来源:中国环境资源网 作者:中国自然资源学会 更新时间:2005-11-21 10:42:58
提 要 在前文[1]提出的湿地综合分类方法的基础上,进一步探讨用状态变量描述湿地状态特征和动力特征的途径。重点讨论建立反映湿地状态变量间制约关系的湿地动力模型。这一工作是湿地综合分类的主要目的所在,是综合分类研究的自然延伸,同时也是实现对湿地系统定量描述的有益尝试。
关键词 湿地 模型 动力 分类
分 类 中图法 P931.7
1 引言
湿地系统可以看作是与周边环境有密切联系的开放系统,而湿地动力模型则是用于反映湿地系统内部及与之相关的周边环境动力作用的定量(或半定量)工具[2]。
从模型性质来看,湿地模型可以分为概念模型或分析模型及模拟模型
两大类[3、4]。概念模型是对湿地系统的一种简化的定性描述,用于表示系统组成和相互关系,常用框图附加自然语言来表达。概念模型是建立湿地模型的第一步,也是整个湿地模型的基础。模拟模型则是以概念模型为基础,采用数学语言对湿地进行的定量描述,一般情况下求解数学模型都需借助计算机应用来实现,即模拟模型是有输入和输出的可操作的程序。
从模型反映的动力过程来分,湿地模型可以粗略地分为湿地生态模型、湿地化学模型和湿地形态变化模型。本文主要探讨与湿地形态变化关系密切的水文模型。
水文模型是建立湿地其它模型的基础,按其功能可划分为:①系统水文学模型,这种模型把湿地看成一个不可分隔的整体来研究其蓄水量随时间的变化;②区域水文模型,这种模型着眼建立流域和区域范围内的水文模型并用以研究湿地水文;③水动力学模型,这是工程水力学中用以计算径流、潮流的模型在湿地上的移植;④泥沙模型,用以计算短时间内大面积上泥沙、污染物输移及较长时段内泥沙累积冲淤变化量。
本文把前文提出的湿地综合分类应用到湿地的模型研究中,提出了综合建模法作为通用湿地模型的建立框架。具体地说,对于一个湿地,首先应用综合分类法识别出湿地的各层次主要分类因子的属性及相互作用关系,建立湿地初步的概念模型,再根据综合建模法选择与因子相应的状态变量和状态方程,按照不同动力方程间的关系把方程耦合成一个模型系统,结合实际的监测数据和模型数值算法即可求解。
2 综合建模法
2.1 分类因子的模型描述
综合建模主要针对前文[1]中提出的综合分类因子进行模拟。通常,湿地系统多为非常复杂的系统,在系统的各部分之间存在不同种类的物质、能量传输交换和相互作用,涉及水文过程、水动力过程污染物迁移转化过程、泥沙运移过程和生态过程等。按照综合分类方法[1],湿地系统可看作一个层次结构,对应地,湿地模型也可以看作一个层次结构。不同湿地类型需要不同的湿地模型描述;不同层次结构需要采用不同的处理方法。在这里,湿地综合分类可以帮助进行不同的动力特征的识别,并选择相应的数学模型。以水文模型为例,表 1 中给出了综合分类法中分类因子的模型描述方法。
2.2 湿地水文模型
湿地水文模型具有广泛的涵义,以下讨论限于水文、水动力学、泥沙模型,其中包括潮流湿地模型。下面详细介绍表 1 中给出的湿地中常见水文过程的方程描述。并具体给出了作者建立的深圳湾潮流湿地模型。
表 1 综合分类因子的模型描述
Table 1 Modelling des criptions of classification indexes for wetlands
湿地族 | 河流湿地 | 湖泊凹地貌湿地 | 海岸带湿地 | |
---|---|---|---|---|
分类因子 | 水文 | 湿流过程 | 降雨 | 潮汐、波浪 |
水动力 | 渗透性底质微地貌 | 地下水 | 沿崖流 | |
海平面变化 | ||||
泥沙 | 淤泥底质 | 降雨 | 潮、波浪 | |
砂砾质 | 地下水 | 沿岸流、来沙特征 | ||
中等粒度底质 | 床面泥沙 | 海平面变化 | ||
模型相 | 水文 | 洪水演进过程 | 产流过程 | 潮波调和边界 |
关描述 | 水动力 | 坡面渗流过程 | 入渗过程 | 波浪数值模型 |
边界模拟 | 余流方程 | |||
全球变化模拟 | ||||
泥沙 | 悬移质输移 | 床面变形 | 径流和潮流双向输沙过程 | |
推移质输移 | 波浪作用下泥沙运动过程 | |||
全沙输移床面变形 | 床面变化过程 | |||
全球变化模拟 | ||||
基本方程 | 水文 | S-V、SSWE 方程 | 水文学方程 | N-S 方程 |
水动力 | 水文学方程 | 密度流方程 | SSWE 方程 | |
S-V、SSWE 方程 | N、S 方程 | |||
泥沙 | 水文学方程 | 水文学方程 | SSWE 方程 | |
泥沙运动和床面冲淤方程 | 密度流方程 | 泥沙运动方程 |
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