У дисертаційній роботі приведені результати експериментального дослідження і теоретичне узагальнення щодо вирішення наукової проблеми оцінки реальних можливостей управління якістю вод екосистем шельфових зон тропічних і помірних широт, що зазнають сильного антропогенного навантаження, на підставі аналізу даних багаторічного екологічного моніторингу і результатів числового математичного моделювання. Показано, що математичні моделі якості вод морських екосистем є ефективним інструментом екологічного планування, прогнозування, оцінки доцільності і виправданості різних управлінських рішень в області використання й охорони ресурсів морського середовища. У роботі отримані наступні наукові і практичні результати. 1. На основі системного аналізу даних екологічного моніторингу за 1988 – 99 рр. отримані нові відомості про режимні гідрохімічні характеристики Одеського регіону північно-західної частини Чорного моря і показаний їхній зв'язок зі стоком річок, гідрологічними умовами і явищами, а також режимами функціонування антропогенних джерел забруднення в прибережній зоні. Установлено, що: - у весняно-літній період року продукція фітопланктону в мористій частині акваторії може лімітуватися концентрацією мінерального фосфору; - у прибережній зоні моря концентрації фосфатів і амонію, як правило, значно вищі, ніж у мористій частині акваторії, що обумовлено впливом берегових антропогенних джерел і особливостями гідрологічного режиму; - поглибленню процесу евтрофування вод і розвитку гіпоксії в прибережній зоні сприяють часте, інтенсивне і тривале проникнення язика розпріснених вод із Дніпровсько-Бузького лиману навесні і розвиток прибережного вітрового апвеллінгу у весняно-літній період року. 2. Вперше на основі даних моніторингу виконано системний аналіз сучасного екологічного стану тропічних морських водойм колумбійського узбережжя Карибського моря, які зазнають значного антропогенного впливу: мілководної лагуни Сіенага де Теска, лиману естуарного типу Сіенага Гранде де Санта-Марта, глибокої морської бухти Картахена. Установлено, що: - у придонному шарі бухти Картахена у вологий сезон року (вересень-листопад) утворюється велика гіпоксія, обумовлена рівною мірою як скидами неочищених господарсько-побутових і промислових стічних вод міста, так і надходженням забруднених прісних вод річки Магдалена через канал Дікуе, у поєднанні з особливостями вітрового режиму і морфології басейну; - у результаті систематичних скидів неочищених господарсько-побутових стічних вод міста Картахена в мілководну лагуну Сіенага де Теска вона перетворилася в гіпертрофну, полісапробну водойму з порушеним природним балансом продукційно-деструкційних процесів і ознаками нестійкості у динаміці екосистеми; - необмежене надходження прісних вод з річки Магдалена в лиман Сіенага Гранде де Санта-Марта через систему штучних каналів у вологий сезон року впливає на якість його вод і приводить до розвитку процесу евтрофікації і створення несприятливих умов для вирощування цінних морекультур, відновлення багаторічних мангрових заростей. 3. Уперше розроблене методичне забезпечення технологічного ланцюжка прикладного екологічного моделювання якості морських вод: екологічний моніторинг – постановка задачі - розробка адекватної математичної моделі - її калібрування і верифікація - числові експерименти - науково-обґрунтовані рекомендації щодо збереження і поліпшення якості водного середовища і його ресурсів. 4. Уперше розроблена тривимірна нестаціонарна прикладна модель якості вод шельфових морських екосистем, яка може використовуватися для розрахунків динаміки вод, формування термохалинної структури і якості вод на акваторіях водних об'єктів, окремі ділянки яких мають підсіточний просторовий масштаб по одній з горизонтальних координат (гирла річок, вузькі протоки, канали і т.п.). Модель реалізована в криволінійній по вертикалі системі координат і оснащена: блоками евтрофікації різного рівня складності і комплексності організації; блоком самоочищення вод від забруднюючих речовин різних типів, блоком засвоєння гідрометеорологічної інформації на границях розрахункової області. Передбачено можливість оперативної зміни комплексності і робочої математичної структури моделі, виходячи з цілей і умов розрахунку. 5. Розроблено ієрархічний комплекс оригінальних за математичною структурою блоків евтрофікації, що розрізняються по числу перемінних і рівню деталізації взаємозв'язків між біотичними і абіотичними компонентами морської екосистеми (моделі), який дозволяє адекватно і з мінімальними витратами на екологічний моніторинг описати просторово-часову мінливість показників якості вод у морських акваторіях з різним ступенем евтрофікації вод. Розроблені рекомендації щодо застосування кожного з блоків. Запропоновано нову схему включення бактеріопланктону в структуру блоку евтрофікації, а також концепція розвитку моделі якості вод до рівня комплексної моделі функціонування водної екосистеми та екотоксикологічної моделі. 6. Розроблені вимоги до організації і структури екологічного моніторингу морського середовища, включаючи спеціалізовані експерименти, обумовлені необхідністю інформаційного забезпечення процесу розробки, адаптації, калібрування і використання моделей якості вод у вирішенні практичних задач океанології та екології моря. Визначені, систематизовані і розвинуті методичні підходи до визначення параметрів моделі якості вод за результатами екологічного моніторингу. 7. Узагальнені і систематизовані результати різних досліджень щодо визначення типових значень швидкостей хіміко-біологічних процесів, які враховуються в моделях якості вод морських і прісноводних екосистем, діапазонів їх мінливості і залежностей від характеристик водного середовища. 8. Розроблені оригінальні схеми і методики калібрування блоків евтрофікації моделі якості вод, що пройшли успішну апробацію і показали свою ефективність у вирішенні прикладних задач для морських акваторій і водойм, які відносяться до різних кліматичних зон, мають різні морфологічні, гідрологічні, гідрохімічні і гідробіологічні характеристики. 9. Розвинута та удосконалена методологія використання числових математичних моделей для визначення оптимальної стратегії управління якістю вод шельфових морських екосистем, що зазнають сильного антропогенного навантаження, шляхом вирішення наступних прикладних задач океанології та екології моря: - визначення відносних внесків нормованих і нерегульованих джерел у спостережуваний рівень забруднення морських акваторій з метою оцінки ступеню керованості якістю вод морської екосистеми; - визначення рівня і масштабів забруднення морського середовища локальними джерелами забруднення, ролі окремих локальних джерел у формуванні якості морського середовища; - вибір району розміщення джерела забруднення за критерієм мінімізації прогнозованого рівня забруднення в природоохоронних морських зонах; - розробка стратегії поліпшення якості вод частково і (чи) періодично цілком ізольованих морських акваторій (водойм) з урахуванням реальних можливостей: нормування скидів забруднюючих речовин береговими антропогенними джерелами; посилення проточності акваторії і водообміну з відкритою частиною моря шляхом будівництва різного роду гідротехнічних споруд; - оцінка ефективності інженерних заходів, спрямованих на поліпшення: якості вод і зменшення заносимості морських водойм естуарного типу шляхом регулювання витрат, теригенного і біогенного стоку річкових вод; кисневого режиму придонних вод глибоких, частково ізольованих морських акваторій. 10. Для кожної з досліджуваних шельфових морських акваторій, на основі результатів числових імітаційних експериментів з модифікаціями моделі якості вод, визначені оптимальні стратегії реалізації природоохоронних заходів, спрямованих на поліпшення якості водного середовища, а саме: - для б. Картахена: повне вилучення господарсько-побутових і часткове - індустріальних стоків міста (шляхом будівництва централізованої системи каналізації), одночасно з максимально можливим обмеженням надходження прісних вод р.Магдалена через канал Дікуе (шляхом будівництва шлюзу), зменшенням вмісту в них біогенних речовин (шляхом пропущення річкових вод через систему супутніх каналу проточних озер); - для лагуни Сіенага де Теска: на першому етапі – вилучення 80 % господарсько-побутових стоків міста шляхом будівництва централізованої системи каналізації; на другому етапі – посилення гідродинамічного промивання лагуни чистими морськими водами за рахунок будівництва системи гідротехнічних споруджень, що складається з двох каналів шириною 100 м і молу меридіональної спрямованості, який бере початок між ними; південний канал зв'язує море з західною частиною водойми, північний – зі східною; - для лиману Сіенага Гранде де Санта-Марта: спорудження шлюзів у каналах, що з'єднують річку Магдалена з комплексом озер Пахаралес і останній - з лиманом, для обмеження надходження прісних вод у лиман в сезон дощів; - для Одеського регіону ПЗЧМ: шляхом нормування скидів берегових антропогенних джерел можливо значно поліпшити екологічну ситуацію лише в районах основних випусків (СБО «Північна», «Південна») стічних вод у межах двомильної природоохоронної прибережної зони; нормування скидів біогенних речовин береговими джерелами найбільш ефективне у весняний період; переважно зменшувати скиди забруднюючих речовин, які містять фосфор - біогенний елемент, обмежуючий первинну продукцію органічної речовини; не рекомендується поновлення скидів з СБО «Північна» у море в літній період; рівень трофності вод у мористій частині акваторії формується під домінуючим впливом річкового стоку Дніпра і Південного Бугу; - для Тузловської групи лиманів: перетворення в проточну морську водойму, з високим ступенем водооновлення і якістю вод близькою до морського, шляхом спорудження на південному і північному краях піщаної коси-пересипу двох каналів шириною 50 м. Представлені в роботі оригінальні модифікації моделі якості вод апробовані при вирішенні прикладних екологічних задач для морських акваторій з різними морфологічними і режимними характеристиками, розташованими в різних кліматичних зонах. Розроблені та апробовані методики інформаційного забезпечення, адаптації, калібрування, верифікації і практичного використання цих моделей. Показані інформаційні і прогностичні можливості використання числових математичних моделей у вирішенні прикладних задач океанології та екології моря, пов'язаних з управлінням якістю вод шельфових морських екосистем, які зазнають сильного антропогенного впливу. | 