рус eng
««ИЗВЕСТИЯ ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА». СЕРИЯ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ»
«IZVESTIYA IRKUTSKOGO GOSUDARSTVENNOGO UNIVERSITETA». SERIYA «NAUKI O ZEMLE»
«THE BULLETIN OF IRKUTSK STATE UNIVERSITY». SERIES «EARTH SCIENCES»
ISSN 2073-3402 (Print)

Список выпусков > Серия «Науки о Земле». 2026. Том 56

Имитационное моделирование пространственно-временной динамики планктона в Куйбышевском водохранилище

Автор(ы)

А. В. Рахуба

Самарский федеральный исследовательский центр РАН, г. Самара, Россия

Аннотация
Отмечается, что зарегулирование стока рек и создание водохранилищ, потепление климата и антропогенная нагрузка – все это приводит к изменениям функционирования водных экосистем. На таком обширном водном объекте, как Куйбышевское водохранилище, пространственная и временная неоднородность распределения планктонных организмов является важной экосистемной особенностью, влияющей на качество водной среды. Для оценки пространственно-временной динамики планктонных организмов (фитопланктон, бактериопланктон и зоопланктон) разработана 2D-пространственная модель экосистемы Куйбышевского водохранилища, включающая биотические и абиотические компоненты. В модельных расчетах использован материал экспедиционных исследований на НИС «Биолог» ИЭВБ РАН, а также исходная информация, полученная в компании «Русгидро» и из литературных источников. На примере вегетационного периода 2016 г. выполнены модельные расчеты пространственно-временной динамики развития планктонного сообщества в Куйбышевском водохранилище. Произведена оценка средней биомассы планктонных организмов на выделенных участках водохранилища в весенний, летний и осенний периоды. Для всего водохранилища рассчитаны коэффициенты неоднородности пространственного распределения планктонных организмов, которые в период биологического лета имеют широкий разброс и составляют 4,6–88 %. Определены участки акватории Куйбышевского водохранилища, где формируется наибольшая биомасса планктона. Модель показала приемлемую сходимость результатов расчетов с данными экспедиционных наблюдений в летний период.
Об авторах
Рахуба Александр Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лаборатории мониторинга водных объектов Самарский федеральный исследовательский центр РАН Россия, 443001, г. Самара, Студенческий переулок, 3А e-mail: rahavum@mail.ru
Ссылка для цитирования
Рахуба А. В. Имитационное моделирование пространственно-временной динамики планктона в Куйбышевском водохранилище // Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле. 2026. Т. 56. С. 101–121. https://doi.org/10.26516/2073-3402.2026.56.101
Ключевые слова
Куйбышевское водохранилище, экосистема, биомасса планктона, биогенные элементы, качество воды, гидродинамика, термодинамика, математическое моделирование.
УДК
574.52 (282.247.416.1)
DOI
https://doi.org/10.26516/2073-3402.2026.56.101
Литература
  1. Булдовская О. Р., Леонов А. В. Формализация метаболических функций фитопланктона и моделирование динамики форм фосфора в пресноводных экосистемах // Водные ресурсы. 1997. Т. 24, № 1. С. 97–110.
  2. Вольцингер Н. Е., Пясковский Р. В. Теория мелкой воды. Океанологические задачи и численные методы. Л. : Гидрометиздат, 1977. 207с.
  3. Гвоздарева М. А., Любина О. С., Мельникова А. В. Развитие планктонных сообществ в Куйбышевском водохранилище в зоне влияния Чебоксарской ГЭС // Российский журнал прикладной экологии. 2021. № 3 (27). С. 23–29. https://doi.org/10.24852/2411-7374.2021.3.23.29
  4. Даценко Ю. С., Ерина О. Н., Пуклаков В. В. Моделирование развития фитопланктона в Рыбинском водохранилище // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 1. С. 32–40.
  5. Ерёмина Т. Р., Исаев А. В., Рябченко В. А. Оценка и прогноз тенденций экосистемы восточной части Финского залива при различных сценариях изменения биогенной нагрузки в будущем климате // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2014. № 36. С. 118–127.
  6. Жданова О. Л., Неверова Г. П., Фрисман Е. Я. Динамика планктонного сообщества с учетом трофических характеристик зоопланктона // Компьютерные исследования и моделирование. 2024. Т. 16, № 2. С. 525–554. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2024-16-2-525-554
  7. Кренке А. Н., Чернышев В. Л., Коломенский Д. С. Моделирование динамики численности планктонных сообществ с помощью модели «хищник – жертва» с учетом эффекта ограниченного перемещения хищника // Наука и образование : науч. изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012. № 4. С. 1–13.
  8. Куйбышевское водохранилище : науч.-информ. справ. Тольятти : ИЭВБ РАН, 2008. 123 с.
  9. Леонов А. В. Моделирование природных процессов на основе имитационной гидроэкологической модели трансформации соединений C, N, P, Si. Южно-Сахалинск : СахГУ, 2012. 148 с.
  10. Меншуткин В. В., Руховец Л. А., Филатов Н. Н. Моделирование экосистем пресноводных озер (обзор) 2. Модели экосистем пресноводных озер // Водные ресурсы. 2014. Т. 41, № 1. С. 24–38. https://doi.org/10.7868/S0321059614010088
  11. Марчук Г. И. Методы вычислительной математики : учеб. пособие. М. : Наука, 1989.
  12. Модельные оценки эвтрофикации Балтийского моря в современном и будущем климате / В. А. Рябченко, Л. Н. Карлин, А. В. Исаев [и др.] // Океанология. 2016. Т. 56, № 1. С. 41–50. https://doi.org/10.7868/S0030157416010160
  13. Подгорный К. А., Леонов А. В. Использование пространственно-неоднородной имитационной модели для изучения процессов трансформации соединений азота, фосфора и динамики кислорода в экосистеме Невской губы Финского залива. 1. Описание модели // Водные ресурсы. 2013. Т. 40, № 2. С. 179–191. https://doi.org/10.7868/S0321059613020065
  14. Рахуба А. В. Пространственно-временное моделирование динамики развития фитопланктона в экосистеме Куйбышевского водохранилища // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2023а. № 4. С. 140–149. https://doi.org/10.24411/9999-039A-2020-10004
  15. Рахуба А. В. Моделирование цветения воды в Куйбышевском водохранилище в годы с различным режимом регулирования стока // Географический вестник. 2023б. № 2 (65). С. 92–104. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2020.3.430-444
  16. Рахуба А. В., Тихонова Л. Г. Оценка потока неорганического фосфора из донных отложений Куйбышевского водохранилища в период 2015–2016 гг. // Экологические проблемы бассейнов крупных рек – 6 : материалы Междунар. конф., приурочен. к 35-летию Ин-та экологии Волж. бассейна РАН и 65-летию Куйбышев. биостанции. Тольятти, 2018. С. 244–246.
  17. Садчиков А. П. Гидробиология: планктон (трофические и метаболические взаимоотношения). М. : НИЦ ИНФРА-М, 2016. 240 с.
  18. Халиуллина Л. Ю., Халиуллин И. И. Особенности сезонной динамики фитопланктона р. Кама (Куйбышевское водохранилище) в 2017 г. // Биология внутренних вод. 2022. № 6. С. 664–676. https://doi.org/10.31857/S0320965222060092
  19. Biophysical interactions in the plankton: A cross-scale review / J. C. Prairie, K. R. Sutherland, K. J. Nickols, A. M. Kaltenberg // Limnology and Oceanography: Fluids and Environments. 2012. Vol. 2, N 1. P. 121–145. https://doi.org/10.1215/21573689-1964713
  20. Carlotti F., Giske J., Werner F. Modeling zooplankton dynamics // ICES zooplankton methodology manual. Academic Press. 2000. P. 571–667. https://doi.org/10.1016/b978-012327645-2/50013-x
  21. Chattopadhayay J., Sarkar R. R., Mandal S. Toxin-producing plankton may act as a biological control for planktonic blooms – field study and mathematical modelling // Journal of Theoretical Biology. 2002. Vol. 215, N 3. P. 333–344.
  22. 3D Ecosystem Models as Decision Support Tools in the Gulf of Finland – the Kotka Archipelago as an Example / M. Kiirikkil, P. Valipakka, P. Korpinen [et al.] // Baltic Coastal Ecosystems. Central and Eastern European Development Studies. Springer, Berlin, Heidelberg. 2002. P. 293–309.
  23. Edwards C. A., Batchelder H. P., Powell T. M. Modeling microzooplankton and macrozooplankton dynamics within a coastal upwelling system // Journal of Plankton Research. 2000. Vol. 22, N 9, P. 1619–1648. https://doi.org/doi:10.1093/plankt/22.9.1619
  24. Franks P. J. S. NPZ models of plankton dynamics: their construction, coupling to physics, and application // Journal of Oceanography. 2002. Vol. 58. P. 379–387.
  25. Freshwater phytoplankton diversity: models, drivers and implications for ecosystem properties / G. Borics, A. Abonyi, N. Salmaso, R. Ptacnik // Hydrobiologia. 2021. Vol. 848. P. 53–75. https://doi.org/10.1007/s10750-020-04332-9
  26. High resolution 3D-ecosystem model for the Neva Bay and Estuary – model validation and future scenarios / P. Korpinen, M. Kiirikki, P. Rantanen [et al.] // Oceanologia. 2003. Vol. 45, N 1. P. 67–80.
  27. Levin S. A., Segel L. A. Hypothesis for origin of planktonic patchiness // Nature. 1976. N 259. P. 659.
  28. Mathematical modeling of phytoplankton in Lake Ontario / R. V. Thoman, D. M. Di Toro, R. P. Winfield, D. J. O’Connor. New York : Manhattan College, 1975. 124 p.
  29. Ménesguen A., Lacroix G. Modelling the marine eutrophication: A review// Science of The Total Environment, September 2018. Vol. 636. P. 339–354. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.04.183
  30. Mukhopadhyaya A., Tapaswib P. K., Chattopadhyayb J. A space-time state-space model of phytoplankton allelopathy // Nonlinear Analysis: Real World Applications. 2003. Vol. 4. P. 437–456.
  31. Reynolds C. S., Irish A. E. Modeling phytoplankton dynamics in lakes and reservoirs: the problem of in-situ growth rates // Hydrobiology. 1997. Vol. 349. P. 5–17.
  32. Straskraba M., Tundisi J. G., Duncan A. Comparative reservoir limnology and water quality management. Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 1993. 293 p.
  33. Suzuki M., Sagehashi M., Sakoda A. Modelling the structural dynamics of a shallow and eutrophic water ecosystem based on mesocosm observations // Ecological Modelling. 2000. Vol. 128, N 2–3. P. 221–243.
  34. Theil H. Appliied economic forecasting. Amsterdam, 1971. 256 p.

Полная версия (русская)