基于復雜網(wǎng)絡理論的水華暴發(fā)數(shù)值模型研究.pdf

1、基于復雜網(wǎng)絡理論的水華暴發(fā)數(shù)值模型研究重慶大學碩士學位論文學生姓名：姚建玉指導教師：張云懷教授肖鵬教授湛敏講師專業(yè)：環(huán)境科學學科門類：理學重慶大學化學化工學院二O一一年十月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要我國發(fā)生富營養(yǎng)化水體的數(shù)量和規(guī)模已居世界前列，水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為嚴重威脅我國水資源和水安全最重要的社會和環(huán)境問題之一。三峽水庫的建立在為人類帶來巨大經(jīng)濟效益的同時也給庫區(qū)增加了水體富營養(yǎng)化的壓力。從數(shù)學的角度，利用其方法和理論研究水

2、體富營養(yǎng)化具有重要的生態(tài)意義和理論指導意義。復雜網(wǎng)絡(Complexwks，CNs)的統(tǒng)計特性是一種普遍存在于自然界中的非線性現(xiàn)象，具有廣泛的普適性。而這種現(xiàn)象與水華暴發(fā)過程所表現(xiàn)出來的大量藻類共同聚集的行為是一致的，水華暴發(fā)的實質(zhì)就是大面積局部區(qū)域藻類在短時間內(nèi)共同聚集的統(tǒng)計結(jié)果。因此采用復雜網(wǎng)絡統(tǒng)計特性構(gòu)建解析水華暴發(fā)的全局性態(tài)仿真模型和理論框架是可行的。本文首先在復雜網(wǎng)絡同步理論和藻類生長動力學機制的基礎上，根據(jù)大量的參考文獻和實

3、際監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究影響水華暴發(fā)主要因子的相關性。通過描述水華暴發(fā)各影響因子之間相互作用的具體路徑，并根據(jù)復雜網(wǎng)絡理論的統(tǒng)計特性(平均路徑長度、聚類系數(shù)、節(jié)點度和節(jié)點介數(shù))，構(gòu)筑了水華暴發(fā)的有向復雜網(wǎng)絡模型。本文還描述了各影響因子對水華暴發(fā)的作用程度，并基于漢江1992年～2000年這9年水華污染實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建出能夠反映優(yōu)勢藻聚集的統(tǒng)計特性與水體環(huán)境質(zhì)量之間的關系的水華暴發(fā)統(tǒng)計特征函數(shù)G。從復雜網(wǎng)絡統(tǒng)計特性的角度驗證了水華暴發(fā)期間藻類的

4、統(tǒng)計特性，并揭示了水華暴發(fā)現(xiàn)象是水域子區(qū)域整體協(xié)同作用的統(tǒng)計結(jié)果。驗證結(jié)果表明，水華暴發(fā)的統(tǒng)計特征函數(shù)G確實能夠有效和半定量的刻劃暴發(fā)時間、污染程度、持續(xù)時間以及規(guī)模。論文還利用聚類分析(ClusteringAnalysis)的方法對漢江水體1992年～2000年2、3月份的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分類分析，結(jié)果表明，此方法可以用于預測同一水體未來發(fā)生水華暴發(fā)的可能性，但不適用于兩種及其以上水體的分類分析。關鍵詞關鍵詞：水華暴發(fā)，復雜網(wǎng)路，聚類