【摘要】： 隨著環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和海岸帶的大力開發(fā),渤海灣水體富營(yíng)養(yǎng)化問題日趨嚴(yán)重,成為制約濱海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。建立渤海灣水體富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)模型,對(duì)近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化的防治、修復(fù)和管理具有重要的意義。 本文以渤海灣為背景,用混沌理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等軟計(jì)算科學(xué)方法,借助MATLAB語(yǔ)言,研究了渤海灣的海水富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模型,并通過分析渤海灣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水質(zhì)因子的主成分因子,建立了基于葉綠素a值的海水富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)模型。 論文首先介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和混沌理論的理論基礎(chǔ),并對(duì)混沌動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了分析。 其次,通過分析與渤海灣富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)的主要因素,綜合了物理、化學(xué)和生物指標(biāo),選取TP、TN、CODMn、Chla、SD和水溫作為渤海灣營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)的指標(biāo),確定了富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn),建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模型。進(jìn)一步,針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂慢、易陷入局部最優(yōu)解等缺點(diǎn),引入混沌動(dòng)力學(xué)模型Logstic映射對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化,建立了混沌優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型,采用足夠多的學(xué)習(xí)樣本對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,并用檢驗(yàn)樣本檢驗(yàn)了網(wǎng)絡(luò)的泛化能力。本文模型與傳統(tǒng)的NQI方法和E方法的評(píng)價(jià)結(jié)果相差較小。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示天津港口及排污口附近富營(yíng)養(yǎng)化狀況嚴(yán)重。 最后,分析了遺傳算法的運(yùn)算過程,并根據(jù)其過早收斂等缺點(diǎn)引入混沌理論,利用Logistic方程構(gòu)造混沌算子,形成了混沌遺傳算法。建立了預(yù)測(cè)渤海灣水體富營(yíng)養(yǎng)化的混沌遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。該模型選取Chla作為網(wǎng)絡(luò)的輸出變量,運(yùn)用主成分分析方法,對(duì)水質(zhì)因子進(jìn)行降維計(jì)算,篩選出對(duì)原指標(biāo)具有較好代表性的指標(biāo),得到網(wǎng)絡(luò)的輸入變量,構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)模型。以水溫、DO、PH、Chla及硅酸鹽為輸入變量,兩周后Chla為輸出變量的網(wǎng)絡(luò)模型能夠?qū)Σ澈车乃|(zhì)變化進(jìn)行較好的短期預(yù)測(cè)。通過誤差曲線分析,預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值接近。本研究表明,此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能有效地模擬富營(yíng)養(yǎng)化過程中的非線性行為,并能較好預(yù)測(cè)Chla的變化趨勢(shì),可為渤海灣富營(yíng)養(yǎng)治理提供科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

圖 3-3 2007 年渤海灣海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站位根據(jù)測(cè)得的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用混沌優(yōu)化 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型對(duì)渤海灣2007 年 5 月、8 月、10 月的 8 個(gè)站位進(jìn)行了富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)，得到各站位海水富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)結(jié)果。并與傳統(tǒng)的 NQI 方法和 E 方法進(jìn)行比較，NQI 方法和E方法的計(jì)算公式為公式（1-2）（1-3），三者對(duì)比的結(jié)果見表 3-4。其中由于 E 方法只有在 E>1 時(shí)為富營(yíng)養(yǎng)化，故 E 方法未能給出中營(yíng)養(yǎng)和貧營(yíng)養(yǎng)的劃分。根據(jù)混沌優(yōu)化 BP 網(wǎng)絡(luò)模型評(píng)價(jià)結(jié)果，渤海灣的污染主要集中于 2、3 號(hào)站位，3 個(gè)月都表現(xiàn)為富營(yíng)養(yǎng)。這與實(shí)際情況很接近，從圖中可以看出，2 號(hào)和 3 號(hào)站位位于天津港口和北塘排污口附近，說明污染物主要來(lái)源于陸源排污口的污染排放。通過三種方法評(píng)價(jià)可以看出，5 月份和 8 月份三種方法評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致；10月份評(píng)價(jià)結(jié)果相差較大，BP 評(píng)價(jià)法較其余兩種方法結(jié)果表現(xiàn)嚴(yán)重些，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示 10 月份各站位透明度很低，6、7、8 號(hào)站位透明度分別為 0.4、0.4 和 0.5 米，與其余月份相比較，透明度很小，，可能是由于陸源排放過大及海洋潮流作用使得
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X55

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 桂凌;基于GA-BP網(wǎng)絡(luò)的砒砂巖沙棘水土保持功能評(píng)價(jià)[D];北京林業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2680705