红树林湿地生态系统预警模型.pdf

Shanghai University of Engineering Science 第七届研究生数学建模竞赛 题目： C 题 编号： 092 2015 年 5 月 27 日 福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架的构建 及应用实例研究 摘要 与国内外其他大规模湿地生态系统相比，福田红树林自然保护区因其面积小，湿地生态 系统的生态健康更加脆弱，迫切需要构建湿地动态监测、生态健康评估及预警系统来支撑其 保护、管理工作。 首先，针对动态监测问题，建立湿地动态监测模型，收集各项监测数据，建立完善的监 测数据库，为后续评价模型与预警模型提供数据支撑。针对生态系统健康性问题，建立AHP- 模糊综合评价模型对湿地健康性进行评价，评价的结果为“红树林面积”与“水质质量”这 两项评价指标的评价结果为“良好”属于E2 级，其它5 个指标的评价结果都均为“一般”， 属于E3 级，总体的综合评判分值为 2.265，说明福田红树林湿地生态系统目前属良好，属 于E2 级。其次，针对生态系统预警问题，建立灰色预测模型和BP 神经网络预测模型进行 预警研究。再次，针对城发展对湿地生态危害的问题，本文选取3个一级指标（红树林面积、 水质质量、空气质量），8 个二级指标（PH 、盐度、重金属含量、SO2、NO2 、CO、PM2.5 及红树林面积）为研究对象，并得出如下结论：福田红树林湿地生态系统目前总体的健康状 况良好，但湿地的各项监测指标都有恶性发展的趋势。最后，对模型进行检验，事实说明该 模型框架具有较好的鲁棒性与稳定性；根据上述研究结果，对福田红树林自然保护区湿地生 态系统的保护和管理提出几点意见。 关键词：红树林生态系统；动态监测；AHP-模糊综合评价；灰色预测；BP 神经网络 - 1 - 1. 问题重述 1.1 研究背景 与国内外其他大规模湿地生态系统相比，福田红树林自然保护区因其面积 小，湿地生态系统的生态健康更加脆弱，迫切需要构建湿地动态监测、生态健康 评估及预警系统来支撑其保护、管理工作。但目前的生态健康评价主要采用基于 抽样监测数据和专家经验的静态方法，仅仅围绕主要生物因子开展调查而没有覆 盖到噪声、大气等环境因子，而且监测点信息的时间、空间离散度较大（时间间 隔较长、测点密度过于稀疏），致使难以完全满足福田红树林自然保护区科学管 理的实际需要。因此，保护区准备用三至五年的时间完成保护管理数字化支撑平 台建设，其中构建新型的生态系统动态监测和健康评估及预警科学管理支撑体系 是重要工作内容。 1.2 问题分析 鉴于上述研究背景，本文着力查询相关资料，为福田红树林湿地构建一体化 生态系统模型框架，为生态系统动态监测提供大数据管理支撑平台，为生态系统 健康评估及预警提供动态模拟分析支撑平台。例如，模型框架可由若干生态场景 模型组成，生态场景模型以量化方式描述红树林湿地中各种生物、生境的空间结 构和生态功能；模型框架应能通过刻画生态场景模型之间的关系实现对湿地生态 系统能量流动、物质循环等物种依存竞争关系的动态描述；依托具体的生态场景 模型可建设具体的保护、管理业务场景信息系统；全体保护、管理业务场景信息 系统基于一体化生态系统模型框架，可以形成完整的生态系统动态监测和健康评 估及预警科学管理支撑体系。 本研究的主要目的是构建适合模型框架完成下述工作： ⑴、如果福田红树林自然保护区采用你们设计的模型框架来构建湿地动态监 测和健康评估预警系统，你们如何根据模型框架的数据构成要求设计保护区未来 的生态环境监测方案？你们对自己模型框架的后续完善工作有何建议？ ⑵、阅相关资料、收集数据，选取一个你们认为当下福田红树林最迫切需要 解决的生态系统问题，基于你们构建的模型框架从健康预警的角度出发对其生态 发展趋势进行预测分析，并给出具体的保护、管理建议。 针对上述问题，我们给出如下的解决思路： 生态模型量化指标 一体化生态系统模型