РОЗДІЛ 2
Методи досліджень
2.1. Моделювання міграції радіонуклідів у агроценозах [4, 7, 30, 70, 66, 92]
В екологічних дослідженнях широке розповсюдження отримав системний підхід. Його можна сформулювати як підхід, що побудований на використанні сукупності наукових напрямків, які об'єднані загальною методологією дослідження будь-якого явища (об'єкта) на основі визнання його доцільності та необхідності враховувати при його вивченні всю складність зв'язків між елементами системи, що описує дане явище (об'єкт). Така позиція є найбільш доцільна в радіоекологічних дослідженнях, оскільки при цьому вимагається об'єднання зусиль біологів, хіміків, фізиків та математиків.
На основі загальних екологічних концепцій системне дослідження міграції радіонуклідів в агроценозах можна розділити на ряд етапів, які виконуються послідовно або паралельно: постановка задачі; визначення структури об'єкта, що моделюється; ідентифікація моделі; реалізація моделі; перевірка моделі; використання моделі; дослідження моделі; використання моделі для розв'язання задач; оцінка можливості застосування моделі для інших потреб.
Математичне моделювання при системному підході є основним засобом організації досліджень, дозволяє виділити істотні сторони явища, що досліджується, та виразити отриманий наближений опис у вигляді системи математичних виразів (моделі), що імітують до певної міри точність поведінки реальної системи [3, 5, 92].
Важливою особливістю системного підходу є його інтерактивність. Так, при перевірці чи дослідженні моделі встановлюється її відповідність явищу, що спостерігається, після чого у разі невідповідності робиться вдосконалення її теоретичного опису. Розвиток математичного опису явища в свою чергу вимагає посилення та поглиблення експериментальних досліджень, що дозволяє організувати комплексне дослідження за принципом динамічної взаємодії моделі та експерименту.
В залежності від форми реалізації математичні моделі міграції радіонуклідів в агроценозах можна поділити на імітаційні та аналітичні. Під імітаційними моделями звичайно розуміють "формалізований опис в електронно-обчислювальній машині явища, що вивчають, по всій його глибині на межі нашого розуміння" [30, 70]. Їх широке застосування дозволило вирішити ряд комплексних проблем, у тому числі й радіологічного характеру.
У випадку, коли модель можна побудувати у відповідності з аналітичним виразом, який дозволяє для будь-яких перемінних та початкових умов визначити шукану величину в будь-який момент часу, її називають аналітичною. Такі моделі звичайно мають невелику розмірність та призначені для опису процесів при будь-яких фіксованих координатах. На них часто проводять уточнення необхідних для опису міграції параметрів та оцінку їх величин. Значення аналітичних моделей визначається також і тим, що вони дають достатньо прості формули для наближених практичних розрахунків і часто є методичною основою для створення більшості імітаційних моделей.
В залежності від ступеня визначеності отриманих результатів як імітаційні, так і аналітичні моделі поділяються на детерміновані та стохастичні. При цьому, якщо в детермінованих моделях значення перемінних визначаються точно, то стохастичні моделі оперують з розподілами параметрів. В цьому випадку вони розглядаються як випадкові величини та характеризуються імовірнісними показниками, такими як математичні очікування, дисперсія та ін. Точкові та просторово розподілені моделі розрізняються за розмірністю просторового опису а також процесам, які в них враховуються.
Окрім поділу моделей у відповідності з критеріями, їх можна класифікувати на статистичні та динамічні в залежності від того, чи описують вони тимчасову динаміку процесів, чи ні.
Важливу групу аналітичних моделей складають статистичні моделі, в яких залежність величин, що прогнозуються, від внутрішніх або зовнішніх перемінних визначається за допомогою методів математичної статистики (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Класифікація моделей міграції радіонуклідів в агроценозах.
Поряд з класифікацією, яка ґрунтується на загальних ознаках, моделі міграції радіонуклідів за специфікою обсягу процесів, що розглядаються, можна розділити на групи:
- моделі міграції радіонуклідів у ґрунтах;
- моделі аерального забруднення посівів сільськогосподарських культур;
- моделі міграції радіонуклідів в системі ґрунт-рослина;
- моделі переносу радіонуклідів трофічними ланцюгами;
- моделі транспорту радіонукліда в агросфері;
- моделі транспорту радіонуклідів в організмі сільськогосподарських тварин.
Перші чотири групи включають у себе моделі міграції радіонуклідів в основних компонентах агроценозів (ґрунти, сільськогосподарські рослини), включаючи моделі метаболізму радіонуклідів в організмі тварин. Як правило, ці моделі відносяться до точкових, детермінованих, динамічних моделей. П'яту групу складають точкові статистичні та динамічні моделі. До шостої групи входять моделі, де розглядається міграція радіонуклідів внаслідок сильного забруднення сільськогосподарських угідь.
2.2. Моделювання вертикальної міграції радіонуклідів у ґрунтовому профілі [60]
У моделях вертикальної міграції радіонуклідів звичайно враховується два механізми, що визначають швидкість протікання цього процесу - конвективний та квазідифузійний. Ґрунт у цьому випадку розглядається як середовище, що складається з трьох фаз: твердої (ґрунт та ґрунтові частинки), рідкої (ґрунтова волога) та газоподібної (ґрунтове повітря). Проте все різноманіття процесів, від яких залежить переміщення радіонуклідів у ґрунтовому профілі, описується узагальненими параметрами, що стосується всіх фаз одночасно. У нашій роботі ми не використовували цей клас моделей, тому ми не розглядаємо їх детально.
2.3. Моделі міграції радіонуклідів у системі ґрунт-рослина [4, 7, 30, 70, 92]
Для моделювання міграції в системі ґрунт-рослина характерним є використання методів технічної кібернетики, які лежать в основі побудови та аналізу компартментних (камерних) моделей. З по
- Киев+380960830922