水华爆发的突变模型——以巢湖为例

面对湖泊水库富营养化的严峻形势，水华防治是当务之急，而根据富营养化现状对水华进行准确的判定和预报更是重中之重。从水生态系统的角度出发，综合考虑tp、t、chla和do等4个对巢湖富营养化乃至水华影响最为突出的因子，构建了巢湖水华突变的尖点模型，通过模型来模拟巢湖富营养化引发水华的情势。在对巢湖2000～2003年时间序列的监测数据进行数据拟合的基础上，发现南淝河入湖区断面处逐月tp、t、chla和do数据的演变规律符合突变理论的尖点模型特征。经检验，模型的相对误差控制在10%左右，具有较好的拟合精度。根据模型的突变判别，巢湖的水生态系统2003年7月在南淝河入湖区断面处发生了突变，这一模拟结论与该断面2003年8月爆发水华的实际情况相一致。研究表明，水华突变模型的建立，准确地反映了巢湖富营养化引发水华的实际情况，系统地勾勒出富营养化状态下水生态系统各要素间的动态响应模式，揭示了水华爆发的突变机理。通过水华突变模型的构建，不仅能够对巢湖水华的发生进行判断和预报，还可以对各项防治措施的实施效果进行预测和模拟，进而为综合整治方案的优化和统筹提供科学依据。水华的爆发是多诱因的综合作用结果，是营养物质长期累积、由量变到质变的演化过程，作为目前唯一的一种研究由渐变引起突变的系统理论，突变理论满足水华研究的数理要求，为水华现象的数值模拟提供了可行的解决方案。