了多次走航调查。调查设备和无人船如图14所示。走航过程中声呐探测到了大量目标，波形、声图变化明显。调查结果显示，调查海域夜间资源量大于日间资源量，生物类型主要为体型较小、回波较弱的生物，调查结果与拖网数据吻合。部分数据分析结果如图15、图16所示。

    在十余年渔业资源声学监测评估研究基础上，通过对毛虾等致灾海洋生物的声学特性研究，实现了核电冷源致灾海洋生物的定点、走航监测，可及时发现浮游生物的爆发、迁移和入侵。研究人员建立的滨海核电站冷源取水口致灾海洋生物声学评估方法，提升了滨海核电站冷源致灾生物监测预警水平，为相关部门和企业提供了实时监测数据支持。