湖泊富营养化模型研究进展.pdf

盐碱地改良与生态环境保护 775 湖泊富营养化模型研究进展李兴1李畅游1冯绍元2’(,呼和浩特010018: ,中国农业水问题研究中心,北京 100083) 摘要:湖泊水体富营养化是全球普遍关注的环境问题之一。研究者们设法通过使用数学模型来模拟湖泊富营养化的发生和机理以及预测富营养化状态随时空动态变化的过程。用于研究湖泊富营养化的模型主要有三大类,分别是水质数学模型、生态一动力学模型和生态结构动力学模型。本文对不同种类模型的优缺点和主要特征进行了概述和总结,并对未来湖泊富营养化模型的发展方向做了简要的叙述。关键词:湖泊:富营养化模型;进展 O引言湖泊是地球上重要的淡水资源,是流域地区经济持续发展、稳定和人们赖以生存的基础。随着经济的高速发展、工业化程度的提高以及在农业上大量使用化肥和农药,陆续出现了对湖泊生态系统极为不利的环境问题,湖泊富营养化便是其中最为严重的问题之一。长期以来,由于人们对湖泊生态系统的保护缺乏主观意识,同时,大量农田排水、未经处理的工业废水和生活污水被直接排入水体中,大量营养物质的积累使得湖泊迅速地向着富营养化的方向发展。湖泊水环境污染和富营养化程度日趋严重,严重危害了人类社会的生产和经济活动。因此,湖泊水环境保护和恢复已成为全球重大环境问题之一。针对我国如何实现21世纪水资源可持续开发利用的研究课题,开展以湖泊水环境科学管理为核心的生态系统修复与重建是一项任重而道远的艰巨任务。湖泊富营养化也是全球关注的水污染问题之一。由于湖泊富营养化模型能够将理论分析与实验结果有机地结合起来,因此,富营养化模型能够成为防治、修复和治理湖泊富营养化的重要决策工具。水体富营养化演变过程十分复杂,往往涉及气象、水文、化学、物理、生物等多种因素的影响,还与不l司污染物的存在形态、弥散程度、扩散速率等参数有关。在富营养化模型中,简单的回归模型、单一营养盐浓度模型、分层箱式水质模型以及考虑了生态系统中营养物随时间和空间变化的三维动态富营养化模型等等,都缺乏真正生态系统所具有的适应性和灵活性。由于环境污染,人类活动对生态系统的结构产生一定的冲击作用,这就限制了这些模型预测的准确性。为了解决这些问题,可用模糊数学方法克服数据量不足的问题、用人工智能方法进行参数估计、用混沌与分形理论增强参数估计的能力、用灾变理论模拟系统结构变化,建立生态参数数据库、使用目标函数等方法和数学手段,使模型具有可变化的结构和参数并向着更加精细、准确、适用的方向发展o- 1湖泊富营养化模型的主要类型富营养化模型能够将理论分析、实验研究的成果有机结合起来并应用到具体的湖泊之中,已逐渐成为一种相对独立的研究方法n1。早在20世纪60年代,许多国家就开展了相应的研究,富营养化模型发展到目前,经历了从模拟单一营养盐、单组分、单过程、单介质、定态、经验、零维的简单模型到模拟各种形态营养物随时间和空间变化的多组分、多 776 现代农业水土资源高效利用理论与实践过程、多要素、多介质、动态、机理、三维复杂模型的研究过程。以反映湖泊生态系统具体情况的角度,可以将湖泊富营养化数学模型大体分为水质数学模型、生态一动力学模型和生态结构动力学模型三种。 ,水质数学模型中的简单回归模型主要是建立在对大量水质和生物实地监测数