УПРАВЛЕНИЕ АЛЬГОРЕМЕДИАЦИЕЙ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ГОРОДА НА ОСНОВЕ МУЛЬТИФРАКТАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ
Authors: Насонов А.Н. 
Published: December 2024

Актуальность работы определяется необходимостью контроля и управления состоянием водных экосистем в случае проведения природоохранных и восстановительных мероприятий. Важно, что такое управление носит характер внешнего, когда экосистема не может самостоятельно компенсировать негативное действие внешней антропогенной нагрузки, а результатом становится катастрофа. Альгоремедиация в этом случае становится тем внешним механизмом, который постепенно выправляет негативное развитие экосистемы, усиливая ее адаптационные свойства за счет увеличения биоразнообразия. Сложность формализованного описания подобных процессов продиктована их нелинейностью - степенным распределением наступления катастрофы, когда действие факторной нагрузки на экосистему становится избыточным, и она не может поддерживать свою жизнеспособность в прежнем качестве. Это отвечает концепции самоорганизованной критичности (SOK), рассматривающей динамику развития сложной системы, как чередование фаз развития-сохранения до тех пор, пока этот цикл не утрачивается. Цель работы заключается в формализации описаний процессов восстановления водных экосистем в условиях городских сред на основе альгоремедиации (патент RU 275539 C1). В этом случае управление развитием водных объектов сводится к управлению рисками наступления неустойчивости, когда вероятность разрушения экосистемы становится максимальна. Экологические риски возникают в случае, если развитие экосистемы не обеспечивается сохранением ее биоресурса, т.е. нарушается предельный цикл адаптации экосистемы во внешней среде. Методами исследования выбраны фрактальный и факторный анализы, как наиболее адекватно описывающие влияние факторных нагрузок на репродуктивность (восстановление) экосистемы. Показано, что предельность цикла восстановления экосистемы сохраняется до наступления неустойчивости, когда уровень внешней нагрузки полностью детерминирует ее восстановление. Результаты работы и их обсуждение основываются на анализе снижения экологических рисков водного объекта в результате его альголизации. Показано, что управление восстановлением водного объекта в математическом плане сводится к оценке близости фрактальных мер антропогенной преобразованности экосистемы к состояниям ее неустойчивости.

The relevance of the work is determined by the need to control and manage the state of aquatic ecosystems in the case of environmental protection and restoration measures. It is important that such management is external in nature, when the ecosystem cannot independently compensate for the negative effect of the external anthropogenic load, and the result is a catastrophe. In this case, algoremediation becomes the external mechanism that gradually corrects the negative development of the ecosystem, enhancing its adaptive properties by increasing biodiversity. The complexity of a formalized description of such processes is dictated by their non-linearity - the power-law distribution of the onset of a catastrophe, when the effect of the factor load on the ecosystem becomes excessive and it cannot maintain its viability in the same quality. This corresponds to the concept of self-organized criticality (SOK), which considers the dynamics of the development of a complex system as an alternation of development-preservation phases until this cycle is lost. The purpose of the work is to formalize descriptions of the processes of restoration of aquatic ecosystems in urban environments based on algoremediation (patent RU 275539 C1). In this case, the management of the development of water bodies is reduced to managing the risks of instability, when the probability of ecosystem destruction becomes maximum. Environmental risks arise if the development of an ecosystem is not ensured by the conservation of its biological resource, i. e. the limit cycle of adaptation of the ecosystem in the external environment is violated. The fractal and factor analyzes were chosen as research methods, as they most adequately describe the influence of factor loads on the reproduction (recovery) of the ecosystem. It is shown that the limit of the ecosystem restoration cycle remains until the onset of instability, when the level of external load completely determines its restoration. The results of the work and their discussion are based on the analysis of reducing the environmental risks of a water body as a result of its algolization. It is shown that the management of the restoration of a water body in mathematical terms is reduced to an assessment of the proximity of the fractal measures of the anthropogenic transformation of the ecosystem to the states of its instability.