Математическое моделирование процессов биологической деструкции нефтяного загрязнения моря

• Автор: Шарпан, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1. Биологическая деструкция нефтяного загрязнения моря

1.1 Химический и фракционный состав нефти.

1.2 Динамика нефтяного выброса без учета процессов деструкции.

1.3 Методы биологической деструкции нефтяных загрязнений

1.4 Математические модели динамики популяции и их применение при

моделировании биологической деструкции нефти

Глава 2. Математические модели динамики нефтяного загрязнения в море

2.1 Базовая математическая модель динамики нефтяного загрязнения в море с учетом конвективного переноса, диффузии и биологической деструкции модель А
2.2 Обобщение базовой математической модели за счет наличия различных видов бактериального населения и учета фракционности нефти модель С .
2.3 Обобщение базовой математической модели за счет учета пространственной неоднородности развития популяций модель Б.
2.5 Существование и единственность решения
2.6 Асимптотические методы решения
2.7 Алгоритмы численного решения
2.8 Расчет коэффициента насыщения и скорости отмирания микробного сообщества
2.9 Описание программного комплекса Биодеструктор.
Глава 3. Основные закономерности динамики нефтяного згрязнения в море
3.1 Анализ результатов базовой математической модели динамики нефтяного загрязнения в море с учетом конвективного переноса, диффузии и биологической десгрукции
3.2 Анализ результатов обобщения базовой математической модели за счет наличия различных видов бактериального населения и учета фракционности нефти
3.3 Анализ результатов обобщения базовой математической модели за счет
учета пространственной неоднородности развития популяций
3.4. Зависимости изменения концентрации нефти и нефтеокисляющих микроорганизмов ог различных параметров.
3.5 Определение вклада биологического разложения в процесс деструкции нефтяного загрязнения
3.6 Верификация результатов.
Заключение
Список использованных источников


Работа изложена на 0 страницах машинописного текста и содержит рисунка, 4 таблицы, список литературы из 3 наименований и 2 акта об использовании. В главе 1 диссертационной работы рассматриваются основные физикохимические характеристики нефти, определяется фракционный состав, исходя из способности к разложению под воздействием различных видов микроорганизмов. Анализируются различные методы биологической деструкции. Проводится обзор экспериментальных работ и имеюшдася математических моделей, посвященных динамике нефтяного загрязнения моря с учетом конвективного переноса, диффузии, испарения, эмульгирования, процессов деструкции нефти и динамики популяций. Поставлены цели и задачи диссертационной работы. Модель А. Базовая математическая модель динамики нефтяного загрязнения в море с учетом конвективного переноса, диффузии и биологической деструкции. Модель Б. Обобщение базовой математической модели за счет учета пространственной неоднородности развития популяций. Эту модель мы называем базовой математической моделью с учетом таксиса, и она должна применятся в тех же случаях, что и базовая, но поверхность нефтяного загрязнения не может быть обработана равномерно биопрепаратом, например изза своего размера. Базовая математическая модель с учетом таксиса позволяет исследовать пространственную неоднородность развития популяции нефтеокисляющих микроорганизмов и оценить ее влияние на биологическую деструкцию нефтяного загрязнения. Модель С. Обобщение базовой математической модели за счет наличия различных видов бактериального населения и учета фракционности нефти. Считается, что имеется п видов нефтеокисляющих микроорганизмов, а нефть формально разбивается на т фракции, так, что каждый вид нефтеокисляющих микроорганизмов способен преимущественно разлагать одну из фракций нефти, т. Т.о. Эту модель мы называем обобщенной базовой математической моделью, и она может быть применено в тех же случаях, когда каждая фракция в разной степени подвержена биологическому разложению, и этим нельзя пренебречь, имеется возможность проанализировать фракционный состав нефти и имеется в наличии несколько видов нефтеокисляющих микроорганизмов, а поверхность нефтяного загрязнения может быть обработана биопрепаратом равномерно. Модель Д. Общая модель динамики нефтяного загрязнения в море с учетом конвективного переноса, диффузии, биологической деструкции, фракционности нефти и бактериального населения, а также пространственной неоднородности развития популяций. С математической точки зрения все модели вытекают из общей модели, однако ее исследование является достаточно сложным, а применение на практике проблематичным. Из проведенного выше анализа следует, что наличие системы иерархических моделей позволяет выяснить роль разных факторов в процессе биологической деструкции нефтяного загрязнении и удовлетворить все потребности практики. Иерархия моделей приведена на диаграмме 1. Рассматриваются достоинства и недостатки каждой модели, и обоснование введения каждой последующей модели. Даются математическая постановка, а также переход к безразмерному виду, алгоритмы решения поставленных задач приведение к конечноразностным уравнениям, реализация явной и неявной схем для каждой модели, а также использование метода последовательных приближений. Обосновывается применимость локальной теоремы о существованиии единственности решения и возможность использования асимптотических методов на примере базовой математической модели. Предлагается метод, расчета коэффициента насыщения и скорости отмирания микробного сообщества на основе имеющихся экспериментальных данных. Содержится описание программного комплекса Биодеструктор, разработанного для численных расчетов, визуализации и анализа результатов моделирования биологической деструкции нефти на поверхности моря. Показана структура программного комплекса. Рассмотрены его функциональные возможности. Глава 3 посвящена численному анализу предложенных в главе 2 математических моделей и выявлению основных закономерностей биологической деструкции.