Перш ніж перейти до методології побудови моделей конкретних екологічних ситуацій, розглянемо загальні положення теорії математичного моделювання.

Сутність методу моделювання полягає в тому, що поряд з досліджуваною системою-оригіналом, яку позначають , розглядають її модель, якою виступає інша система, що є образом (подібністю) оригіналу S0, при моделюючому відображенню f; це прийнято записувати .

Математичні моделі лягають в основу інтеграції інформації що торкається біогеоценозів. Вони дозволяють пов’язати в єдине ціле результати окремих спостережень, перевести їх на єдину математичну мову і ефективно використовувати при вирішуванні нагальних проблем.

Математичне моделювання в екології є потужним засобом розвитку цієї науки. Для створення математичних моделей екологічних процесів не рідко вкладається багаторічна праця наукових колективів, наприклад: математична модель формування ґрунту, модель міграції хімічних елементів у гірських породах, модель гідродинаміки ґрунтових вод і ін.. Сумісна творча праця спеціалістів різних галузей знань дозволяє з’ясувати відповідні властивості біогеоценозу, дістати той чи інший біологічний закон, записаний у математичній формі. Такий закон носить спочатку гіпотетичний характер. Тільки експеримент, який підтверджує його, дозволяє цей абстрактний закон зробити надбанням науки.

4.1. Джерела забруднення водоймищ

В теперішній час внаслідок забруднення природних вод неочищенними або недостатньо очищеними стоками в державі спостерігається недостача чистої води. Часто недостача прісної води обумовлена якісним виснаженням водних ресурсів, тобто забруднення водотоків та водоймищ різними хімічними речовинами та брухтом. Водотоки та водоймища вважаються забрудненими, якщо склад або стан їх вод змінився в результаті діяльності людини до такого ступеня, що вони стали непридатними для цілей, яким вони відповідали до початку їх користування людиною.

Джерелами забруднення поверхневих або підземних вод являються речовини, мікроорганізми або тепло. Найбільшої шкоди наносять стічні води побутової та виробничої діяльності людини.

На практиці використовується також поняття “міські стічні води”, які являють собою суміш побутових та виробничих стічних вод. Побутові, виробничі та атмосферні стічні води відводяться як сукупно, так і окремо. Але найбільш широке розповсюдження набули системи сукупного водовідведення, коли всі три категорії стічних вод відводяться по одній загальній мережі труб та каналів. Стічні води являють собою складні гетерогенні суміші, що у своєму складі мають речовини органічного та мінерального походження, нерозчинні та розчинні.

Склад виробничих стічних вод може коливатися у значних межах, що призводить до необхідності ретельного обгрунтування вибору надійного та ефективного засобу очищення в кожному конкретному випадку. Кількість виробничих стічних вод визначається в залежності від виробництва підприємства за нормами водокористування та водовідведення для різноманітних галузей промисловості.

Водоймища забруднюються в основному в результаті попадання до них стічних вод від промислових підприємств та населених пунктів. В результаті скиду стічних вод змінюються фізичні властивості води (збільшується температура, зменшується прозорість, з'являються присмаки, запахи); на поверхні водоймища з'являються плаваючі речовини, а на дні утворюється осад; змінюється хімічний склад води (збільшується вміст органічних та неорганічних речовин, з'являються токсичні речовини, зменшується вміст кисню); змінюється якісний та кількісний склад, з'являються хворобливі бактерії. Забруднені водойища стають непридатними для питного, а часом і для технічного водозабезпечення, втрачають рибогосподарське значення.

В результаті процесів перетворення забруднюючих водоймища речовин, що відбуваються під дією природних факторів, в водних джерелах проходить повне або часткове відновлення їх первинних властивостей. При цьому можуть утворюватись другорядні продукти розпаду забруднень, негативно впливаючі на якість води.

Самоочищення води водоймищ - це сукупність взаємопов'язаних гідродинамічних, фізико-хімічних, мікробіологічних і гідробіологічних процесів, що ведуть до відновлення первинного стану водного об'єкту.

У зв'язку з тим, що у стічних водах промислових підприємств можуть знаходитись специфічні забруднення, їх спуск в міську водовідвідну мережу обмежен рядом вимог. Виробничі стічні води, які випускають у водовідвідну мережу не повинні:

- порушувати роботу мереж і споруд;

- містити більше 500 мг/л завислих та вспливаючих речовин;

- містити речовини, здатні забруднити мережу чи відкладатися на стінках труб;

- виявляти руйнівної дії на матеріал труб та елементи очищувальних споруд;

- містити горючі суміші та розчинні газоподібні речовини, здатні утворювати вибухонебезпечні суміші;

- містити шкідливі речовини, що перешкоджують біологічному очищенню стічних вод чи скиду у водоймище;

- мати температуру вище 40 0С.

Виробничі стічні води, що не задовільняють цих вимог, повинні старанно очищуватись і лише після цього скидатись у міську водовідвідну мережу.

Подібно побутовим скидам діють також і відходи харчової промисловості, що скидаються у каналізацію. Концентрація органічних речовин в цих відходах часом вище, ніж у побутових. Особливо багато стічних вод утворюється на молочних фермах, пивоварних, винних та цукрових заводах, на кондитерських фабриках. Багато промислових стічних вод, наприклад, які поступають з металургійних та хімічних заводів, забруднюють водоймища речовинами, що забирають кисень, отрутами, у тому числі важкими металами, цианістими сполуками, вуглеводами. Їх дія на водоймища дуже шкідлива. Ці отрути послаблюють життєдіяльність водних організмів, тому на великих ділянках ріки, куди скидаються такі відходи, процеси самоочищення зовсім не відбуваються або майже не відбуваються, і якість води майже не покращується.

Стічні води устаткування по промиванню гравію роблять воду мутною, в результаті чого погіршується проникність світла, а у зв'язку з цим зменшується біологічне виробництво кисню. До того ж, придонні організми покриваються випадаючим із води осадом та гинуть. Можливі також забруднення водоймищ радіоактивними речовинами із ядерних технологічних установок і лабораторій, а також забруднення збудниками хвороб, особливо зі стічними водами лікарень.

Промислові підприємства скидають стічні води прямо в річки. Стоки з полів також поступають в річки та