【doc】核電站冷卻水系統(tǒng)對水生生物的機械損傷

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【doc】核電站冷卻水系統(tǒng)對水生生物的機械損傷標簽:標題核電站冷卻水系統(tǒng)對水生生物的機械損傷最后對諼課題研競中所存在的問題亦進行丁初步的探討.由于棱電站成本低,發(fā)電置大,越來越多的國家和地區(qū)都在不斷發(fā)展核電事業(yè).截至1996年年中,全世界33個國家已有核電站489座.其中423座正在運行【1.核電站運行過程中核裂變所產(chǎn)生的巨大能量,需要大量的水傳遞熱量,并將廢熱攤放出去.一方面由于大量生物體技卷噯入冷卻水系統(tǒng),另一方面溫排水引起周圍水體溫度升高,因而棱電站的運轉(zhuǎn)勢必會對鄰近水域環(huán)境產(chǎn)生極為重要的影響.事

2、實上,伴隨棱電工業(yè)的發(fā)展,核電站運行對周圍環(huán)境影響的研究便一直沒有停止.并且經(jīng)歷了從單純溫排水影響到整個冷卻水系統(tǒng)影響研究的轉(zhuǎn)變.其中.對鄰近水域中水生生物的影睛更是此方面研究的重點.完整地通過按電站進水I:I篩網(wǎng)的浮游生物,魚類及無脊椎動物均易受到冷卻水系統(tǒng)中諸如熱,化學和物理的強烈作用而死亡.這不僅可以降低那些易受攻擊的物種的豐度.而且可以通過選擇性減少一些物種,提高部分存活物種的數(shù)目來改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu).進入冷卻水系統(tǒng)中的生物能否存活.主要取決于t(1)生物個體的大小,生長發(fā)育階段及物種敏感性#(2)周圍水體溫度,冷卻水用置和出水口接納溫排水的水量#(3)冷卻過程中溫度變化的幅度#(4)生物個

3、體對溫度變化的耐受能力;(5)冷卻過程中壓力加速度的變化及物體間的磨損程度#(6)生物殺蟲劑的作用f(7)氮栓塞的發(fā)生可能性(溫度及壓力的變化致使血流中出現(xiàn)空氣泡).上述三種作用中,熱沖擊,化學沖擊對水生生物的損傷程度取決于熱作用區(qū)域的大小和氯處理過程.而機械損傷對技卷吸生物的影響則幾乎是一個連續(xù)的過程(圖I).首先在核電站進水口,生物體需要通過鐵制的垃圾篩篦,移動篩網(wǎng)過濾,當?shù)竭_抽水泵時.將要承受壓力,剪切力的變化和機械撞擊,接著在水箱中速度得以大幅度提高.然后接連數(shù)個大角度的拐彎.并通過一排上千個直徑23CUEt的玲凝管.最后經(jīng)過排放管道排入i999一O628收搞.-中國科學院胃悔拇洋研兜

4、所九七級硬士研究生?66?出水口接納水體中.冷卻過程中.生物體受到的機械損傷主要來自于一(1)與固定或移動設(shè)備(如垃圾篩篦,移動篩網(wǎng)水泵和管道)的碰撞(2)壓力的驟變,尤其是水泵中的負壓或真空(3)極度湍流或邊界區(qū)域的剪切力作用l()速度和方向改變引起的沖擊力i(5)與粒子(如有機配料)的撞擊和磨擦l(6)部分真空區(qū)域的氣穴現(xiàn)象.旱在本世紀4O年代+人們就巳經(jīng)意識到桉電站機械損傷對養(yǎng)殖業(yè)的影響.但直至今日.在機械損傷對水生生物影響方面的研究投入還相當不夠.本文以前人的研究工作為基礎(chǔ),總結(jié)和整理了有關(guān)機械損傷作用發(fā)生部位,產(chǎn)生原因及對水生生物影響等方面的內(nèi)容+謹為此方面研究工作的深入提供必要的參

5、考和幫助.圈l按電站冷幫水系統(tǒng)對水生生物的摜傷作用示意圖1機械損傷的發(fā)生部位l?1垃圾篩蓖和移動篩網(wǎng)核電站進水口冷卻用水需經(jīng)過一定的預處理,這包括利用垃圾篩篦去除漂浮木塊和其它固體物,利用細篩同去除藻類及其它夾帶的動植物等.這些裝置同時也是魚類致死的一個重要原因,在進水流量過高的情況下(大于o.02m?s一),魚苗由于無法逃脫水的沖擊而被卷吸,它們或是撞擊取水結(jié)構(gòu)的垃圾篩篦,或是被篩網(wǎng)夾帶而死亡+亦或是經(jīng)過取水結(jié)構(gòu)時受撞而失去附肢后陸續(xù)死亡.1.2水泵水生生物通過濾過裝置后.被卷吸進入水泵.水泵中水壓即刻從29384.25P(O.29arm)升至162120Pa(1?6arm)幾秒鐘內(nèi),剪切力

6、波動很大再加上與泵壁,葉片的劇烈碰撞,生物體將受到了最為嚴重的機械損傷.Gentile和Lackie的實驗結(jié)果表明.浮?67?游動植物在進入水泵前的平均死亡率為lO,經(jīng)過水泵后升高為5O,經(jīng)過冷凝管后為6O.可見水泵顯然是導致生物體死亡的主要部位.水泵中高速旋轉(zhuǎn)的葉片對物體所產(chǎn)生的沖擊力,盡管不太容易測量?但Kedl在其報告中指出.一十具有速度為l8.6m?s的葉片尖端-與之碰撞的物體相當于把其扶17?7m的高空拋下.由此可見水泵中葉片對生物體所產(chǎn)生的機械損傷程度的確不低.除此之外.高速旋轉(zhuǎn)的葉片還將產(chǎn)生一個剪切力,盡管剪切力的測量更為困難,但從理論上可以推算出其對生物體產(chǎn)生的機械作用相當于冷

7、凝管壁的10倍,因此這也是校電站冷卻水系統(tǒng)機械損傷的來源之一.1.3水箱,冷凝管和冷卻塔整個冷卻水系統(tǒng)中,水箱內(nèi)的負壓最大,水流速度最快(為進水口流速的8倍),因而經(jīng)過水箱時水生生物極易受機械作用而損傷Coutnt和Kefll的實驗表明,冷凝管中仔魚的機械損傷并不明顯.絕大多數(shù)研究者認為,在一個具有冷卻塔的封閉式冷卻水系統(tǒng)中.浮游生物的死亡率為100,這應該是冷卻塔中的生物需承受極為強烈的熱,化學和機械作用的緣故m.冷卻塔系統(tǒng)叉稱設(shè)備冷卻,為循環(huán)冷卻系統(tǒng).它是一種和水面冷卻(開敞)完全不同的冷卻系統(tǒng).冷卻塔無需補給水,所以生物死亡率為100不足為奇.2造成機械損傷的原因2.1壓力核電站冷卻過程

8、中的壓力驟變,會對生物體,特別是魚類造成極大的傷害r.這種壓力的變化.足以造成魚苗產(chǎn)生空氣栓塞,即使不能致魚苗于死命.空氣栓塞也將使它們漂浮于溫度最高的熱洙中,遭受熱作用的沖擊.而最終死亡下面是有關(guān)棱電站玲卻水系統(tǒng)中壓力變化過程的一段描述:.劇烈的壓力變化發(fā)生在冷卻過程中的不同位置:進入水泵的葉片之前壓力急速下降.J瞳即在葉片背面急劇上升.被吸入的生物體所承受的壓力差的大小取決于進水口的深度和水泵葉片的設(shè)計.葉片背面的正壓在進入冷凝系統(tǒng)后迅速降落至相當?shù)偷臄?shù)值.這一降壓過程伴隨著溫度的上升.在冷凝管中需持續(xù)1O一20s,并且最大負壓將出現(xiàn)在冷凝水箱中.隨著水流進入排放系統(tǒng).壓力又回升為正匪.其

9、大小取決于排放口的深度1H.對于沒有空氣泡的水生生物來講,水壓變化所產(chǎn)生的物理張力非常小,對于那些車身具有空氣液泡的生鈞體+大的正壓力通常也是無害的.例如有斑鱸魚的生物實驗表明.即使壓力上升到10132500Pa(100atm)+也并不具有很強的致死作用.即很大的正壓力變化幾乎不造成有斑鱸魚魚卵和仔魚的死亡1”.然而+真正與死亡率相關(guān)的是負壓力變化+如(1)壓力從101325Pa(1atm)降到次大氣壓303975Pa(0.3atm).或(2)原車適應更高壓力的生物,進入一般壓力中.具有空氣泡的生物體?在這種減壓過程中.如果不能及時平衡氣泡內(nèi)外壓力.氣泡將會爆炸-機械損傷作用非常大I與此同時,

10、當周圍環(huán)境中壓力下降時.可溶性氣體的溶解度也會繾之下降,從而使得組織液中空氣過飽和.空氣溢出后形成氣泡導致物理損傷(空氣栓塞)【.?68+最初的實驗室研究表明,藍鰓魚和真鰷等魚類的死亡可能是由壓力的變化引起的;在Millstone核電站,冷卻水系統(tǒng)中壓力的變化在很大程度上導致了仔魚的高死亡率”在印第安那州的一個電站.被卷吸入冷卻水系統(tǒng)中的水生生物必須承受30387.5-162120Pa范圍內(nèi)的壓力變化r;Tsvekov等人實驗后得出,當壓力變化速度為303975Pa?s時.斜齒魚的死亡率為100.變化速度在10132.55O662.5Pa-S-I之間時.死亡率為40一72,當速度低于10l32

11、.5Fa?s時.該魚的死亡率則下降為10%.一個冷卻用水進水口很深的核電站,冷卻水系統(tǒng)中會存在比較大的壓力變化r”3.因此,在壓力變化帶來的問題上,還是可以通過電站設(shè)計或操作進行人為控制的.有關(guān)壓力驟變對周圍環(huán)境中水生生物的影響,Beck等人的文章中均有詳細敘述1.2.2沖擊力冷卻過程中.水流速度改變所產(chǎn)生的沖擊力,對進入冷卻系統(tǒng)的生物體具有較大的機械損傷作用.根據(jù)沖擊力大小.可分為:(1)小沖擊力,產(chǎn)生于一般水漉速度的改變,這種力跟地球引力處于同一量級,因而不會造成對生物體的傷害(2)中等強度的沖擊力相當于地球引力的數(shù)倍.其產(chǎn)生于湍流回旋.對冷卻系統(tǒng)中的仔魚會產(chǎn)生中等強度的損傷;(3)最大沖

12、擊力,產(chǎn)生于與冷卻系統(tǒng)固體表面的急速碰擅.這種力高出地球引力許多倍.許多生物體由于這種沖擊力.機械碰撞后立即死亡.不過.有關(guān)水生生物受沖擊力作用方面的數(shù)據(jù)還很有限0.P.st等人做過這樣的一個試驗,當加速度分別為重力加速度的1倍,2倍,5倍和l0倍時,與對照組相比.處于不同生長階段,相對比較強壯的鱒魚.受沖擊力影響并不明顯0;而又有實驗表明,當沖擊力3倍于地球引力時.有斑鱸魚和白色鱸魚的魚卵和仔魚將被殺死.這大概是沖擊力對比較虛弱的生物體,其作用會相對比較明顯.有關(guān)沖擊力.特別是實際冷卻過程中沖擊力對魚卵,仔魚影響方面的研究很少.人們曾經(jīng)做過這樣的實驗來研究沖擊力的損傷作用:Battle和Ro

13、llefsen讓鯧魚,刺魚,底魚將和四須鱈魚的魚卵從不同高度(20.40和60cm)落到一張繃緊的絲綢上.根據(jù)牛頓第二定律.可推算出每克卵承受的沖擊力所產(chǎn)生的沖量大約分別為1.98X10_.2.8O×i0和3.43×iON-s,但由于并不知道絲綢的彈性特征.因而很難計算出這一過程中所產(chǎn)生的最大沖擊力.如果假設(shè)沖擊時間為,50ms,則相應的沖擊力大小將分別為地球引力的4.0,5.7和7.0倍.實驗結(jié)果表明,這些中等強度的沖擊力對虛弱的魚類是致命的0.并且Battle指出,實驗中4個物種對機械損傷的反應相差較大,損傷程度隨個體尺寸和年齡的增加而減少0.2.3剪切力剪切力產(chǎn)生于空

14、間速度存在差異的流動液體中,比如湍流區(qū)域中漩渦的邊緣或當液體流過固體表面之時將會產(chǎn)生剪切力I,其可用單位面積上力的大小來表示.最大剪切力的發(fā)生與固體表面,如管道壁,水泵葉片,移動篩網(wǎng)和水箱是密切聯(lián)系的.剪切力損傷包括兩十部分:旋轉(zhuǎn)作用和變形作用.例如當魚卵進入一十速度變化的區(qū)域時,旋轉(zhuǎn)作用會造成其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷,而變形作用則會對魚卵卵膜造成傷害(圖2),因而在剪切力足夠大的情況下,魚卵將會解體.?69aMorgan等人試圖測量剪切力作用區(qū)內(nèi),由運動中的水對魚卵和仔魚表面所產(chǎn)生的損傷程度.根據(jù)作用于白色鱸魚和有斑鱸魚的剪切力一時間實驗表明:當白色鱸魚與有斑鱸魚的魚卵和仔魚暴露在剪切力作用區(qū)域12

15、Omin,造成5O死亡時所需剪切力大小在78.5120N?m一之間變化.這一結(jié)果被應用于ChalkPomt火電站,以估計魚類受剪切力或機械作用的損傷程度.最初的結(jié)果表明,白色鱸魚和有斑鱸魚的死亡率保守估計在2O一50%之間.連摩=蜀件表商d.(二)一()Jf/旋羈垂彤圈2水藏這度產(chǎn)生的剪切力對魚卵的可姥影響當然,剪切力致死率是與水生生物本身的耐受能力相關(guān)的.在ConnecticutYankee電站的3年實驗顯示.80一l00%的9種幼魚(2.6一d0inm)死于機械損傷.9種幼魚中,鯡魚占97.6,而白色鱸魚僅占I.3.冷卻過程中.從進水口到出水口共需93秒鐘.這種情況下導致50%白色鱸魚和有

16、斑鱸魚死亡時剪切力的大小大約在38.5540N?m之間口.而實際計算出水箱壁上產(chǎn)生的剪切力為7.22.3N?mE.顯然.水箱壁產(chǎn)生的剪切力不足以導致白色鱸魚和有斑鱸魚的死亡.然而,剪切力卻導致占97.6的虛弱鯡魚的大量死亡,因而表現(xiàn)為幼魚的總死亡率很高.在Contant和Ked!的實驗中沒有觀察到Moron(鱸魚的一種)仔魚的機械死亡.這一現(xiàn)象或許可以通過Morgan等人的實驗加以說明.在Morgan的實驗中,將生物體所受的剪切力與其作用時問相乘.得出有斑鱸魚魚卵和仔魚的致死剪切沖擊分別為57.0和83?3Nm?m_.白色鱸魚魚卵和仔魚分別為63.5和80.ONmin?m_.假設(shè)魚卵和仔魚的斷

17、面直徑分別為0.3和0.5cm,并進一步假設(shè)其密度與水相近,則在Irain的作用時間里?有斑鱸魚魚卵和仔魚所受剪切力相當于地球引力的2.9和2.7倍f白色鱸魚魚卵和仔魚所受剪切力分別為地球引力的3.2和2.7倍.若以上假設(shè)成立,則Morgan等人的實驗說明?當剪切力接近地球引力的3倍時.鱸魚魚卵和仔魚將出現(xiàn)死亡z.Contant.和KedI的實驗中所使用的冷凝管寬1.89cm,長1220cm.當水和仔魚在3arm壓強降落下通過冷凝管時,平均質(zhì)量速度為5.79m?s-.由這些數(shù)據(jù)可計算出冷凝管壁剪切力大小接近77?6N?ITI_.,并持續(xù)2s多.轉(zhuǎn)換為剪切沖擊等于272Nmin?m_.,遠低于?

18、70?Morgan實驗中的剪切沖擊數(shù)據(jù).如果采用前面有關(guān)魚卵,仔魚的大小和密度的假設(shè).可以估算出其實驗中生物體所承受的剪切力相當于地球引力的2.4倍oi,于3倍).因此.Contant和Kedl在實驗中沒有觀察到Morone的死亡.可以說明冷凝管中產(chǎn)生的剪切力對生物體是非致命的.這也表明.剪切致死率與其發(fā)生部位是相關(guān)的.2.t機械磨損與碰擅當一個運動中的物體與其它物體表面相互接觸磨擦.或者冷凝管中懸浮顆粒與速度不同的生物體發(fā)生表面碰撞時-機械磨損或碰擅便發(fā)生了.由于其取決于接觸表面或碰撞粒子的各種性質(zhì),因而機械磨損是一個很難量化的過程.在機械損傷過程中.它表現(xiàn)為減弱了生物體抗剪切的能力.盡管缺

19、步有關(guān)由機械磨損引起的死亡數(shù)據(jù).但Emadi和Marcy提到,它可能是造成冷卻系統(tǒng)中魚類死亡的原因之一2s,zs.研究表明,與生物體一起通過冷卻系統(tǒng)的大量淤泥和沉淀污物.會造成對生物體的機械磨損和機械碰撞”.美國康涅狄格河靠近ConnecticutYankee核電站的地區(qū).醺游物的平均濃度為0.2306g?m一?而實驗得出的冷卻系統(tǒng)中其濃度上升為0.2338g?mt這一濃度對于泵入的特定生物的機械死亡可能起著重要作用0.盡管如此.關(guān)于冷卻系統(tǒng)中粒子的各種參數(shù).如大小,形狀,硬度和棱角均無具體數(shù)據(jù).在佛羅里達州的4個火電站中,冷卻系統(tǒng)內(nèi)大量的有機配料造成了浮游植物和浮游動物的死亡.在Montil

20、lo核電站,2,618mm長的仔魚也構(gòu)成了有機配料的一部分(約占2.5).研究表明一有機配料越多.生物體死亡率相對也越高”.3機械損傷對水體環(huán)境中水生生物的影響不同種類的承生生物.其機械損傷死亡率是不同的.表1列舉了不同攘電站.浮游植物,浮游動物及魚類在機械作用和綜合作用下的死亡率.但需說明的是.一方面目文獻所報道的機械損傷致死率大多數(shù)只是個近似值另一方面.實驗過程中取樣方法和判斷死亡的標準存在差異.因而不同核電站之間比較機械損傷死亡率大小仍然相當困難.3.1機械損傷對浮游植物的影響在機械損傷對周圍環(huán)境中浮游植物的影響方面,數(shù)據(jù)一直很少.現(xiàn)有的研究資料表明,人們在機械作用對浮游植物的影響方面存

21、在分歧.并且可概括為下列三種觀點;(1)機械作用對浮游植物沒有影響.Brouardel和Koop等人的研究.未發(fā)現(xiàn)浮游植物困機械作用影響其光合作用能力或致使硅藻細胞破裂;Reetz的研究也表明,隨冷卻水進入核電站的浮游擅物受機械作用的影響不大t進出水口浮ij宇植物的光合作用速率和葉綠素含量并無明顯差別0.(2)機械作用促進了浮游植物的光合作用能力.Gurtz和Weiss的研究表明,經(jīng)過Alleu電站的冷凝管道時,機械作用促進了浮ij宇植物的光合作用能力;Smith和Brooks發(fā)現(xiàn),機械作用提高了浮游擅物生產(chǎn)力(17.530-)口.(3)機械作用降低了浮游植物的光合速率.Hardy觀察到.除溫

22、升之外,冷卻水系統(tǒng)中其它因素亦降低了浮游植物的生產(chǎn)力(11)”IFlemer等人也發(fā)現(xiàn).冷卻過程中機械損傷減少了浮游植物的生產(chǎn)力娜l研究美國加州近岸的兩個核電站后發(fā)現(xiàn),由于選擇性?7】?寰1拔電站周圍環(huán)境中水生生袖死亡事小結(jié)【棱電站參考文獻機掛扭怕遺成的憑亡率/息的憑亡率/萍瓣檀糟Al2)57PdnIBe,mhlJnirltlyotwk0nn(1972)一1魚類Mill.onePoINm】(1977)22.822.8ChaPotn|M0r5¨d.(】93+196)20-5OC-Ivt¨C1ifhMornd.(1973.1976)50一】00Cneelteu|Yank鋒My1

23、971.1973)8OIO0LinonP.-m口&ar丑sct曲uk(1976)3261556.5-67.7V衄-Fkm時吐(1971a)99.99.7B帥PolEPA(197:I)100100NorthllAmttnat.f1973)27572757lndianlln!LIucr.(1973)7-拍BrunwkkcId.(_975)3Ofl-5OHOnIict¨oKnut,nd.(1976)8.5-2.10OqntleTeI¨(1976)9.596.3991)未詳坷說明.2總,E亡辛中所占最大百分比減少了部分物種的密度并提高部分存活物種的數(shù)量,核電站冷卻水

24、系統(tǒng)充當了一個降低周國環(huán)境中浮游植物多樣性和改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)的角色,浮游植物d2的死亡率中有部分是由機械損傷造成的,因此Briand曾提出可以用深海水代替近岸海水作為冷卻水的解決辦法在佛羅里達州的d十煤發(fā)電廠周國.浮游植物光臺作用能力降低了70,并且物種豐度減步了80一9O+Weiss認為這種后果部分應歸咎于機械磨損.3.2機械損傷對浮游動物的影響carpen【er等人的研究表明,在無溫排水和氯處理的情況下,機械作用是導致橈足類死亡的主要原因0;Evans等對EnaldC.Cook核電站的8年觀測表明,導致浮游動物死亡的主要原因亦為機械損傷.總之,冷卻水系統(tǒng)中機械損傷對浮游動物的有害影響是?72?

25、比較明顯的.人們曾分別在18個核電站進行過冷卻水系統(tǒng)對周圍環(huán)境中浮游動物影響的研究工作,結(jié)果發(fā)現(xiàn)被卷吸的浮游動物死亡率范圍為O一100,平均死亡率為36,其中有關(guān)機械作用對浮游動物的損傷情況敘述如下:在Escanaba電站浮游動物的死亡率時僅為7,而在BigRock電站,卻有29一55的浮游動物由于機械及熱損傷而死亡”,分析原因發(fā)現(xiàn),B-蝽Rock電站有長得多的排放管道,這無疑加劇了對該電站浮游動物的機械損傷程度I根據(jù)McNausht的實驗.Zion電站周圍環(huán)境中浮游動物的主要致死原因為機械損傷“I在Waukegan電站,由機械損傷引起的浮游動物的平均死亡率為6.0H,而熱作用致死率僅為1.8

26、0I在PointBeach棱電站的研究顯示,經(jīng)過冷凝器時機械作用對浮游動物的損傷程度(致死率為8一19)較熱作用更為嚴重咖ILakeMichigan5個援電站的實驗技據(jù)表明,機械損傷造成2.5%一14.9的浮游動物死亡.而且與綜合作用相比,機械損傷致死率占總致死率絕大多數(shù)比重n在其它許多電站人們也觀察到,經(jīng)過水泵和冷凝管時,有5一30的浮游動物失去了活動能力.隨后的研究發(fā)現(xiàn).機械作用對浮游動物的致死程度遠高于此.Carpenter等人報道,卷吸進入Millstone電站冷卻水系統(tǒng)的浮游動物,有7O死于機械損傷(總死亡率為69一83)“Beck和Miller亦指出,5O的浮游動物死于水泵所產(chǎn)生機

27、械損傷作用.】.機械作用對浮游動物的致死率與生物個體尺寸有關(guān).Sandine的研究表明,冷卻水系統(tǒng)中大型浮游動物與小的浮游動物相比.所受的機械損傷程度更高“IMihursky和Dorsey也觀察到,核電站冷卻過程中.大櫛水母類浮游動物遭受了比小櫛水母類浮游動物更為嚴重的機械損傷”“.除此之外.機械損傷致死率還與季節(jié)有關(guān).Maturo等人的研究結(jié)果表明,夏季機械作用對橈足類浮游動物的損傷并不明顯,而冬季或溫度較低的季節(jié),機械作用則是橈足類浮游動物死亡的一個主要因寮“.上述實驗中,浮游動物的死亡并不僅來自機械作用,絕大多數(shù)情況下,浮游動物的死亡是棱電站冷卻水系統(tǒng)中某些作用的綜臺效應.在Pilgri

28、m核電站,進入冷卻系統(tǒng)中的龍蝦幼體,其死亡應歸因于機械,熱及化學作用.在佛羅里達州的Turkey按電站,橈足類浮游動物的死亡是機械和余氯的綜臺作用結(jié)果(橈足類幼蟲可耐4O的高溫)IConsumers電力公司和Benda實驗時注意到,8一13的浮游動物死于熱和機械的綜合作用;在佛羅里達州4個火電站的研究時發(fā)現(xiàn),其中1個電站浮藹宇動物的豐度下降了7O.而其余3個下降丁2O.這種差異在于它們之間機械損傷程度的不同C4D-13.盡管如此,在舊金山海岸的Crane電站,Davies,Hanson和Jensen卻發(fā)現(xiàn)機械損傷并沒有使浮游動物的死亡率有所增加”“.3.3機械損傷對魚類的影響水生生物中,魚類最

29、易因機械損傷而死亡.機械損傷不僅選擇性地降低或提高某些物種的豐度.而且直接對漁業(yè)資源產(chǎn)生破壞,嚴重威船著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè).臺灣中山大學海洋科學研究中心研究丁通霄核電站運轉(zhuǎn)導致漁業(yè)資源因撞擊和卷吸造成的損失,結(jié)果是因撞擊造成的漁業(yè)資源損失占該地區(qū)全年漁業(yè)產(chǎn)量的0.40,因卷吸造成的漁業(yè)資源損失約占該地區(qū)全年漁業(yè)產(chǎn)量的0.55”.魚卵和仔魚,由于其身體虛弱,沒有或只有較弱的藹宇泳能力,因而更易遭受機械損傷.Lacrolx的研究指出,被攜帶進入冷卻系統(tǒng)中的魚卵,仔魚大部分死亡是由于機械損?73?傷造成的IMarcy和Adam的實驗結(jié)果顯示機械作用對魚卵和仔魚造成的損傷遠遠超過了熱作用,經(jīng)過電站的魚卵,仔魚

30、的死亡率為28一100(大多接近100)zT,ss在通過Maryland電站時,幾乎所有(99.7)的有斑鱸魚卵被殺死,并且其中大多數(shù)魚卵遭到破碎口在Brunswich棱電站,如果系統(tǒng)未加熱.攜帶進入冷卻系統(tǒng)的仔魚死亡率范圍為9一50,其中三分之一來自機械損傷?Nawrockl在實驗中發(fā)現(xiàn).機械損傷引起的l7種海洋仔魚的平均死亡率為22.8,并且有幾十物種的死亡率達到62.5;Schubel用5種河口魚做實驗時注意到,溫度上升10并不影響魚卵成功地發(fā)育與孵化,同時指出在這方面機械作用比溫升引起的損傷程度高得多口”.除魚卵,仔魚外,卷吸進入冷卻水系統(tǒng)的幼魚和成魚同樣不能幸免.Marcy在Conn

31、ecticutYankee棱電站的實驗表明,9十品種的幼魚由于機械損傷導致的死亡率高達80一l000”I當幼魚和成魚通過Ludlngton水泵設(shè)備時,37.2一61.5的魚死于機械損傷(總死亡率為56.5一67.7),絕大多數(shù)被撕裂或斬去頭部.這反映了機械碰撞和剪切力的損傷作用口Knutson等人讓標記的鰷魚(3O一60mm)通過Montillo核電站冷卻系統(tǒng).結(jié)果發(fā)現(xiàn)8.5一42.4的魚死于機械損傷,而熱損傷引起的死亡率僅為8.6.4生物指標與機械損傷程度的相互關(guān)系從機械損傷對周圍環(huán)境中水生生物影響的練述可以看出,不僅不同核電站機械損傷致死率之間有整別.而且不同種類的生物在同一電站的機械作用

32、死亡率也是互不相同的.因此,核電站冷卻水系統(tǒng)中各種作用尤其是機械損傷,由于選擇性殺死某些物種及一定生長階段的生物,因而撅易導致周圍水體環(huán)境中生物群落結(jié)構(gòu)的改變.與水生生物機械作用死亡率有關(guān)的物理和生物因素主要包括:(1)生物個體的大小,形狀及其生長發(fā)育階段;(2)物種不同發(fā)育階段的敏感性l(3)電站設(shè)計和運行特征.4.1個體大小,生長階段與水生生物的死亡牢卷吸入冷卻水系統(tǒng)中的某些魚類,受核電站機械作用的致死率,將隨其個體大小的增加而增大?一-.Marcy發(fā)現(xiàn).白天卷入冷卻系統(tǒng)中的魚類身長一般小于l5mm,而在晚間,當2040mm的魚類經(jīng)過冷卻系統(tǒng)時,機械損傷程度大大加劇.根據(jù)在Waukegan

33、,Zion和Kewaunce電站研究的結(jié)果,浮游動物中大的生物個體(大于0.95ram)比小的生物個體(小于0.5ram)遭受了更為嚴重的機械損傷,并且其死亡率直接隨著個體尺寸大小而變化”I在Waukegan電站,尺寸超過0.9mm的浮游動物的死亡率為l7,尺寸在0.9ffln以下的浮游動物,其死亡率僅為4,而大于2.0mm的浮游動物的死亡率則為21”在馬里蘭州的Morgantown核電站,對于尺寸在0.O5一O.5mm間的浮游動物來說,它們的死亡率程低.但尺寸在0.51.5mm范圍內(nèi)的Acart/如,死亡率則升至l8,而尺寸更大的糠蝦和多毛類動物卵(1.550ram)則遭受了冷卻過程中更為嚴

34、重的機械損傷.在Morgautown核電站,Mihursk和Dorsey發(fā)現(xiàn),大櫛水母類動物比小櫛水母類動物死亡率高,并指出冷卻水系統(tǒng)中冷凝管的內(nèi)徑大小是櫛水母類通過該設(shè)備后能否存活的?74?一個限制因素Cl在佛羅里達州的一個電站,Maturo等人發(fā)現(xiàn).浮游動物的機械損傷程度與其個體大小有關(guān),實驗中的饑械作用對OSowa幾乎沒有影響,而對啪era則一時,死亡率丑!I增至l1.”.Beck和Lackle首先提出了用生物個體大小與其死亡率作圖的想法n”.Marcy將文獻中有關(guān)死亡率和生物個體大小的數(shù)據(jù)進行非線性回歸.得出了一個死亡率與個體尺寸大小的關(guān)系模型:Arc-sin(死亡率)=0.07571

35、+0.04053×尺寸大小|(公式中的死亡率用百分數(shù)表示).根據(jù)這一方程式可以初步看出,生物個體的死亡率與其尺寸成正相關(guān)關(guān)系.盡管如此.在這項研究中仍存在不少問題t(1)由于研究時采樣點和取樣方法的不同,所得數(shù)據(jù)間的可比性并不十分理想I(2)物種對機械損傷的敏感性不一,棱電站設(shè)計和運行特征的不同均會影響實驗結(jié)果I(3)死亡率數(shù)據(jù)大多是按電站冷卻系統(tǒng)中物理和化學綜合作用的結(jié)果.除此之外,也有少量研究提出了相反的觀點,即生物個體的死亡率隨個體尺寸增加而減小.在Millstone電站.當生物個體尺寸從2.25mm增加副10.25mm時,其死亡率則從36.3下降為9.3C”I在NantJco

36、ke電站.幾乎所有大于14nqnq的香魚仔被殺死,而尺寸大于40mm的香魚仔,其死亡率則下降為77C”】.隨后的研究也曾支持過這種結(jié)果,即仔魚發(fā)育到一定階段時,便可以承受更高強度的機械作用.然而,這一結(jié)論和其它大部分研究結(jié)果是矛盾的.并且只適用于某些物種,因而實際意義不大.4.2物種敏感性與水生生物的死亡率生物個體大小只是影響其死亡率的一個方面,不同發(fā)育階段的生物體或者同一生物體的不同部位在冷卻水系統(tǒng)中對機械損傷會表現(xiàn)為不同的敏感性.Marcy在ConnecticutYankee核電站的研究中發(fā)現(xiàn),魚類機械損傷的平均致死率為8O.其中對于處于卵黃囊后期階段的魚類死亡率達到97.5,鯡科魚類的死

37、亡率為97】;在MilLstone電站,機械作用對處于卵黃囊和卵黃囊后期階段的生物損傷程度更高I在Millstone電站,經(jīng)過冷卻系統(tǒng)的l7種不同種類的仔魚,由于機械損傷而造成的死亡率分別在2.9一62.5的范圍內(nèi)變化,其中鰱魚等一些物種的仔魚死亡率較高.而其它一些種類的仔魚死亡率較低”I另外.在ConnecticutYankee核電站的研究中也發(fā)現(xiàn),死于機械損傷的主要是虛弱和具有較大呼吸器官的生物.水生生物的某些部位.特別是魚類的頭部,最易遭受機械損傷H”“.例如,當3O一6Omm的鰷魚通過Montlcell電站的冷卻水系統(tǒng)時,21的死亡與被砍去頭部有關(guān),63%的死亡與鰓部有關(guān).2的死亡與失

38、去眼睛有關(guān).而其余則與失去頭部側(cè)肢有關(guān).至于浮游動物,情況也大致如此.Prager等人的研究表明.橈足類浮游動物不同物種間死亡率不同.變化范圍為7%一100【州I在美國西部海岸兩個電站的研究報告中指出;在Morro海灣,雄性Acartm的死亡率為38.2A.卻下,經(jīng)過冷卻系統(tǒng)的17種浮游植物的遭遇也各不相同“).其中5種硅藻的死亡率高這72,而另外l2種浮游植物的損傷程度并不明顯.Briand在研究中發(fā)現(xiàn),冷卻水系統(tǒng)中浮游植物的死亡,改變了群落結(jié)構(gòu),并且減少了物種多樣性【|-).其實驗結(jié)果表明,經(jīng)過冷凝管后.有45.7的硅藻死亡.甲藻的死亡率為32.8,而另外兩個主要物種的豐度得以增加.而且B

39、riand認為.只有那些多產(chǎn)的細胞.才能在冷卻過程中存活.4.s桉電站的設(shè)計,運轉(zhuǎn)與水生生物的死亡率Beck和lackie在兩個電站進行的實驗中得出.機械作用對仔童|魚的致死率在27.6一1OO范圍內(nèi)變化在另外d個核電站的實駐中,雄性A.的死亡率分別為O,9.09-38.2和59.8【¨.因而Eta.Can等人(1976)指出,不同電站攜帶進入冷卻系統(tǒng)中的生物體,其遭遇是不相同的H”.Beck和Mi|er發(fā)現(xiàn),對周圍環(huán)境中永生生物的影響.美國西部與東部海岸的棱電站不同.對浮游渣物不同的致死率也是與具體拔電站相關(guān)聯(lián)的Jensen指出,對于限時浮游生物,某些電站中其死亡率幾乎為l00,而另外一些電站中卻很少受損傷,他認為這種差異來自各個電站水泵工作效率的不同”!Davies,Hanson和Jenn在舊金山海灣的Crane電站研究中得出這樣的結(jié)論:機械損傷并沒有明顯增加浮游動物的死亡率,這與在Millstone,HaddarnNeck和Morgantown電站的研究結(jié)