2.7. Методика разработки динамических моделей водных экосистем

В табл. 2.1 приведена классификация и сравнительная характеристика ста­тических и динамических моделей водных экосистем.

Таблица 2.1. Классификация и сравнительная характеристика статических и динамических моделей водных экосистем

Вид модели		Математические методы
Цель и задачи	Этапы моделирования	Статистический	Динамический
Изучение основных элементов и структу­ры экосистемы	Разработка стацио­нарной модели эко­системы	Моделирование ста­ционарных состоя­ний	Аналитическое опи­сание модели
	Разработка динами­ческой модели эко­системы	Моделирование вре­менных рядов	Формирование банка данных и базы зна­ний о параметрах и переменных модели
Объяснение особен­ностей поведения экосистемы	Классификация пе­ременных, анализ обратных связей, по­строение архитекту­ры модели, иденти­фикация модели и оценка параметров	Статистический ана­лиз эксперименталь­ных данных: диспер­сионный, регресси­онный и корреляци­онный анализы.	Имитационное ком­пьютерное модели­рование
Прогнозирование ди­намики экосистемы	Исследование влия­ния параметров на результаты модели­рования	Стационарная модель	Нестационарная мо­дель
	Компьютерное моде­лирование	Краткосрочные про­гнозы	Долгосрочные про­гнозы
Управление экоси­стемой	Моделирование раз­личных сценариев управления	Моделирование ста­ционарных сцен	Моделирование ди­намики нестационар­ных сцен

Рассмотрим разработку концептуальной модели процессов в водной экоси­стеме.

Для моделирования процессов восстановления в воде фосфора из осадков была разработана концептуальная модель, представленная на рис.2.5.

При моделировании водных систем используется принцип блочного (мо­дульного) моделирования (см. раздел 2.5). Для каждого блока должны быть по­ставлены граничные условия по растворенному кислороду, нитратам и фосфо­ру. Основное уравнение модели имеет следующий вид:

где - пористость донных отложений; - толщина донных отложений, м; - коэффициент диффузии растворенного фосфора, Р - концентрация рас­творенного фосфора; - концентрация железа в пористой среде водной эко­системы; - критическая величина для

- скорость разложения органического вещества в по­ристой среде водной экосистемы; - нормальная скорость разложения ор­ганического вещества в пористой среде водной экосистемы при Т = 20ºС.

- концентрация растворенного кислорода в пористой среде водной

экосистемы; - концентрация нитратов в пористой среде;

- акцептор электронов в пористой среде водной экоси­стемы.

На рис.2.6 представлены результаты моделирования водной экосистемы. Серым цветом отмечены области, в которых происходит восстановления фос­фора из донных отложений.

Обсуждение результатов моделирования водной экосистемы. Первое, что следует отметить, это максимумы продуктивности водных экосистем в летние и осенние периоды, что обусловлено большим содержанием питательных веществ в водной среде. В первые пять месяцев наблюдается рост диатомовых водорослей, в то время как летом и осенью доминируют зеленые и сине-зелёные водоросли. Поздним летом интенсивный рост водорослей прекращается. Это приводит к аноксическим условиям на границе донных отложений вследствие больших скоростей разложения донной органики и больших скоро­стей потребления кислорода. При этих условиях процесс восстановления фос­фора возобновляется.