系统动力学水产养殖.doc

基于系统动力学的水产养殖水质富营养化的研究
欧阳可乐 09094226
摘要：本文通过运用系统动力学的基模分析的方法，对水产养殖产生的水质富营养化问题进行了分析。发现饲料的投放量、鱼的数量、氮氨含量、换水次数对水质富营养化有着不同层次的影响。本文将提出相应的对策，降低水质富营养化。
关键字：系统动力学、水产养殖、水质富营养化
1 引言
中国水产养殖历史悠久，技术先进，对世界渔业发展和人民生活水平提高作出了贡献。水产养殖自身污染严重，养殖所产生的废物主要有鱼类未食用的饵料、排放粪便及其他排泄物。而在这些食物中最终将对环境产生影响的主要是其所含的营养物质——氮、磷和有机物。由于养殖过程中饵料投喂方式不当、投喂过量、饵料投喂后被冲走和溶解以及鱼类本身的摄食习惯等原因，养殖无论投喂何种饵料，总存在一部分不能为养殖鱼类所食用的饵料，其比例多少与养殖方式、养殖种类、饵料类型及养殖管理方式有关。被鱼体摄取的饵料中未被消化的部分将作为粪便被排出，消化部分通过鱼体吸收和代谢，所吸收的营养物质中有一部分作为氨和尿素被排出体外。从而使得水中氮氨含量变大，促使水质富营养化。
2建立流率基本入树模型
2.1建立流位流率系
（1） 流位：水中氮氨含量L1（t)，流率：水中氮氨含量变化量R1（t)。
（2） 流位：水中氧气含量L2（t)，流率：水中氧气含量变化量R2（t)。
（3） 流位：饲料量L3（t)，流率：饲料量变化量R3（t)。
（4） 流位：鱼的密度L4（t)，流率：鱼的密度变化量R4（t)。
（5） 流位：换水次数L5（t)，流率：换水次数变化量R5（t)。
则可得到主导结构流位流率系为：{（L1，R1），（L2，R2），（L3，R3），（L4，R4）（L5，R5)}
2.2确定流位控制流率的定性分析二部分图

图2－1 5个流位控制5个流率的定性分析二部图
(1) 由于鱼的密度L4(t)的增加，使得饲料L3（t)也增加，而饲料L3（t)的增加会使得水中氮氨的含量增加，由于换水L5（t)增加，会是鱼塘的水变得更好，所以流位L3（t）、L4（t）、L5（t）控制水中氮氨含量变化量R1(t)流率的变化。
(2) 由于氮氨含量L1（t）多，使得水中藻类增多。由于鱼的密度L4（t）变大，需要的氧气也会增多。由于换水L5（t)增加，使得水中的氧气也会增加。所以L1（t）、L4（t）、L5（t）控制水中氧气变化量R2（t)流率的变化。
(3) 由于鱼的密度L4(t)的变大，使得饲料L3(t)增加。因此流位L4(t)控制饲料变化量R3（t)流率的变化。
(4) 由于水中氮氨含量L1(t)增加，使得水质变差，容易使鱼死亡。由于氧气含量L2(t)减少，使的鱼的数量也会减少。所以流位L1(t)、L2(t)控制鱼的数量变化量R4(t)流率的变化。
(5) 由于水中氮氨含量L1(t)增加，使得水质变差，容易使鱼死亡，需要换水。由于氧气含量L2(t)减少，需要换水增加水中氧气含量。所以位L1(t)、L2(t)控制换水次数变化量R5(t)流率的变化。
2.3逐一建立各入树
在上述制约关系中，5个流率变量通过辅助变量受5个流位变量制约，通过系统的进一步分析，设计多个辅助变量，建立下述5棵流率基本入树。

图2—2 水中氮氨流率基本入树T1（t) 图2—3 水中氧气流率基本入树T2（t)

图2—4 饲料流率基本入树T3（t)

图2—5 鱼量流率基本入树T4（t) 图2—6 鱼量流率基本入树T5（t)
3基模分析及管理对策
根据上面的流率基本入树，可知本研究中不存在一阶极小基模，则考虑二阶极小基模。
3.1从T1的树尾出发确定产生二极小基模的入树组合
因为T1尾中只含有L3，L4，L5这三个流位，而只T4和T5的尾中含有L1流位。所以可用T1分别与T4和T5作嵌运算，可生二阶极小基模。可令G14为T1与T4作嵌运算生成的二阶极小基模；G15为T1与T5作嵌运算生成的二阶极小基模。G14与G15的流图结构如下：

图3—1 G14水中氮氨含量受鱼的密度制约的二阶极小基模
3.1.1基模分析及管理对策

二阶极小基模G14说明鱼的密度变大，会使得死鱼的数量增加，从而导致水中氮氨含量变大，促使水质富营养化的发生，这是正反馈。所以我们应该控制鱼的密度。

图3—2 G15水中氮氨含量受换水次数制约的二阶极小基模
3.1.2基模分析及管理对策
二阶极小基模G15说明换水的次数增加会使水质富营养化降低，是负反馈。所以我们要勤换鱼塘水。
3.2从T2的树尾出发确定产生二阶极小基模的入树组合
由于T2尾中只有流位L1、L4和L5，而T4和T5尾中都含有流位L2。所以，可用树T2分别与树T4、T5作嵌运算，可生成二阶极小基模。其中，G24是树T2与树T4作嵌运算生成的二阶极小基模；G25是树T2与树T5作嵌运算生成的二阶极小基模。G24和G25的流图结构如下：

图3—3 G24水中氧气含量受鱼的密度制约的二阶极小基模
3.2.1基模分析及管理对策
二阶极小基模G24说明鱼的密度变大后，使得水中的氧气含量减少，是个负反馈，所以我们可以降低鱼的密度，来增加水中氧气含量。

图3—4 G25水中氧气含量受换水次数制约的二阶极小基模
3.2.2基模分析及管理对策
二阶极小基模G25说明换水的次数的增加可以增加水中氧气的含量，所以我们可以增加换水次数来增加水中氧气含量。
4结束语
通过本文的研究可知，要降低水质富营养化，我们可以降低鱼塘鱼的密度，增加鱼塘换水的次数，也可以减少水中饲料的剩余量来达到该目的。我们通过降低水质富营养，可以为鱼塘达到增产增收的目的，从而增加渔农的收入。
参考文献
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