Modeliranje hidrodinamičnih, oceanografskih in okoljskih spremenljivk ter koncentracij živega srebra v morskem okolju

Nataša Sirnik (2011) Modeliranje hidrodinamičnih, oceanografskih in okoljskih spremenljivk ter koncentracij živega srebra v morskem okolju. Doktorska disertacija.

Predogled

PDF Prenos (11Mb)

Povzetek

Onesnaženost voda velja za enega ključnih ekoloških problemov današnjega časa. V Sloveniji in Sredozemlju je v rekah in morju poleg običajnih onesnaževal v visokih koncentracijah prisotno tudi živo srebro. Kot del reševanja problema onesnaženosti voda pri nas in v svetu razvijamo matematične modele, s katerimi je možno določiti obseg onesnaženja in možnosti sanacije. Model PCFLOW3D je 3D baroklini matematični model, ki ponuja možnost modeliranja hidrodinami čnih in nekaterih okoljskih spremenljivk v realnem času. V okviru disertacije smo model PCFLOW3D nadgradili z dvema konceptualnima pelagičnima modeloma za nižji del prehranjevalne verige, s konceptualnim bentoškim modelom mineralizacije organske snovi v sedimentih, z empiričnim modelom valovanja za Tržaški zaliv in z empiričnimi modeli za določanje skalarnih polj nekaterih okoljskih spremenljivk ter zvrsti živega srebra v Sredozemskem morju. Pri razvoju konceptualnih modelov smo se opirali predvsem na deli Crispi in sod. (2002) in Fennel in sod. (2006), pri razvoju empiričnih modelov pa smo uporabili metodi modelnih dreves (program Weka) in ANFIS kombinacijo mehke logike in nevronskih mrež (program Matlab Fuzzy Logic Toolbox). Nadgrajeni model PCFLOW3D ponuja možnost kvantitativnega modeliranja fosfatov, nitratov, amoniaka, kisika, zooplanktona, koncentracije klorofila-a in dveh velikostnih razredov fitoplanktona in detrita. Med procesi v vodnem stolpcu upošteva mineralizacijo detrita, nitrifikacijo, agregacijo manjših delcev v večje ter izmenjavo kisika med vodo in atmosfero. Bentoški model je namenjen določanju vpliva procesov mineralizacije organske snovi v sedimentih (aerobne respiracije, nitrifikacije in denitrifikacije) na vrednosti spremenljivk v vodnem stolpcu. Kombinirani bentoško-pelagični model omogoča ekološko modeliranje odprtih in priobalnih morij ter celinskih voda, z nekaj popravki pa ga lahko uporabljamo tudi za modeliranje kroženja ogljika ali drugih elementov. Empirični model valovanja za Tržaški zaliv ponuja možnost napovedi povprečne in vrčne periode valov, povprečne in maksimalne višine valov, srednje smeri potovanja valov in razpršenosti valov pri vršni periodi. Vhodne spremenljivke so pretekle vrednosti hitrosti in smeri vetra, sunkov vetra, privetrišča ter hitrosti in smeri tokov v vrhnjem sloju morja; iz meteorološke napovedi vhodnih spremenljivk lahko značilne vrednosti valov napovemo za poljubno število ur vnaprej. Rezultati modela so primerljivi z rezultati fizikalnih modelov valovanja, če jih uporabimo v priobalnih območjih s kompleksnimi hidrodinamičnimi in meteorološkimi pogoji. Model valovanja lahko v prihodnje uporabimo za modeliranje vpliva valovanja na resuspenzijo sedimentov z dna ter s tem povezanih sprememb koncentracije na delce vezanih onesnaževal v vodnem stolpcu in v sedimentih Tržaškega zaliva. Empirični modeli za določanje skalarnih polj konduktivnosti, transmisije in kisika v Sredozemskem morju so zelo dobro ocenjeni (r t 1.0); primarno so namenjeni natančnejšemu določanju koncentracije zvrsti živega srebra, ki je od njih odvisna. Empirični modeli za določanje skalarnih polj celokupnega, elementarnega, reaktivnega, monometil in dimetil živega srebra v Sredozemskem morju so slabˇse ocenjeni, iz strukture modelov pa lahko zaključimo, da na koncentracijo zvrsti živega srebra v Sredozemskem morju najbolj vplivajo koncentracija kisika, prisotnost delcev organske snovi in intenziteta svetlobe. Podobni empiriˇcni modeli za določanje koncentracije živega srebra v vodnem okolju, ki jih v prihodnje lahko razvijemo z orodji mehkega računanja ali z drugimi naprednejšimi metodami umetne inteligence, ponujajo v kombinaciji s konceptualnim bentoško-pelagičnim modelom in ostalimi moduli modela PCFLOW3D možnost določitve skalarnih polj zvrsti živega srebra v Sredozemskem morju ali na drugih območjih s podobno problematiko.

Akcije (potrebna je prijava)