МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЯНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В МЕЛКОВОДНОМ ВОДОЕМЕ

Статья посвящена исследованию процессов микробиологической деструкции загрязняющих веществ нефтяного происхождения в мелководном водоеме с учетом ряда определящих факторов, влияющих на картину распределения загрязнения в акватории исследуемого водного объекта: фракционного состава нефти, процессов испарения, растворения, биологического окисления нефтеуглеводородов микроорганизмами, а также гидродинамических и химико-биологических особенностей водоема. Предложен комплекс взаимосвязанных пространственно-неоднородных математических моделей, позволяющих изучать динамику процессов микробиологической деструкции нефтяных углеводородов в мелководном водоеме. При дискретизации моделей были разработаны схемы с весами, учитывающие частичную заполненность расчетных ячеек моделируемой области, что позволило существенно повысить точность расчетов и сократить время вычислений. На базе многопроцессорной вычислительной системы разработано экспериментальное программное обеспечение, предназначенное для прогнозного моделирования экологической обстановки мелководного водоема в случае аварийного загрязнения нефтью и другими вредными веществами при природных и техногенных вызовах.

1. Rosenberg, G.S., Zinchenko, T.D. Stability of hydroecosystems: a review of the problem // Arid ecosystems. – 2014. – № 4 (61). – P. 11–23 (In Russian).

2. Fay, J.A. Physical processes in the spread of oil on a water surface // Proc. of the Joint conf. prevention and control oil spills. – Washington: Amer. Petrol. Inst. – 1971. – P. 463–467.

3. Keyyong, Hong. A real-time simulation of the trajectory and fate of spilled oil at sea / Keyyong Hong, Sun-Young Kim // Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering. – International oil spill conference. – 1997. – P. 573–577.

4. Carracedo, P., Torres-Lopez, S., Barreiro, M., Montero, P., Balseiro, C.F., Penabad, E., Leitao, P.C., Perez-Munuzuri, V. Improvement of pollutant drift forecast system applied to the Prestige oil spills in Galicia Coast (NW of Spain): Development of an operational system // Marine Pollution Bull. – 2006. – Vol. 53. – P. 350–360.

5. Sukhinov, A.I., Chistyakov, A.E., Nikitina, A.V., Belova, Y.V., Sumbaev, V.V., Semenyakina, A.A. Supercomputer Modeling of Hydrochemical Condition of Shallow Waters in Summer Taking into Account the Influence of the Environment // Communications in Computer and Information Science. – 2018. – P. 336–351. – DOI: 10.1007/978-3- 319-99673-8.

6. Xie, H., Yapa, P.D., Nakata, K. Modeling emulsification after an oil spill in the sea // J. of Marine Systems. – 2007. – Vol. 68. – P. 489–506.

7. Lapin D. V., Cherchago A. A., Chistyakov A. E. Joint expedition researches of hydrophysical parameters of the Azov Sea on the multipurpose yacht "Burevestnik" and NIS t/x "Platov" // Izvestiya SFedu. Technical sciences. – 2009. – № 8(97). – P. 82-89 (On Russian).

8. Sukhinov, A.I., Nikitina, A.V., Chistyakov, A.E., Sumbaev, V.V., Abramov, M., Semenyakina, A.A. Predictive modeling of suffocation in shallow waters on a multiprocessor computer system // Lecture Notes in Computer Science. 2017. – P. 172–180. – DOI: 10.1007/978-3-319-62932-2_16.

9. Matishov, G.G., Ilyichev, V.G. On optimal exploitation of water resources. The concept of internal prices // Reports of the Academy of Sciences. – 2006. – Vol. 406, № 2. – P. 249–251 (In Russian).

10. Reed, M., Johansen, O., Brandvik, P.J., Daling, P., Lewis, A., Fiocco, R., Mackay, D., Prentki, R. Oil spill modeling towards the close of the 20th century: overview of the state of the art // Spill Science and Technology Bulletin. – 1999. – Vol. 5, № 1. – P. 3–16.

11. Dembitsky S.I., Urtenov M.Kh., Sharpan M.V. Mathematical modeling and analysis of biological destruction of oil at different methods of applying biological products // Ecological systems and devices. – 2007. – №11 (In Russian).

12. Nakhushev, A.M. Uravneniia matematicheskoi biologii [Equations of Mathematical Biology]. – Moscow, Vysshaia shkola. – 1995. – 301 pp. (In Russian).

13. Chetverushkin, B.N. Resolution limits of continuous media models and their mathematical formulations // Math. Models Comput. Simul. –2013. – Vol. 5, №3. – P. 266–279.

14. Sukhinov, A.I., Chistyakov, A.E., Isayev, A. Nikitina, A.V., Sumbaev, V.V., Semenyakina, A.A.: Complex of Models, High-Resolution Schemes and Programs for the Predictive Modeling of Suffocation in Shallow Waters // Communications in Computer and Information Science. – 2017 – Vol. 753. – P. 169–185 – DOI: 10.1007/978-3-319-67035-5_13.

15. Sukhinov, A.I., Chistyakov, A.E. Adaptive modified alternating triangular iterative method for solving grid equations with a non-self-adjoint operator // Mathematical Models and Computer Simulations. – 2012. – Vol. 4, № 4. – P. 398–409.

16. Sukhinov, A.I., Chistyakov, A.E., Ugol’nitskii, G.A., Usov, A.B., Nikitina, A.V., Puchkin, M.V., Semenov, I.S. Game-theoretic regulations for control mechanisms of sustainable development for shallow water ecosystems // Automation and Remote Control. – 2017. – Vol. 78, № 6. – P. 1059–1071. – DOI: 10.1134/S0005117917060078

17. Sukhinov, A.I. Mathematical model for calculating coastal wave processes / A.I. Sukhinov, A.E. Chistyakov, E.F. Timofeeva, A.V. Shishenya // Mathematical Models and Computer Simulations. – 2013. – Vol. 5, № 2. – P. 122–129.

18. Belotserkovskii, O.M., Gushchin, V.A., Shchennikov, V.V.: Decomposition method applied to the solution of problems of viscous incompressible fluid dynamics // Comput. Math. Math. Phys. – 1975. – № 15. – P. 197–207 (1975).

19. Voevodin, V.V., Voevodin, Vl.B. Parallel computingю – SPB.: BHV-Petersburg. – 2002. – 608 p. (In Russian).

20. Semenyakina, A., Protsenko, S. Complex of parallel programs for modeling oil products transport in coastal systems // MATEC Web of Conferences. – 2017. – P. 04016.

21. Nikitina, A.V., Semenyakina, A.A., Chistyakov, A.E. Parallel implementation of the diffusionconvection problem based on high-order accuracy schemes // Bulletin of Computer and Information Technologies. – 2016. – № 7 (145). – P. 3-8 (In Russian).

22. Sukhinov, A.I., Chistyakov, A.E., Nikitina, A.V., Lyashchenko, T.V., Filina, A.A., Litvinov, V.N. The use of supercomputer technologies for predictive modeling of pollutant transport in boundary layers of the atmosphere and water bodies // Communications in Computer and Information Science. 2019. – Vol. 1063. – P. 225–241.

23. GIS-Association. URL: http://www.gisa.ru/assoc.html

24. Delvigne, G.A.L., Swinney, C.E. Natural dispersion of oil // Oil and Chemical Pollution. – 1988. – Vol. 17. – P. 281–310.