Тема: ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

К началу 1950-60-х годов стали все более заметными последствия воздействия человека на окружающую среду. Идеология «покорителей природы» начала уходить на второй план. Пришло осознание того, что антропогенная трансформация среды подрывает основы существования человека.
На глобальном уровне задача геоэкологии заключается в анализе изменений и развитии биосферы, а с другой стороны - в разработке стратегии поведения человека в меняющихся условиях среды и климата. На данный момент деятельность человека привела к существенному загрязнению биосферы. В настоящее время большая часть нагрузки приходится на континентальную часть биосферы (Белозерский, Дмитриев, 2007).
Исследование любой природной системы невозможно без учета антропогенного воздействия, которому она в той или иной степени подвергается. Анализ последствий такого воздействия сложен, но важен с точки зрения развития и изменения природной системы. Такой анализ рационально проводить с помощью математических моделей - это дешевле других способов и не требует, как правило, дополнительного вторжения в природную среду.
Согласно направленности профиля обучения «геоэкологический мониторинг» была сформулирована тема выпускной квалификационной работы «Имитационное моделирование функционирования водной экосистемы в условиях антропогенных воздействий», позволяющая выявить прогноз состояния экосистемы, динамику изменения содержания компонет и рассчитать необходимую частоту проведения наблюдений.
Объект исследования: имитационная модель абстрактного проточного водоема.
Предмет исследования: условия функционирования экосистемы водоема при антропогенном воздействии.
Целью работы является определение специфики влияния различных режимов поступления антропогенных загрязняющих веществ с речным стоком на функционирование экосистемы проточного водоема с помощью имитационной модели «ВодЭко».
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
• Изучить структуру и принцип функционирования компьютерной имитационной модели «ВодЭко»;
• Анализ литературы, посвященной имитационному моделированию, его роли в сфере экологических исследований, положительным и отрицательным сторонам;
• Анализ литературы по проблемам антропогенного эвтрофирования и загрязнения водных экосистем антропогенными токсикантами;
• Подготовить исходные данные для проведения численных экспериментов;
• Выполнить модельные эксперименты;
• Проанализировать результаты численных экспериментов с моделью.
Купить

В процессе работы были рассмотрены различные модели водных экосистем, исторические этапы, причины необходимости применения методов моделирования для оценки качества вод при антропогенном эвтрофировании водных объектов, их необходимость в геоэкологических исследованиях и мониторинге. Изучено влияние антропогенного эвтрофирования и токсического воздействия на состояние водоема и гидробионтов. Подготовлены файлы внешних данных для дальнейшей работы с моделью.
В процессе исследования был проведен ряд численных экспериментов с различными концентрациями биогенных веществ, соответствующих разным уровням трофности водоема и наличием токсиканта 2 типов, с условием сохранения остальных исходных параметров неизменными.
На основании результатов численных экспериментов, проведенных с помощью модели «ВодЭко», сделаны следующие выводы об особенностях функционирования экосистемы абстрактного проточного водоёма в условиях поступления с речным стоком антропогенных загрязняющих веществ:
1. Интенсивность биосинтеза фитопланктона лимитируется в основном температурным фактором.
2. При воздействии токсиканта 2 типа интенсивность биосинтеза фитопланктона выше, чем при поступлении токсиканта 1 типа.
3. Увеличение поступления биогенных элементов оказывает влияние на время начала весенне-летнего роста биомассы для диатомовых водорослей. Для фитопланктона 1 и 3 группы интенсивность биосинтеза выше в эвтрофных условиях.
4. При всех вариантах проведенных численных экспериментов в развитии фитопланктона всех групп наблюдается два пика развития - весенне-летний и летне-осенний. При этом весенне-летний пик превышает летне-осенний для диатомовых и сине-зеленых водорослей.
5. Содержание кислорода в воде минимально в летний период, и снижается при переходе водоема от олиготрофного к эвтрофному состоянию.
6. Биологическое и химическое потребление кислорода выше, в условиях высокого содержания биогенных веществ.
7. Биологическое потребление кислорода выше при наличии токсиканта в системе, более высокие значения характерны при постоянном поступлении токсиканта, чем при залповом сбросе.
8. Интенсивность отмирания фитопланктона выше при воздействии токсиканта 1 типа.
9. При переходе токсиканта по пищевой цепи от фитопланктона к рыбам, растет токсический эффект, усиливая интенсивность процессов отмирания тем сильнее, чем выше находится организм в пищевой цепи.
Купить