湖泊富营养化模型的研究现状与发展趋势.docx

第 14 卷 第 6期2003 年 11月水科学进展ADVANCES IN WA TERSCIENCEVol114,No16Nov. ,2003湖泊富营养化模型的研究现状与发展趋势卢小燕 , 徐福留 , 詹巍 , 赵臻彦 , 陶澍(北京大学环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室 , 北京 100871)摘要 : 生态模型是湖泊富营养化研究和湖泊生态系统管理的重要手段 。20 世纪 60 年代起 , 湖泊富营养化模型的发展经历了从单层、单室、单成分、零维的简单模型到多层、多室、多成分、三维的复杂模型。根据复杂性特征将湖泊富营养化模型分为:简单的回归模型、简单的营养物平衡模型、复杂的水质、生态、水动力综合模型和生态结构 动力学模型 , 总结了其发展历史和主要特征 ; 在此基础上 , 讨论了湖泊富营养化模型的存在问题和发展趋势。关 键 词 : 湖泊 ; 富营养化 ; 生态模型 ; 研究现状 ; 发展趋势中图分类号 : P34213 ; X524 ;G353111文献标识码 : A文章编号 : 100126791 (2003)062792207富营养化问题是世界范围内最严重的水质问题之一[ 1 ,2 ] , 早在 20 世纪 60 年代 ,许多国家和国际组织就开 展了相应研究。从那时起,湖泊生态模型得到迅速发展,经历了从单层、单室、单成分、零维的简单模型到多 层、多室、多成分、三维的复杂模型的发展历程, 并逐渐用于湖泊污染控制和湖泊生态系统的管理中。本文根 据其复杂性 , 将湖泊富营养化模型分为四种类型 (表 1) :简单的回归模型 , 简单的营养物平衡模型 ,复杂的水 质 、生态 、水动力及其综合模型和复杂的生态结构动力学模型 ,对不同类型的湖泊富营养化模型的发展及其特 征进行总结 , 并对其存在问题和发展趋势进行讨论。表 1 各种湖泊富营养化模型的特征比较Table 1 Comparison of lake eutrophication models模型类型主要时段模拟问题生物成分物质成分水动力热分层维 数分 段目标函数典型实例简 单60 年代中期 叶绿素 a与磷和透回归模型 简单营养物～70年代明度之间的关系无磷无无无无无文献[ 4～9]湖泊中营养物输平衡模型 70年代入、输出间的关系无磷或氮无1～2层01无文献[12～18]碳、硅A生 态有一些磷、氮、有或无1～3层0～11～许多无文献[21～34]B复杂 的生C态2水质2水D动力70年代 中期开始水 质无或1～2水动力无或1～2生态+水动力有一些有或无许多1～许多1～许多0～11～许多无文献[ 35 ,36]1～许多有1～许多1～31～许多无文献[37～39]磷、氮、碳、硅有1～许多1～31～许多无文献[40]模型EF水质+水动力磷、氮、水质+生态+水动力无或1～2许多有1～许多1～31～许多无文献[41～44]有一些许多有1～许多1～31～许多无文献[40,45～47]复杂的生态结构动力学模型80年代 末开始有一些种类组成或/和性质的变化碳、硅有或无1～许多0～11～许多有文献[48～59]注 : A1 生态模型 ; B1 水质模型 ; C1 水动力模型 ; D1 生态2水动力模型 ; E1 水质2水动力模型 ; F1生态2水质2水动力模型。收稿日期 : 2002210216 ; 修订日期 : 2002212225基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ; ; 国家基金委创新研究群体基金资助项目作者简介 : 卢小燕 (1977 - ) , 女 , 四川德阳人 , 北京大学环境学院硕士研究生。第 6期卢小燕等 : 湖泊富营养化模型的研究现状与发展趋势7931湖泊富营养化模型的类型及其特征111 简单的回归模型简单的回归模型主要是建立在对大量水质和生物数据统计分析的基础上 , 多用来描述叶绿素 a与磷和透明 度之间的关系 。国内外的典型实例分别见文献[ 3 ,7～9 ] 。这类模型的主要优点为 :①可提供湖泊水质的大致变化 趋势[10];②能对湖泊水质进行快速评价[11]; ③为不熟悉数学模型的规划人员和决策者提供定量工具[11]。但是 , 由于建立这样的模型通常需要大量的数据 , 而这些数据的精度往往很难保证 ,加之建模考虑的问题过于简 单 , 因此 , 简单的回归模型难以作为很好的预测工具 ,通常只在数据不太理想或者建立复杂模型前用作初步的 半定量估计。112 简单的营养物平衡模型Vollenweider首先提出了总磷平衡模型[12]。模型假定湖泊中磷的浓度随时间的变化等于