1vvedenie_v_ekologicheskoe_modelirovanie

Ecological Modeling Introduction / Tskhai A.A. [et al]. Editors: Tskhai A. A.; Poulin M. – Barnaul: ―Azbuka‖ Publishing House. 2001. 327 p. ISBN 5-93957-006-2

The objective of this monograph is to make an introduction into environmental modeling. The subject matter of modeling, namely, river basin, its water ecosystems, monitoring and management in its naturetechnical complex, is described on concrete examples. Theoretical approaches to environmental modeling are characterized; practical applications of the models are studied.

For specialists and graduates.

Authors:

Tskhai A. A.; Poulin M.; Beldeeva L. N.; Ganoulis J.; Zherelina I. V.; Kvon V. I.; Kirillov V. V.; Liakhova S. A.; Nachtnebel H.-P.; Nechai N. Z.

Responsible for issue: O. G. Solodky, N. Y. Kim.

Funded by

TEMPUS/TACIS Program (Commission of European Communities);

Altai State Technical University

©Altai State Technical University

КОМИССИЯ ЕВРОПЕЙСКИХ СООБЩЕСТВ

ПРОГРАММА ТЕМПУ С/ТАСИС

МЕЖДУ НАРОДНАЯ КАФ ЕДРА ЮНЕСКО «ЭКОЛОГИЧ ЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В СИБ ИРИ» АЛТАЙСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧ ЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Барнаул 2001

3

ББК 65.9(2)28 УДК 502.3

Введение в экологическое моделирование / Цхай А.А. [и др.]; отв. ред. Цхай А.А., Пулян М. – Барнаул:

изд-во ―Азбука‖. 2001. 328 с. ISBN 5-93957-006-2

Коллективная монография посвящена введению в экологическое моделирование. На конкретных примерах приводится описание предметной области моделирования: речного бассейна, его водных экосистем, мониторинга и управления в его при- родно-техническом комплексе. Охарактеризованы теоретические подходы к проблеме экологического моделирования, показаны практические приложения моделей.

Для специалистов и студентов старших курсов.

Авторы:

Цхай, А.А., Пулян, М..; Бельдеева, Л.Н.; Ганулис, Дж.; Жерелина, И.В.; Квон, В.И.; Кириллов, В.В.; Ляхова, С.А.; Нахтнебел, Х.-П.; Нечай, Н.З.

Ответственные за выпуск: О.Г. Солодкий, Н.Ю. Ким

Издано при финансовой поддержке программы ТЕМПУС/ТАСИС Комиссии Европейских сообществ и Алтайского государственного технического университета.

© Алтайский государственный технический университет

4

5

ВВ ЕДЕНИЕ

Коллективная монография «Введение в эколо гическое моделирование» подготовлена по материалам одноименного интенсивного курса (г. Барнаул, Алтайский государственный технический универс и- тет, 18-21 сентября 2000 г.), организованного в рамках выполнения проекта «Реформа образования в Сибири в целях о храны окр ужающей среды» программы межуниверситетского сотру дничества ТЕМ ПУС/ТА СИС (А.А.Цхай – введение, гл.11, 12; М.Пулян – гл.10; Л.Н.Бельдеева, М.М . Силантьева, Д.М. Безматерных, О.Н. Жихарева, Т.Н. Кириллова – гл.4; Дж.Ганулис – гл.7,8; И.В.Жерелина – гл.3; В.И.Квон – гл.9; В.В.Кириллов – гл.1; С.А. Ляхо ва – гл.2; Х.- П.Нахтнебел – гл.5,6; Н.З.Нечай – гл.2).

Данное издание открывает глава 1, посвященная вопросам состава, структуры и функционирования водных экосистем бассейна Оби. Во второй главе рассказывается об особенностях речного бассейна Вер хней Оби и деятельности бассейнового во до хозяйственного управления. Бассейновый по дхо д к управлению природопользованием развивается в третьей главе на примере реки А лей. Часть книги, посвященную описанию предметной области моделирования, замыкает четвертая глава, характеризующая эколо гический мониторинг малой реки на примере бассейна реки Барнаулки.

Теоретический подхо д к моделированию гидрогео логических процессов развивается в пятой и шестой главах. Важную роль в экологическом моделировании играет описание поведения частиц. Техника их контроля и приемы моделирования их случайного блуждания оп и- сываются в седьмой и восьмой главах. Изменение состояния во дных экосистем, во многом, определяется динамикой их гидрологических и гидро термических характеристик. Математической формализации таких процессов посвящена девятая глава.

На основе вышеизложенного материала в десятой главе становится возможным сформулировать экологические модели для озер и рек, описать соответствующие концептуальные по дхо ды, привести конкретные примеры и т.д.

Важным приложением излагаемой методоло гии является пр о- гнозирование состояния водных экосистем (глава 11). В двенадцатой главе приводится пример геоинформационной системы, разраб отанной для управления во допользованием.

В заключении следует отметить существенный вклад в подготовку к печати данных материалов ежегодной международной шко лы в АлтГТУ по управлению во дными ресурсами сотрудников универс и-

6

тета О.Г.Солодкого, Н.Л.Дремовой, Н.Ю.Ким, Л.А.Мецкер, М.В.Финадеевой.

7

1 РАЗНООБРАЗИЕ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ БАССЕЙНА ОБ И

ВВЕДЕНИЕ Природные воды , обогащенные жизнью, пронизываю т все гео-

системы, давая начало водообороту и водопотреблению. Они - источники сегодняшнего существования и будущих возможностей человека. Живые организмы, биоценозы рек, озер и водо хранилищ (сто ячих и текучих вод) являю тся биофильтром, обеспечивающим качество воды, необхо димое для человека.

В настоящее время существует объективное противоречие м е- жду тенденцией роста во допотребления при повы шении требований к качеству воды и прогрессирующим отрицательным влиянием антр о- погенных факторов на водные объекты , в том числе и в Сиб ири. И снятие это го противоречия возможно лишь при рассмотрении его как части более общей проблемы оптимизации вза имоотношений соци- ально-экономических и природных систем. Стратегическим напра в- лением решения проблемы обеспечения человека водой в достато ч- ном количестве и необ ходимого качества является со хранение по те н- циала самовосстановления водных э косистем. Разнообразие во дных экосистем и не обычайно сложная их структурно -функциональная организация пре дставляю тся плодо творными объектами приложения практически всех наук: от классических - физики, химии, ботаники и зоологии - до новейших достижений физико-химической биологии, кибернетики и системного анализа.

1 ЭКОСИСТЕМ Ы - ОБЪЕКТ СОВРЕМ ЕННОЙ ЭКОЛОГИИ Как известно, эко логия возникла в системе биологического зна -

ния. Важнейшую роль в формировании этого направления биологии сыграла дарвиновская концепция естественного отбора, которая прямо ставила взаимодействие каждо го биологического вида со средой об и- тания в число первостепенных факторов, определяющих биологич е- скую эволюцию. Э. Геккель, развивая такое направление идей, пр идал ему удачное терминологическое оформление, предложив в 1866 г. термин "экология" (от греч. oikos — дом, жилище). "По д эколо гией,— писал Э. Геккель в 1869 г. — мы по дразумеваем науку об экономии, домашнем быте животных организмов. Она исследует общие отношения живо тных, как к их неорганической, так и к их органической среде, их дружественные и враждебные о тношения к другим живо тным и растениям, с которыми они вступают в прямые или непрямые конта к- ты, или, одним словом, все те запутанные взаимоотношения, которые

8