【摘要】：復(fù)雜性是河流水系統(tǒng)的一個(gè)重要非線性特征。河流水文水質(zhì)過程在時(shí)間上展現(xiàn)時(shí)序復(fù)雜性,在空間上亦呈現(xiàn)空間關(guān)系的復(fù)雜性。由于流域地形地貌、地表-地下水交互、氣象和人類活動(dòng)等因素的多重影響,必然導(dǎo)致流域區(qū)域空間點(diǎn)位上水質(zhì)時(shí)序波動(dòng)行為存在關(guān)聯(lián)性,稱之為地域聯(lián)系。這種聯(lián)系往往復(fù)雜,并存在相隔較遠(yuǎn)的長程聯(lián)系(Telconnection)。分析這些聯(lián)系的唯象規(guī)律和可能的因果性有助于從系統(tǒng)論的角度深入理解流域中的能量物質(zhì)輸移行為,并可為河流水質(zhì)監(jiān)管提供新方法和新模式。近年來迅猛發(fā)展的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論是一個(gè)有效的建模工具,目前對河流水質(zhì)波動(dòng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象研究存在缺失。本研究選擇美國切薩皮克灣流域代表高時(shí)間分辨率(15分鐘)觀測下的弱人類活動(dòng)流域,以淮河流域代表常規(guī)觀測頻率(周)下強(qiáng)人類活動(dòng)區(qū)域,以我國東部河流代表跨流域大尺度區(qū)域開展數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)的研究。以流量、溫度、pH值、DO、電導(dǎo)率、濁度這6項(xiàng)作為主要參數(shù),計(jì)算不同參數(shù)表征下水質(zhì)系統(tǒng)波動(dòng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)特征,如集聚系數(shù)、度相關(guān)性等。揭示能量、溶解質(zhì)、離子、綜合污染物等輸移演化的長程聯(lián)系。在人為活動(dòng)影響較強(qiáng)的淮河流域,即使距離十分相近的站點(diǎn)也可能表現(xiàn)出十分不同的聯(lián)系,即使距離十分遠(yuǎn)的站點(diǎn)也可能表現(xiàn)出極其相似的聯(lián)系。在人為活動(dòng)影響較弱的切薩皮克灣流域和波托馬克河流域,地理位置相近的站點(diǎn)相關(guān)性會(huì)更高;中心點(diǎn)變化能夠體現(xiàn)水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性影響因子的面積大小。發(fā)現(xiàn)相關(guān)性呈現(xiàn),溫度溶解電導(dǎo)率流量濁度pH值。因?yàn)楦魉|(zhì)指標(biāo)影響因素不同,其影響因素地域作用范圍不同;強(qiáng)人類活動(dòng)對水質(zhì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有負(fù)作用;大流域和大尺度范圍的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)弱于小流域范圍。利用相關(guān)系數(shù)和回歸分析半定量的分析了經(jīng)緯度、氣溫、降雨量等參數(shù)對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響,站點(diǎn)間存在一定的長程聯(lián)系,而且受到經(jīng)度、土地利用率的影響較大(開發(fā)利用地多呈負(fù)相關(guān)、林地多呈現(xiàn)正相關(guān)),發(fā)現(xiàn)緯度對于流量復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)影響較大,溫度和電導(dǎo)率復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)受地理位置因素影響很小,各水質(zhì)網(wǎng)絡(luò)幾乎不受降雨量的影響。利用集聚系數(shù)-閾值,度-度分布曲線探索可能的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模式,并將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行應(yīng)用。整個(gè)站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)所得的高集聚系數(shù)并非指向一個(gè)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)。其中,弱人為活動(dòng)影響下的切薩皮克灣流域,溫度和溶解氧的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征更符合全連接網(wǎng)絡(luò);流量、電導(dǎo)率、pH值、濁度網(wǎng)絡(luò)模型更傾向于冪律分布,可能符合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型特征。最后將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中度集中性用于評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的重要程度從而進(jìn)行優(yōu)化,利用集聚系數(shù)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)近似的站點(diǎn)進(jìn)行分類,為水質(zhì)信息學(xué)提供理論支持。
【圖文】：

規(guī)則、小世界、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)過渡過程圖（來源于Watts文獻(xiàn)[13]

圖 2-5 WS 網(wǎng)絡(luò)中 C、L 分析圖（摘自 Watts 文獻(xiàn)[13]型度分布在系統(tǒng)規(guī)模很大時(shí)，，其度分布近似度平均度附近較為集中。但真實(shí)世界的網(wǎng)絡(luò)系相互作用是繼小世界網(wǎng)絡(luò)提出后學(xué)者們提出p
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X522

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本文編號(hào)：2626655