Subject of research: this article addresses the issue of promptly identifying sources of pollution in small rivers using a modified Streeter – Phelps – Shishkin model that describes the processes of dispersion and degradation of organic pollutants in water.
Purpose of research: to develop a concept for an autonomous monitoring system capable of real-time detection of pollution sources, relying solely on data from oxygen sensors.
Methods and objects of research: the model is represented as a system of differential equations, with the inverse problem solved using the Nelder – Mead method.
Research findings: examples of code and simulation results are provided, demonstrating the impact of parameters such as discharge intensity and aeration coefficients on oxygen levels and pollutant concentrations along the river. To determine pollution characteristics like location and intensity of the discharge, the Nelder – Mead method is used to solve the inverse problem based on data from oxygen sensors. Numerical experiments have confirmed the method's sufficient accuracy for practical application. A concept for an autonomous monitoring system has been developed, which can identify pollution sources in real-time using only data from oxygen sensors. This approach has the potential to create effective and economical tools for environmental monitoring, protecting small water bodies from anthropogenic impact, contributing to ecosystem preservation and enhancing ecological safety.
Предмет исследования: в статье рассматривается проблема оперативного выявления источников загрязнения в малых реках с использованием модифицированной модели Стритера – Фелпса – Шишкина, описывающей процессы распространения и распада органических загрязнений в воде.
Цель исследования: создать концепцию автономной системы мониторинга, которая в реальном времени определяет источники загрязнения, опираясь исключительно на данные с датчиков кислорода.
Методы и объекты исследования: модель представлена в виде системы дифференциальных уравнений, для решения обратной задачи применяется метод Нелдера – Мида.
Основные результаты исследования: приведены примеры кода и результаты моделирования, демонстрирующие влияние таких параметров, как интенсивность сброса и коэффициенты аэрации, на уровни кислорода и концентрации загрязняющих веществ вдоль реки. Для определения характеристик загрязнения, таких как местоположение и интенсивность сброса, применяется метод Нелдера – Мида для решения обратной задачи по данным с датчиков кислорода. Численные эксперименты подтвердили достаточную точность метода для практического применения. Разработана концепция автономной системы мониторинга, способной в реальном времени выявлять источники загрязнения, используя только данные с датчиков кислорода. Такой подход обладает потенциалом для создания эффективных и экономичных инструментов экологического контроля, которые могут защищать малые водоемы от антропогенного воздействия, содействуя сохранению экосистем и повышению экологической безопасности.