Mathematical modeling of mineral nitrogen, mineral phosphorus transfer and water current in the Curonian Bay

Abstract

Monitoring of mineral nitrogen, mineral phosphorus concentrations and water current velocities in the northern part of the Curonian Bay was carried out on April 10 and 11, 2002. Investigations of the mentioned parameters were carried out in the Lithuanian part of the Curonian Bay between Kaliningrad Region and the Klaipėda Strait, and the hydrometeorological situations were considered simultaneously. Mineral nitrogen concentration in the period of observations were varied within 1.240 and 1.711 mg/l, and mineral phosphorus concentrations ranged from 0 to 0.009 mg/l. Water current velocity values ranged between 0.01 and 0.3 m/s. Nitrogen and phosphorus promote biological water pollution. Transfer of these admixtures depends on water stream velocities and direction. Therefore, mathematical modeling of the processes of admixture transfer and water current was proposed. The method of objective analysis was used for calculating the concentration field of mineral nitrogen, mineral phosphorus and the field of water current velocities. Because of the lack of measurement results, repeated calculations were carried out to find an optimum coincidence of the calculation and measurement data. Autocorrelation functions of mineral nitrogen, mineral phosphorus and water current velocities were calculated. The agreement between the measurement and calculation results was satisfactory.

2002 m. balandžio 10 ir 11 d. Kuršių mariose buvo matuojamos mineralinio azoto, mineralinio fosforo koncentracijos ir vandens tėkmių greičiai. Tirta visa Kuršių marių Lietuvos akvatorija nuo sienos su Kaliningrado sritimi iki Klaipėdos sąsiaurio žiočių. Tuo pačiu metu buvo įvertinta ir hidrometeorologinė situacija. Maksimali mineralinio azoto koncentracija buvo 1,711 mg/l, minimali – 1,240 mg/l. Maksimali mineralinio fosforo koncentracija buvo 0,009 mg/l, minimali – 0 mg/l. Maksimalus vandens tėkmės greitis buvo 0,3 m/s, minimalus – 0,01 m/s. Azoto ir fosforo junginiai Kuršių mariose skatina planktono vystymąsi, kartu sukeldami biologinę vandens taršą, vadinamą vandens žydėjimu. Šių junginių pernaša priklauso nuo vandens tėkmių greičio ir krypties, kuri dažnai keičiasi dėl hidrometeorologinės situacijos pokyčių. Todėl aktualu plėtoti priemaišų pasiskirstymo procesų ir vandens tėkmių Kuršių mariose matematinį modeliavimą. Siekiant atstatyti mineralinio azoto, mineralinio fosforo koncentracijų lauką ir vandens tėkmių greičių lauką, taikytas objektyvios analizės metodas. Atlikti daugkartiniai skaičiavimai, siekiant nustatyti Kuršių mariose atliktų matavimų ir skaičiavimo rezultatų optimalų sutapimą. Skaičiuojant buvo keičiama mineralinio azoto, mineralinio fosforo koncentracijos ir vandens tėkmių greičių autokoreliacinė funkcija. Nustatytas apskaičiuotų duomenų sutapimas su matavimų duomenimis eksperimento paklaidų ribose.