Модель транспорта и трансформации биогенных элементов в прибрежной системе и ее численная реализация

Работа посвящена построению и исследованию дискретной математической модели гидробиологии прибрежной системы с учетом процессов транспорта и трансформации загрязняющих биогенных элементов в водоеме. На распространение и трансформацию биогенов влияют такие физические факторы, как пространственно-трехмерное движение водной среды с учетом адвективного переноса и микротурбулентной диффузии, пространственно-неоднородное распределение температуры, солености и кислорода. Биогенные загрязняющие вещества, как правило, поступают в водоем со стоком рек и связаны с погодно-климатическими особенностями географического региона, а также являются результатом выпусков недостаточно очищенных бытовых и промышленных стоков и других видов антропогенного воздействия. Источниками биогенных загрязняющих веществ могут являться процессы вторичного загрязнения — взмучивания и переноса донных отложений, абразии берегов и др. В работе приведены стехиометрические соотношения питательных биогенных веществ для фитопланктонных водорослей, на основании которых можно определить лимитирующее вещество для каждого вида. Рассмотрены модели наблюдений, описывающие потребление, накопление фитопланктоном питательных веществ и рост фитопланктона. Построена и исследована трехмерная математическая модель трансформации форм фосфора, азота и кремния в задаче динамики планктона для прибрежных систем, учитывающая конвективный и диффузионный переносы, поглощение и выделение питательных веществ фитопланктоном, циклы превращений форм фосфора, азота и кремния. Разработаны численные методы решения поставленной задачи, использующие конечно-разностные схемы с весами повышенного порядка точности, учитывающие степень заполненности контрольных ячеек расчетной области, реализованные на многопроцессорной вычислительной системе, позволяющие уменьшить погрешность численного решения задачи и сократить время расчетов в несколько раз. На основе численной реализации разработанных моделей проведена реконструкция опасных явлений прибрежной системы, связанных с распространением вредных загрязняющих веществ, включая разлив нефти, эвтрофикацию, «цветение водорослей», вызывающее заморные явления в водоеме. Библ. 40. Фиг. 15. Табл. 1.