Пространственно-временное моделирование динамики развития фитопланктона в экосистеме Куйбышевского водохранилища

Александр Владимирович Рахуба

doi:10.17308/geo/1609-0683/2023/4/140-149

Александр Владимирович Рахуба Самарский федеральный исследовательский центр РАН, Институт экологии Волжского бассейна РАН https://orcid.org/0000-0002-1770-3197

DOI: https://doi.org/10.17308/geo/1609-0683/2023/4/140-149

Ключевые слова: Куйбышевское водохранилище, эвтрофирование, биомасса фитопланктона, биогенные элементы, качество воды, гидродинамика, математическое моделирование

Аннотация

Цель – выявление количественных особенностей формирования полей биомассы фитопланктона в акватории Куйбышевского водохранилища с использованием имитационной модели фосфорной системы. Материалы и методы. Разработана численная 2D модель фосфорной системы с пространственным шагом 200 метров. Модель объясняет перенос и трансформацию фосфора в экосистеме водохранилища и позволяет оценить пространственно-временную динамику развития фитопланктона с учетом неустановившегося режима течений, конвекции поля температуры воды, переноса частиц детрита, развития сообщества бактериопланктона и зоопланктона. Результаты и обсуждение. Обсуждаются результаты модельных расчетов динамики течений, полей распределения температуры воды, биомассы фитопланктона и концентрации минерального фосфора в Куйбышевском водохранилище на примере вегетационного периода 2016 года. Показано пространственное распределение фитопланктона в разные фазы прогрева водной массы водохранилища. Отмечено двукратное увеличение биомассы фитопланктона и снижение содержания минерального фосфора вдоль главной оси водохранилища от верховьев к плотине Жигулевского гидроузла. Выводы. Проведенные расчеты удовлетворительно воспроизводят данные натурных наблюдений и качественно правильно описывают сезонный ход развития фитопланктона в водохранилище. Это позволяет использовать разработанную модель для решения задач рационального использования водных ресурсов в условиях влияния антропогенных факторов и климатических изменений.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биография автора

Александр Владимирович Рахуба, Самарский федеральный исследовательский центр РАН, Институт экологии Волжского бассейна РАН

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией мониторинга водных объектов Института экологии Волжского бассейна Российской академии наук – филиала Федерального государственного бюджетного учреждения науки Самарского федерального исследовательского центра Российской академии наук, г. Тольятти, Самарская обл., Российская Федерация

Литература

Buldovskaya O. R., Leonov A. V. Formalizaciya metabolicheskih funkcij fitoplanktona i modelirovanie dinamiki form fosfora v presnovodnyh ekosistemah [Formalization of metabolic functions of phytoplankton and modeling the dynamics of phosphorus forms in freshwater ecosystems]. Vodnyye resursy, 1997, vol. 24, no. 1, pp. 97-110. (in Russ)

Buldovskaya O. R. Transformaciya soedinenij fosfora v presnovodnyh ekosistemah [Transformation of phosphorus compounds in freshwater ecosystems]: cand. geo. sci. diss. Moscow: Moscow State University, 1998. 240 p. (in Russ)

Datsenko Yu. S., Puklakov V. V. Modelirovanie razvitiya fitoplanktona v Mozhajskom vodohranilishche [Modeling the development of phytoplankton in the Mozhaisk reservoir]. Vestnik MGU. Serya Geography, 2010, no. 3, pp. 43-47. (in Russ)

Dorofeev V. L., Sukhikh L. I. Izuchenie dolgovremennoj izmenchivosti ekosistemy CHernogo morya na osnove assimilyacii dannyh distancionnyh izmerenij v chislennoj modeli [Study of long-term variability of the Black Sea ecosystem based on the assimilation of remote sensing data in a numerical model]. Vodnyye resursy, 2019, vol. 46, no. 1, pp. 58-69. (in Russ)

Changes in reservoir levels of the RusHydro HPP. Available at. – URL: http://www.rushydro.ru/hydrology/informer/

Korneva L. G. Fitoplankton vodohranilishch bassejna Volgi [Phytoplankton of reservoirs in the Volga basin]. Kostroma: Kostroma Printing House, 2015. 284 p. (in Russ.)

Kujbyshevskoe vodohranilishche (nauchno-informacionnyj spravochnik) [Kuibyshev reservoir (scientific information reference book)]. Togliatti: IEVB RAN, 2008. 123 p. (in Russ)

Leonov A. V. Modelirovanie prirodnyh processov na osnove imitacionnoj gidroekologicheskoj modeli transformacii soedinenij C, N, P, Si [Modeling of natural processes on the basis of a hydroecological simulation model of the transformation of compounds C, N, P, Si]. Yuzhno-Sakhalinsk, SakhGU, 2012. 148 p. (in Russ)

Modelirovanie sezonnoj izmenchivosti morskoj ekosistemy v rajone central'no-vostochnoj Atlantiki [Modeling the seasonal variability of the marine ecosystem in the region of the Central-East Atlantic] / V. A. Gorchakov, V. A. Ryabchenko, N.A. Diansky, A. V. Gusev. Oceanology, 2012, vol. 52, no. 3, pp. 348-361. (in Russ)

Rakhuba A. V. Imitatsionnoe modelirovanie rosta biomassy fitoplanktona v Kuybyshevskom vodokhranilishche [Simulation of the phytoplankton biomass growth in the Kuibyshev Reservoir]. Vodnoye khozyaystvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravleniye, 2018, no. 1, pp. 76-87. (In Russ)

Rakhuba A. V. Prostranstvenno-vremennaya izmenchivost' kachestva vod Saratovskogo vodohranilishcha v usloviyah neustanovivshegosya gidrodinamicheskogo rezhima (Naturnye eksperimenty i chislennoe modelirovanie) [Spatial and temporal variations in the water quality of the Saratov Reservoir under the conditions of an unsteady hydrodynamic regime: Field experiments and numerical modeling]: сand. tech. sci. diss. Yekaterinburg: RosNIIVKh, 2007. 188 p. (In Russ)

Tskhai A. A., Ageikov V. Yu. Modelirovanie izmeneniya urovnya evtrofirovaniya vodohranilishcha na osnove vosproizvedeniya biogeohimicheskih ciklov [Modeling the change in the level of eutrophication of the reservoir based on the reproduction of biogeochemical cycles]. Vodnyye resursy, 2020, vol. 47, no. 1, pp. 105-113. (in Russ)

Korpinen P., Kiirikki M., Rantanen P., Inkala A., Sarkkula J. High resolution 3D-ecosystem model for the Neva Bay and Estuary – model validation and future scenarios. Oceanologia, 2003, no. 45 (1), pp. 67-80.

Ménesguen A., Lacroix G. Modelling the marine eutrophication: A review. Science of The Total Environment, September 2018, v. 636, pp. 339-354

Theil H. Appliied economic forecasting. Amsterdam, 1971. 256p.

Thoman R. V., Di Toro D. M., Winfield R. P., O’Connor D. J. Mathematical modeling of phytoplankton in Lake Ontario. New York: Manhattan College, 1975. 124 p.