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三峡库区流域富营养化污染行为的自组织临界性研究

作　者: 马艳娥
导　师: 刘信安
学　校: 重庆大学
专　业: 应用化学
关键词: 自组织临界性沙堆模型水华爆发富营养污染
分类号: X524
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

水体富营养化作为一个全球性的环境问题,越来越受到人们的关注,而三峡工程对生态环境的影响可能更是大家关注的焦点,三峡水库在带来巨大综合效益的同时也将极大地改变长江流域三峡库区的生态环境。在天然状况下库区江段总磷总氮浓度近年来一直偏高,随着三峡水库截流,库区出现了流速减缓、消落带形成和内潮汐运动等现象,使得水体自净化能力进一步降低,从而对库区水环境构成了威胁,故库区水域的富营养化预测是三峡水库水污染综合防治过程中急需研究的重要课题。本文通过分析富营养化的成因和机理,结合三峡库区气候、水文、水质指标等,类比分析了三峡水库在成库过程中和成库以后库区生态系统相关要素的变化趋势,探讨了富营养化发生的可能性和主要诱发因子,初步确定了三峡库区水体富营养化污染的氮磷浓度条件,为进一步深入研究和预测库区富营养化污染提供了参考意见。随着对富营养化机理的深入研究和计算机技术的发展,富营养化行为的数值模拟有了长足进步,本文对富营养化模型的研究进展做了综合评述。同时,为了有效研究富营养化污染物在流域环境中的演化过程、迁移模式、结构形态和全局动力学行为,本文利用数学物理手段,结合环境科学理论,探讨了将自组织临界性理论和沙堆模型引入到水域富营养化污染领域的研究。在BTW 沙堆模型的基础上,借助多象限、优先级和表观摩擦系数等概念,提出了两个改进算法,构建了两个更具真实物理意义的自组织临界性沙堆模型。通过大量仿真计算,研究了模型各控制参量对沙堆自组织临界特性的影响规律,并借助内能、结构熵和自由能的概念,对沙堆系统进行了热力学分析。数值计算显示,沙堆模型的自组织临界特性与富营养污染流域爆发水华时的某些统计规律和复杂非线性关系具有一致性,同时,沙堆模型的自组织临界性与实际流域中水华爆发现象之间存在很强的关联,因此,自组织临界性理论有可能为研究水华爆发提供一种新方法。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
1 引言  10-12
2 三峡库区流域富营养化污染现状分析和预测  12-24
  2.1 富营养化污染概述  12-16
    2.1.1 富营养化的成因、危害及防治  12-14
    2.1.2 富营养化水体的特征  14-15
    2.1.3 富营养化形成的影响因素  15-16
  2.2 三峡库区流域水环境现状分析和预测  16-24
    2.2.1 库区流域消落带的形成和影响  16-18
    2.2.2 库区流域营养物分析  18-20
    2.2.3 库区流域水文气候状况  20-22
    2.2.4 库区流域富营养化潜势分析  22-23
    2.2.5 库区流域富营养化主要诱发因子分析  23-24
3 自组织临界性基本理论和典型模型  24-35
  3.1 复杂性科学  24-26
  3.2 自组织临界性概念  26-30
  3.3 自组织临界性模型  30-34
    3.3.1 元胞自动机模型  30-31
    3.3.2 BTW 沙堆模型  31-33
    3.3.3 BS 生物演化模型  33-34
  3.4 自组织临界性理论的应用  34-35
4 自组织临界性理论研究三峡库区流域富营养化污染的演化  35-54
  4.1 富营养化模型研究综述  35-36
  4.2 富营养化污染的自组织临界性特征  36-37
  4.3 富营养化污染的自组织临界性模型  37-54
    4.3.1 BTW 模型的验证  37-38
    4.3.2 三维沙堆模型  38-46
      4.3.2.1 算法  39-40
      4.3.2.2 模拟  40
      4.3.2.3 数据处理  40-45
      4.3.2.4 小结  45-46
    4.3.3 准真实沙堆模型  46-54
      4.3.3.1 算法  46-47
      4.3.3.2 数据处理  47-51
      4.3.3.3 小结  51-54
5 结论与展望  54-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  62
附录B 课题中用到的主要程序  62-69
独创性声明  69
学位论文版权使用授权书  69

三峡库区流域富营养化污染行为的自组织临界性研究

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