大连湾局部海域石油污染对海洋生态影响的研究

2010年7月，大连新港一艘利比里亚籍油轮在卸油附加添加剂时引起了陆地输油管线爆炸，事故引发大火和原油入海，致使大连湾局部海域受到严重污染，专家预测这次事故给大连污染海域造成的生态危害"可能持续十年左右"。该项目通过对油污海域的海洋生态资源信息进行采集、处理、建立模型、并对模型进行数量化分析、研究，进而对大连湾海洋生态环境保护、资源保护、开发与利用，以及污染环境下海洋生物的生存与繁殖研究提供理论支持和可操作性的理论依据，并为大连湾海洋经济可持续发展决策提出可供参考的方案。该项目的研究具有很强的地域性和现实意义。同时借助于数学模型的手段来对一些没有发生的现象进行预测，对不稳定的复杂的生态系统进行控制，使得该项目的研究具有一定的必要性和迫切性。克服现有文献研究的理想化以及缺乏现实可操作性的局限，从而有望在理论分析和研究方法上取得突破与创新。

为了剖析和消除大连湾局部海域石油污染对海洋生态造成的影响，本项课题以生化反应动力学和种群动力学为工具，对噬油类海洋微生物培养过程以及污染环境下海洋生态动力学模型展开了深入的研究，主要研究内容包括: 1) 建立了基于状态反馈控制的海洋微生物恒化培养模型以及产物驱动自循环培养过程动力学模型, 利用半连续动力系统理论和最优化理论对模型的动力学性态以及培养过程参数进行了分析和优化处理; 2) 鉴于噬油类海洋微生物培养过程中存在的不确定因素以及随机扰动问题, 通过采用有限时间和反步方法, 并引入模糊逻辑推理系统, 设计有效的控制策略来抑制系统所产生的混沌现象, 有效消除颤振和不规律运动所带来的影响; 3) 以海洋生物单种群生物量、生物体内污染物浓度以及环境中污染物浓度为状态变量建立污染环境下海洋生物单种群动力学模型, 在污染物输入率有界的情况下给出了由模型参数刻画的生物种群一致生存和灭绝的充分条件; 建立了基于化学药剂和生物控制策略下的海洋生物捕食-食饵模型, 利用半连续动力系统理论对模型的动力学行为以及未来发展趋势进行了分析和预测。