Введение. Статья посвящена исследованию эффективных численных методов решения задачи эвтрофикации вод мелководного водоема с учетом множества факторов, таких, как движение водного потока, пространственно-неравномерное распределение температуры и солености, микротурбулентная диффузия, гравитационное оседание, а также распространение загрязняющих биогенных веществ, кислорода, фито- и зоопланктона и др. Объектом моделирования выступают мелководные водоемы – Азовское море и Таганрогский залив.Материалы и методы. Разработана математическая модель эвтрофикации мелководных водоемов. Параллельная реализация выполнена на основе методов декомпозиции сеточных областей для вычислительно трудоемких задач диффузии-конвекции, учитывающих архитектуру и параметры супер-ЭВМ. Было установлено, что максимальное ускорение достигалось на 128 вычислительных узлах и составило 43 раза. При реализации параллельного алгоритма решения задачи на МВС для распределения данных между процессорами были разработаны два алгоритма, в том числе алгоритм на основе метода k-means, применение которого позволило повысить эффективность алгоритма решения поставленной задачи на 15% по сравнению с алгоритмом, основанном на стандартном разбиении расчетной области.Результаты исследования. Разработаны новые математические модели и программное обеспечение для математического моделирования процессов эвтрофикации мелководных водоемов. Рассчитанные при различных ветровых ситуациях концентрации загрязняющих веществ и планктона принимались к рассмотрению, если относительная погрешность не превышала 30%.С помощью экспедиционных исследований проведена первичная верификация модели экосистемы Азовского моря. Реализована задача моделирования и прогноза состояния водной экосистемы Азовского моря в условиях антропогенного воздействия и всестороннего изучения уникального водного объекта, который в силу мелководности в большей степени подвержен антропогенному влиянию.Создан программный комплекс, объединяющий разработанные математические модели и базы данных, с помощью которого изучены условия, при которых мелководные водоемы подвергаются эвтрофитрованию.Обсуждение и заключения. Решение поставленной задачи водной экологии позволит прогнозировать возможные сценарии изменения качества вод мелководных водоемов, а также изучать механизмы формирования в них зон с пониженным содержанием кислорода.