MATHEMATICAL MODELING OF THE TRANSFORMATION OF NITROGEN, PHOSPHORUS AND OXYGEN COMPOUNDS IN THE ECOSYSTEM OF LAKE TELETSKOYE

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The most significant features of modeling the cycle of compounds of biogenic elements (nitrogen and phosphorus) and the dynamics of dissolved oxygen in the ecosystem of Lake Teletskoye are considered. The model was calibrated taking into account data from long-term observations of water quality in 1985-2003, as well as a scenario version of the hydrological regime in 2016. The analysis of the intra-annual variability for the state variables, external and internal fluxes of nitrogen and phosphorus compounds in the water is given. The permissible load of nitrogen and phosphorus on the lake is calculated. The model analysis showed that the lake's assimilation potential with respect to phosphorus compounds is insignificant, practically absent. In relation to nitrogen compounds, there is still a small reserve of self-purification. The water is clean not due to sufficient assimilation, but due to the fact that there has been a low anthropogenic load so far. The obtained model results indicate the urgent need to bring the research to a modern level, both in terms of the number for observation points of the monitoring network in characteristic zones, increasing the list of monitored indicators and the frequency of monitoring, and improving the quality of the instrumental and methodological base.

About the authors

A. A Tskhai

Institute for Water and Environmental Problems SB RAS

Email: tskhai@ivep.ru
Barnaul, Russia

M. A Romanov

Institute for Water and Environmental Problems SB RAS

Email: taa1956@mail.ru
Barnaul, Russia

References

  1. Указ Президента Российской Федерации от 21 июля 2020 г. № 474 “О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года” // Российская газета. Федеральный выпуск. 22 июля 2020 г. № 159 (8213).
  2. Акулова О.Б., Букатый В.И. Оценка влияния оптически активных компонентов воды на ослабление света в озере Телецкое // Ползуновский альманах. 2019. № 4. С. 63—65.
  3. Акулова О.Б., Букатый В.И., Вагнер А.А., Дьяченко А.В., Коломейцев А.А., Зиновьев А.Т. Фотосинтетически активная солнечная радиация в Телецком озере в период открытой воды // Изв. Алтайского гос. ун-та. 2022. № 4 (126). С. 11—17. https://doi.org/10.14258/jzvasu(2022)4-01
  4. Бочаров О.Б., Васильев О.Ф., Квон В.И., Овчиншкова Т.Э. Численное исследование гидротермических процессов и процессов переноса в глубоких водоемах // Сиб. экол. журн. 2003. Т. 10. № 2. С. 221—230.
  5. Брандт З. Анализ данных. Статистические и вычислительные методы для научных работников и инженеров. М.: Мир, 2003. 686 с.
  6. Данчев В.Н. Разработка и применение информационно-вычислительного комплекса для моделирования циркуляций и термического режима Телецкого озера. Дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск: ИВЭП СО РАН, 2013. 160 с.
  7. Даценко Ю.С. Методы оценки внутренней биогенной нагрузки водоемов (обзор) // Тр. Кар. НЦ РАН. 2019. № 9. С. 116—124. https://doi.org/10.17076/lim1049
  8. Зиновьев А.Т., Кошелев К.Б., Дьяченко А.В. Анализ результатов моделирования и натурных данных содержания растворенного кислорода в Телецком озере // Вод. хоз-во России: проблемы, технологии, управление. 2023. № 6. С. 57–69. https://doi.org/10.35567/19994508_2023_6_5
  9. Зиновьев А.Т., Кошелев К.Б., Дьяченко К.В., Марусин К.В. Численное моделирование и натурные исследования термобара в Телецком озере // Метеорология и гидрология. 2021. № 5. С. 86–94. https://doi.org/10.52002/0130-2906-2021-5-86-94
  10. Зуйкова Е.И. Современное состояние зоопланктонного сообщества Телецкого озера. Дис. ... канд. биол. наук. Краснокурск: КГУ, 1998. 124 с.
  11. Квон Д.В. Математическое моделирование гидротермических процессов в Телецком озере. Дис. ... канд. физ.-мат. наук. Барнаул: ИВЭП СО РАН, 1998. 136 с.
  12. Леонов А.В. Моделирование природных процессов на основе имитационной гидроэкологической модели трансформации соединений С, N, P, Si. Южно-Сахалинск: СахГУ, 2012. 148 с.
  13. Леонов А.В., Пищальник В.М. Моделирование природных процессов в водной среде. Теоретические основы. Южно-Сахалинск: СахГУ, 2012. 228 с.
  14. Лозовик П.А. Гидротехнические критерии состояния поверхностных вод гумидной зоны и их устойчивости к антропогенному воздействию. Дис. ... доктора хим. наук. М.: ГЕОХИ РАН, 2006. 481 с.
  15. Лозовик П.А. Нормирование допустимой антропогенной нагрузки на водные объекты с экологической и геохимических позиций // Научное обеспечение реализации “Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года”. Т. 1. Петрозаводск: Кар. НЦ РАН, 2015. С. 446–452.
  16. Лозовик П.А., Бородулина Г.С., Карпечко Ю.В., Кондратьев С.А., Литвиненко А.В., Литвинова И.А. Биогенная нагрузка на Онежское озеро по данным натурных наблюдений // Тр. Кар. НЦ РАН. 2016. № 6. С. 35–52.
  17. Лозовик П.А., Кулик Н.В., Ефременко Н.А. Литрофильные элементы и тяжелые металлы в Онежском озере: источники поступления, содержащие и трансформация // Тр. Кар. НЦ РАН. 2020. № 4. С. 62–74. https://doi.org/10.17076/lim1189
  18. Лозовик П.А., Рыжаков А.В., Сабылина А.В. Процессы трансформации, круговорота и образования веществ в природных водах // Тр. Кар. НЦ РАН. 2011. № 4. С. 21–28.
  19. Лозовик П.А., Фрумин Г.Т. Современное состояние и допустимые биогенные нагрузки на Псковско-Чудское озеро // Тр. Кар. НЦ РАН. 2018. № 3. С. 3–10.
  20. Митрофанова Е.Ю. Фитопланктон Телецкого озера (Горный Алтай, Россия). Дис. ... канд. биол. наук. М.: МГУ, 2000. 200 с.
  21. Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. ГОСТ 17.1.3.07–82. М.: Госстандарт СССР, 1982. 10 с.
  22. Подгорный К.А. Математическая модель для изучения экосистемы Вислинского залива Балтийского моря. Ч. 1. Теоретические основы и структура модели, методология подготовки исходных данных для выполнения расчетов. Калининград: Атлант НИРО, 2018. 271 с.
  23. Пушистов П.Ю., Викторов Е.В. Прикладной системный анализ циркуляций и термического режима Телецкого озера. Барнаул: Пять плюс, 2016. 152 с.
  24. Руховец Л.А., Филатов Н.Н. Использование математических моделей для решения задач сохранения водных ресурсов Онежского озера // Тр. Кар. НЦ РАН. 2011. № 4. С. 77–87.
  25. Селегей В.В. Телецкое озеро. Очерки истории. Кн. первая. Новосибирск: Офест, 2009. 119 с.
  26. Селегей В.В., Селегей Т.С. Телецкое озеро. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 143 с.
  27. Филатов Н.Н., Мешиуткин В.В. Проблемы оценки изменений экосистем крупных стратифицированных водоемов под влиянием климата и антропогенных факторов // Уч. зап. Рос. гос. гидрометеорол. ун-та. 2017. № 48. С. 120–147.
  28. Филатов Н.Н., Назарова Л.Е., Литовинко А.В. и др. Крупнейшие озера-водохранилища Северо-запада европейской территории России: современное состояние и изменения экосистем при климатических и антропогенных воздействиях. Петрозаводск: Кар. НЦ РАН, 2015. 375 с.
  29. Цхай А.А., Агейков В.Ю. Математическое моделирование процессов трансформации соединений азота и фосфора и изменчивости кислородного режима в водохранилищах // Вод. ресурсы. 1997. Т. 24. № 6. С. 718–728.
  30. Цхай А.А., Агейков В.Ю. Моделирование изменения уровня энтрофирования водохранилища на основе воспроизведения биотехнических циклов // Вод. ресурсы. 2020. Т. 47. № 1. С. 105–113. https://doi.org/10.31857/S0321059620010149
  31. Цхай А.А., Агейков В.Ю., Романов М.А. Модель циклов трансформации биогенных элементов и динамики растворенного кислорода в Телецком озере // Изв. Алтайского отд. РГО. 2024. № 1 (71). С. 43–56. https://doi.org/10.24412/2410-1192-2023-17104
  32. Цхай А.А., Леонов А.В. Прогноз качества воды проектируемого водохранилища на основе модели трансформации соединений азота и фосфора // Вод. ресурсы. 1995. Т. 22. № 3. С. 261–272.
  33. Цхай А.А., Романов М.А. Об условиях протекания циклов биогенных элементов в Телецком озере: анализ данных для моделирования // Изв. Алтайского отд. РГО. 2023. № 4 (71). С. 40–60. https://doi.org/10.24412/2410-1192-2023-17104
  34. Шевченко Г.А. Геоэкологическое состояние акватории и прибрежной зоны Телецкого озера (Горный Алтай). Дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Томск: ТПУ, 2010. 149 с.
  35. Bai J., Zhao J., Zhang Z., Tian Z., Assessment and a review of research on surface water quality modeling // Ecol. Modelling. 2022. V. 466. 10988. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2022.109888
  36. Koshelev K., Zinoviev A., De Goede E., De Graaff R. Modelling of Thermal Stratification and Ice Dynamics with Application to Lake Teletskoye, Altai Republic, Russia // Water Resour. 2021. V. 48. № 3. P. 368–377. https://doi.org/10.1134/S0097807821030088
  37. Theil H. Applied economic forecasting. Amsterdam: North-Holland; 1971. 474 p.
  38. Wetzel R.G. Limnology: Lake and River Ecosystems. Third Edition. San Diego: Acad. Press, 2001. 1006 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences