利用復雜網(wǎng)絡理論研究三峽庫區(qū)流域水華暴發(fā)行為.pdf

1、水華是藻類突發(fā)性大量生長的水體污染現(xiàn)象。水華暴發(fā)會釋放藻毒素同時藻層阻隔大氣中氧氣進入，引起水生生物窒息死亡，使水體產生異味，造成水體質量的嚴重破壞。水華造成水環(huán)境的嚴重污染引起越來越多的學者的關注和研究，然而消落帶水域是一個多因素耦合、多維度協(xié)同和具有整體性特征的非線性復雜生態(tài)環(huán)境動力學開放子系統(tǒng)，采用近代歸納式研究方法和理論己很難描述、研究并定量揭示其內在演化規(guī)律。
　　 本文以復雜網(wǎng)絡(Complex Networks,C

2、Ns)理論為基礎，從圖論(Graph Theory)和統(tǒng)計規(guī)律上描述和求解復雜系統(tǒng)的整體行為。CNs理論由于1998年Watts揭示了CNs的小世界(Small World)屬性，1999年Albert發(fā)現(xiàn)了CNs的無標度特性(Scale-Free，SF)等，拓展了CNs的應用領域，為表征和研究消落帶水華污染提供了全新的視角、思路和手段。表征復雜網(wǎng)絡的參數(shù)主要有平均路徑長度(AveragePath Length，L)和聚類系數(shù)(Clus

3、tering Coefficient，C)。根據(jù)定義，L是任意兩個節(jié)點之間距離的平均值，C是網(wǎng)絡中與節(jié)點連接的其它節(jié)點也可能彼此連接的特性的數(shù)值表示。
　　 本文按照CNs理論將具體網(wǎng)絡抽象為一個由點集V和邊集E組成的圖G=(V，E)，從而將消落帶水華暴發(fā)抽象成一個CNs系統(tǒng)，通過合理抽象將消落帶系統(tǒng)映射到CNs系統(tǒng)進行運算，再通過反演來表達系統(tǒng)的水華暴發(fā)行為?；贑Ns理論的思路和統(tǒng)計規(guī)律，將引起水華暴發(fā)的各種因素抽象為點集V

4、的各個節(jié)點，各因素間的相互作用抽象為邊集E的各條邊。從而將消落帶水域多因素耦合、多維度協(xié)同作用造成的水華暴發(fā)抽象是各節(jié)點相互連接而形成的一個復雜網(wǎng)絡。在初步建立水體中水華暴發(fā)的CNs模型上，根據(jù)CNs理論對平均路徑長度L和聚類系數(shù)C的定義，得出在水華暴發(fā)CNs模型中，L與水華暴發(fā)的概率成反比，而C反映了水華暴發(fā)的各因素之間的相互作用程度。通過代入2007年春季嘉陵江、長江和2002年烏江“黑潮”8月份烏江渡水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)，對表征水華暴發(fā)C