基于系统动力学模型的区域生态安全仿真与调控

发布时间：2020-08-07 23:06

【摘要】：生态环境是人类生存的载体和基础,然而随着社会的不断发展与进步、人口的快速增长以及人类生产活动的加剧,生态环境不断受到人类活动的干扰和损害,生态环境问题日益突出,环境恶化日趋严重,生态环境问题已经上升成为关系到人类生存发展还是灭亡的安全问题,也引起了各类学术界的广泛关注。不同研究领域对生态安全的定义和研究侧重点有所不同,目前从复杂系统科学的角度,利用计算机建模和仿真的方法,对生态安全进行系统研究的还比较少。本文通过对生态安全的系统分析,将系统动力学应用到生态安全系统研究中,以祁连山生态功能区为实例对象,建立了区域生态安全系统动力学模型,并对该地区生态安全现状以及发展趋势进行了模型仿真与政策调控,在此基础上提出了该区域生态安全管理的对策和建议,为该区域生态安全管理工作提供科学的依据和方法。本论文的主要研究内容和工作包括以下几个方面:(1)在对现有不同视角生态安全研究现状分析的基础上,从人类活动与自然生态环境系统之间关系的角度,提出了基于复杂系统视角的生态安全研究思路,定义了区域生态安全的概念,结合计算机仿真工具和方法,给出了该研究视角下的区域生态安全系统研究方法体系框架;(2)为了能够将区域生态复杂系统更好的采用计算机仿真技术进行建模和定量化研究,本文给出基于SD(System Dynamics)模型的建模方法,以祁连山生态功能区为例,建立了区域生态安全系统动力学模型,给出了系统因果关系图、模型总体结构、SD流图、主要方程,并提出了一种基于遗传算法的SD模型参数改进算法,最后对模型进行了有效性检验;(3)利用建立的祁连山生态功能区生态安全SD模型,设计了3种系统调控模式和情境分析策略,通过对敏感变量的系统输入参数调控,运行仿真模型,并结合区域生态安全可拓综合评价模型和方法,对不同策略下的历史5年和未来5年的区域生态安全进行评价计算和预测,进行系统安全调控和情境分析,按照系统模型情况,给出该区域生态安全系统稳定运行管理策略和该区域生态安全管理的对策和建议。
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：N941.3;TP18
【图文】：

然科学和社会科学等方面研究成果，是一门横向学科。系统动力学结合复杂系统理论中对系统的定义，总结定义复杂系统为高阶次、多回路、非线性反馈结构。系统由多个单一要素、要素之间的运动和信息传递组成。各个单一要素是指系统存在的现实基础，而信息传递在系统中扮演着关键角色。依赖信息，系统的要素之间才能形成联系，进而组成结构。要素的运动才能形成系统的行为和功能。基于此，系统动力学将所有系统的运动假想为信息流体的运动，使用因果关系图和系统流图来表示系统的结构。（1）因果关系图在对系统进行足够深入分析后，可以利用系统动力学建立系统的因果关系图。因果关系图是对于反馈最好的直观体现。它将要素与要素间的关系通过反馈环来表示（又称反馈回路）。在这些反馈环中存在两种相关关系：正相关与负相关。正相关表示结果变量增减与因变量增减相同，负相关表示结果变量增减与因变量增减相反。如下图 1-1 所示：

图 1-2 正负反馈回路图（2）系统流图流位变量、流率变量和信息共同组成的系统流图是系统动力学建模的基础。不同于因果关系图的是，流位变量和流率变量在系统流图中做了区分。在系统流图中，各个变量之间的反馈关系由公式来描述，如图 1-3 所示。其中人口是状态变量也称流位；出生人口和死亡人口是流率变量也称速度变量；出生率和死亡率是辅助变量。状态变量的使用原则是在运行之前就必须给出其初始值。由于系统动力学基本都应用于复杂系统问题的研究，而在复杂系统中，方程的阶数和数量都是较大的，所以，利用计算机仿真工具建立模型运行可以代替传统方法有效求解方程。

图 1-2 正负反馈回路图（2）系统流图流位变量、流率变量和信息共同组成的系统流图是系统动力学建模的不同于因果关系图的是，流位变量和流率变量在系统流图中做了区分图中，各个变量之间的反馈关系由公式来描述，如图 1-3 所示。其中人变量也称流位；出生人口和死亡人口是流率变量也称速度变量；出生率是辅助变量。状态变量的使用原则是在运行之前就必须给出其初始值动力学基本都应用于复杂系统问题的研究，而在复杂系统中，方程的阶都是较大的，所以，利用计算机仿真工具建立模型运行可以代替传统方解方程。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵军,胡秀芳;区域生态安全与构筑我国21世纪国家安全体系的策略[J];干旱区资源与环境;2004年02期

2 左伟,王桥,王文杰,吴秀芹,杨一鹏,杨丽静,朱晓华;区域生态安全综合评价模型分析[J];地理科学;2005年02期

3 张百平;姚永慧;朱运海;许娟;;区域生态安全研究的科学基础与初步框架[J];地理科学进展;2005年06期

4 张艳芳;任志远;;区域生态安全定量评价与阈值确定的方法探讨[J];干旱区资源与环境;2006年02期

5 高长波;陈新庚;韦朝海;彭晓春;;广东省生态安全状态及趋势定量评价[J];生态学报;2006年07期

6 王耕;王利;吴伟;;区域生态安全概念及评价体系的再认识[J];生态学报;2007年04期

7 党碧玲;任志远;王菊翠;;区域生态安全的模糊多层次评价[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2009年03期

8 张强;薛惠锋;张明军;刘雪艳;;基于可拓分析的区域生态安全预警模型及应用——以陕西省为例[J];生态学报;2010年16期

9 任志远;刘焱序;;基于价值量的区域生态安全评价方法探索——以陕北能源区为例[J];地理研究;2013年10期

10 李静宇;;采煤塌陷对区域生态安全的影响分析研究[J];科技信息(学术研究);2006年08期

相关会议论文 前4条

1 任建兰;周鹏;;区域生态安全研究体系及评价模型[A];山东生态省建设研究（2004）[C];2004年

2 伊坤朋;张继权;路兴昌;佟志军;;基于行政区和网格尺度的区域生态安全对比评价研究[A];“中国视角的风险分析和危机反应”——中国灾害防御协会风险分析专业委员会第四届年会论文集[C];2010年

3 马三保;;西部生态项目区可持续发展研究[A];第二届水土保持生态环境研讨会暨第六届海峡两岸水土保持学术研讨会论文集[C];2001年

4 门可佩;朱鸿婷;;我国区域生态安全的评价研究[A];江苏省现场统计研究会第11次学术年会论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前1条

1 王景龙;生态红线可应用于管理领域[N];中国环境报;2014年

相关博士学位论文 前1条

1 张艳芳;景观尺度上的区域生态安全研究[D];陕西师范大学;2005年

相关硕士学位论文 前5条

1 张璐;区域生态安全评价方法研究[D];华中科技大学;2006年

2 张磊;基于系统动力学模型的区域生态安全仿真与调控[D];西北师范大学;2015年

3 黄睿;土地利用变化与区域生态安全研究[D];华中师范大学;2007年

4 曹薇;论区域生态安全制度体系的构建[D];西北农林科技大学;2010年

5 聂磊;区域生态安全的BP神经网络评价方法及其应用研究——以巢湖流域为例[D];合肥工业大学;2004年

本文编号：2784647