Трансформация соединений фосфора в пресноводных экосистемах

2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение..........................................................5
Глава 1. Современные представления о математическом моделировании процессов трансформации веществ в водных экосистемах...16
1.1. Методология создания и применения в водноэкологических исследованиях математических имитационных моделей -
1.1.1. Особенности круговорота веществ в экосистемах
водоемов.............................................-
1.1.2. Структурные и функциональные особенности
математических имитационных моделей водных экосистем...........................................20
1.1.3. Этапы создания математических имитационных моделей экосистем водоемов.........................................24
1.2. Формализация процессов трансформации вещества в
имитационных моделях водных экосистем.................32
1.2.1. Гидродинамические процессы .........................33
1.2.2. Химико-биологические взаимодействия.................36
1.2.3 Обменные процессы на границах раздела "вода-дно"
и "вода-атмосфера''.................................52
Глава 2. "Минимальная" модель взаимодействий в системе "фитопланктон - биогенные вещества" в водохранилище с однородными водными массами ..........................................57
2.1. Задачи исследования........................................-
2.2. Общая характеристика Учинского водохранилища как объекта моделирования..........................................60
2.3. Описание модели...........................................62
2.3.1. Основные особенности создания моделей в "Системе имитационного моделирования водных объектов" (СИМВО)........................................................62
2.3.2. Анализ данных натурных измерений и компонентная структура модели...............................................64
2.3.3. Уравнения модели........................................68
2.3.4. Идентификация коэффициентов модели......................72
2.3.5. Результаты расчетов и оценка адекватности модели...75
2.4. Анализ особенностей развития фитопланктона в Учинском водохранилище по данным моделирования..........................78
2.5. Оценка условий применимости модели........................83
Глава 3. Динамика и круговорот соединений фосфора в Учинском водохранилище: исследование с помощью имитационной математической модели фосфорной системы..............................94
3.1. Общая характеристика модели...............................-
3.2. Настройка модели для расчета внутригодовой динамики концентраций соединений фосфора в Учинском водохранилище.................................................99
3.3. Анализ баланса и потоков фосфора в водохранилище по данным моделирования....................................... 108
3.4. Исследование продукционных процессов в водохранилище по материалам имитационных расчетов..........................127
Глава 4. Формализация метаболических функций фитопланктона и моделирование динамики форм фосфора в пресноводных экосистемах.........................................................141
4.1. Критерии выбора уравнений для описания метаболических
22
согласующуюся с теми ограничениями, которые важны при реализации программы управления [29].
Основным структурным достоинством имитационного
моделирования поведения и развития экосистем является иерархический (или модульный) принцип построения моделей. При этом общая модель экосистемы строится из подмоделей (или модулей), описывающих отдельные элементы или процессы системы. Далее подмодели синтезируются в единую модель. Модули предполагаются "надстраивающимися", т.е. возможно создание
универсальных модулей для разных экосистем [59]. Принцип модульного построения обеспечивает возможность дополнения
имитационных моделей нозыми блоками или связями внутри и между блоками в соответствии с изменяющимися внешними условиями и/или структурными перестройками в самих экосистемах [10] . Поэтому имитационные модели могут применяться для оценки критических состояний систем, что особенно важно для анализа переходных режимов, характерных для таких объектов, как водохранилища [55].
Многообразие возможных схем моделей водных экосистем может быть представлено схемой 1.2. В любом случае - это синтез гидродинамической и биологической подмоделей. Структура первой определяется отображением в ней пространственных различий в водоеме, а второй - числом биотических элементов и учитываемыми механизмами обратной связи [68]. В настоящее зремя известны модели водных экосистем как простые, применяемые для исследования динамики отдельных показателей в зависимости от одного-двух факторов [8, 11, 67, 68, 51 и др.], так и многокомпонентные
(более 30 переменных) [31, 47, 79 и др.]. Как правило ограничить число рассматриваемых переменных модели можно, исходя из особенностей моделируемого объекта и задач исследования. Например,
23
Схема 1.2 Концептуальное представление структуры водной экосистемы.