Моделирование процесса распространения загрязнения водной экосистемы фосфатами

Введение. Загрязнение мелководных водоемов является очень серьезной проблемой. Для защиты и восстановления таких уязвимых экосистем крайне важно изучить механизмы распространения в них загрязнений, разработать стратегии по развитию устойчивого и экологически чистого использования природных ресурсов, минимизации негативного влияния на окружающую среду. Частью этой работы является построение математической модели распространения загрязнений (в частности, фосфатов) в мелких водоемах. Целью работы является построение сценариев изменения концентрации фосфатов при различных параметрах модели.

Материалы и методы. С помощью модифицированного попеременно-треугольного итерационного метода решения сеточных уравнений (МПТМ) создается математическая модель транспорта фосфатов в мелководном водоеме.

Результаты исследования. Разработанная математическая модель численно реализована в виде программного модуля. Эта модель представляет собой важный инструмент для оценки и прогнозирования воздействия различных источников загрязнения на качество вод экосистем, таких как море, озеро и водохранилище.

Обсуждение и заключение. Полученная модель может быть использована для анализа различных сценариев загрязнения, например, для определения оптимальных стратегий управления отходами и предотвращения загрязнения водных ресурсов. Кроме того, разработанный авторами программный модуль позволяет моделировать процесс изменения концентрации фосфатов и может быть полезен для проведения научных и инженерных исследований в области водной экологии и разработки эффективных методов адаптации гидробиоценоза к изменениям водной экосистемы.

1. Матишов Г.Г., Ковалёва Г.В. «Цветение» воды в водоёмах Юга России и сбои в водоснабжении (на примере г. Волгодонска). Вестник ЮНЦ РАН. 2010;6(1):71–79.

2. Лукьяненков В.И. Экологические аспекты ихтиотоксикологии. Москва: Агропромиздат; 1987. 240 с.

3. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Лященко Т.В. и др. Предсказательное моделирование заморных явлений в мелководных водоемах. Вестник компьютерных и информационных технологий. 2017;1(151):3–9.

4. Litvinov V.N., Rudenko N.B., Filina A.A., et al. Mathematical modeling of the pollutant distribution process in the Gelendzhik Bay. Journal of Physics: Conference Series. 2021:032049. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/2131/3/032049

5. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. Москва: Наука;1982. 320 с.

6. Проценко Е.А., Панасенко Н.Д., Стражко А.В. Моделирование пространственно-трехмерных волновых процессов в мелководных водоемах с учетом особенностей вертикального турбулентного обмена. Computational Mathematics and Information Technologies. 2023;7(1):34–40. https://doi.org/10.23947/2587-8999-2023-6-1-34-40

7. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Проценко Е.А. и др. Повышение гладкости численного решения моделирования задач гидродинамики на прямоугольных сетках. Computational Mathematics and Information Technologies. 2019;3(1):1–16.

8. Сухинов А.И., Чистяков А.Е., Сидорякина В.В. и др. Экономичные явно-неявные схемы решения многомерных задач диффузии-конвекции. Вычислительная механика сплошных сред. 2019;12(4):435–445. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.4.37