利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)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(zhǎng)的水體污染現(xiàn)象。水華暴發(fā)會(huì)釋放藻毒素同時(shí)藻層阻隔大氣中氧氣進(jìn)入，引起水生生物窒息死亡，使水體產(chǎn)生異味，造成水體質(zhì)量的嚴(yán)重破壞。水華造成水環(huán)境的嚴(yán)重污染引起越來越多的學(xué)者的關(guān)注和研究，然而消落帶水域是一個(gè)多因素耦合、多維度協(xié)同和具有整體性特征的非線性復(fù)雜生態(tài)環(huán)境動(dòng)力學(xué)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(nèi)在演化規(guī)律。
　　 本文以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)(Complex Networks,C

2、Ns)理論為基礎(chǔ)，從圖論(Graph Theory)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律上描述和求解復(fù)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(biāo)度特性(Scale-Free，SF)等，拓展了CNs的應(yīng)用領(lǐng)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(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)主要有平均路徑長(zhǎng)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(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離的平均值，C是網(wǎng)絡(luò)中與節(jié)點(diǎn)連接的其它節(jié)點(diǎn)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(luò)抽象為一個(gè)由點(diǎn)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(gè)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(jìn)行運(yùn)算，再通過反演來表達(dá)系統(tǒng)的水華暴發(fā)行為?；贑Ns理論的思路和統(tǒng)計(jì)規(guī)律，將引起水華暴發(fā)的各種因素抽象為點(diǎn)集V

4、的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)相互連接而形成的一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。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(duì)平均路徑長(zhǎng)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(zhǎng)江和2002年烏江“黑潮”8月份烏江渡水庫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)表征水華暴發(fā)C