14873 (Моделювання технологічних процесів в рибництві)

Міністерство освіти і науки України

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

Кафедра прикладної математики

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ЗАВДАННЯ

до виконання курсової роботи

„Моделювання технологічних процесів в рибництві”

для студентів 5 курсу

спеціальності 7.130301 „ Водні біоресурси”

Рекомендовані до видання

методичною комісією факультету екології та природокористування

РІВНЕ-2010

Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни „Моделювання технологічних процесів в рибництві ” для студентів спеціальності 7.130301„Водні біоресурси” /Л.Д. Бачишина, - Рівне: НУВГП, 2010.-24 c.

Упорядники: Л.Д. Бачишина – старший викладач кафедри прикладної математики

Відповідальний за випуск: Мандигра М.С.– доктор ветеренарних наук, професор, завідувач кафедри водних біоресурсів

Зміст

1. Мета i завдання курсової роботи

2. Тематика курсових робіт

2.1 Вибір теми курсової роботи

2.2 Приклади тем курсових робіт

3. Вимоги до курсової роботи

3.1 Оформлення курсової роботи

3.2 Вимоги до розробки бази даних

4. Захист курсової роботи

5. Приклад типової курсової роботи

1. Мета i завдання курсової роботи

Згідно з навчальним планом для студентів спеціальності „Водні біоресурси” факультету екології та природокористування НУВГП передбачено виконання курсової роботи з дисципліни Моделювання технологічних процесів в рибництві ”

Виконання цієї роботи є завершальним етапом вивчення дисципліни «Моделювання технологічних процесів в рибництві» i має своєю головною метою:

Засвоєння методики математичного моделювання екосистем;

Засвоєння методів дослідження таких систем;

Застосування ЕОМ для дослідження екосистем;

Кожна курсова робота є проблемно-орієнтованою, а тому містить певну наукову новизну. Виконання роботи сприяє залученню студентів до сучасних проблем і є підґрунтям для майбутніх дипломних та науково-дослідницьких робіт.

Курсова робота повинна містити

постановку задачі;

математичну модель задачі;

тестовий приклад;

аналіз отриманих результатів;

В прoцeci виконання курсової роботи студент повинен узгоджувати з керівником роботи вci відхилення від поставленого завдання, може консультуватися по незрозумілих та важких питаннях на консультаціях i заняттях. Виконання роботи розбивається на етапи. При цьому своєчасність i якість виконання студентом кожного етапу фіксується в журналі викладача, а надалі враховується при захисті курсової роботи та її оцінюванні.

2. Тематика курсових робіт

2.1 Вибір теми курсової роботи

Тема кожної курсової роботи визначається керівником роботи з урахуванням побажань студента.

Тематика курсових робіт розробляється i затверджується на кафедрі прикладної математики.

2.2 Приклади тем курсових робіт

Використання методів математичного моделювання для вдосконалення технологій вирощування товарної риби у ставах.

Математичне моделювання екосистем за умов комплексного

антропогенного впливу глобального потепління.

Дослідження якості води в екосистемах континентальних водойм та морів

Фізіологічні, біохімічні та біофізічні процеси у водних біосистемах різних рівнів організації

Екологічні та економічні засади розвитку іхтіології та рибництва за умов ринкової економіки.

Науково-технологічні основи розвитку аквакультури та марикультури.

Моделювання, гідроекологічніх процесів за умов комплексного антропогенного впливу

Моделювання динаміки запасів ляща у водосховищах.

Моделювання експлуатації водосховищ.

Математичне моделювання антропоморфних крокуючих систем.

Комплексний аналіз рибної галузі.

Еоколого-цитогенний моніторинг при вирощуванні коропа в рибницьких ставках.

Оцінка помісних коропів від схрещування.

Моделі і методи підтримки прийняття рішень в системах управління водогосподарськими підприємствами.

Математичне моделювання стану довкілля.

Моделювання трофічного ланцюга водойми

Математичне моделювання процесів забруднення води.

Модель управлiння водосховищем

Побудова картодіаграми забруднення території викидами промислових підприємств

Парна лінійна регресія

Багатофакторна регресія

Методи дослідження часових рядів.

3. Вимоги до курсової роботи

3.1 Оформлення курсової роботи

Курсова робота повинна містити наступне:

Титульний лист (див. приклад курсової роботи).

3міст (з вказанням сторінок).

Вступ (короткий виклад важливості проблеми, що розглядається, 1-2 ст.).

Розділ 1 – короткий огляд літератури за вибраною темою, 10-15 ст.

Розділ 2 – математична модель та тестовий приклад з розрахунками, 5-7 ст.

Висновки, 2-3ст.

Список використаної літератури.

Курсова робота оформляється на листах формату А4, що зверху нумеруються i зшиваються з лівої сторони. Ліве поле повинне бути від 25 до 30 мм, праве - не менше 10 мм; верхнє – 20 мм; нижнє – 20 мм.

Текст повинен відповідати змісту. Всі пункти змісту викладаються чітко i коротко. Кількість сторінок від 20 до 30.

3.2 Вимоги до розробки бази даних

Курсова робота повинна містити математичну модель згідно виьраної теми та розрахунки виконані в електронного процесора Excel, або будь-яким іншим програмними продуктами.

4. Захист курсової роботи

Оформлена курсова робота подається студентом разом з файлом розрахункуі на диску до захисту. Захист роботи проходить у формі співбесіди. Під час захисту потрібно коротко розповісти про зміст задачі, основні етапи дослідження моделі. На поставлені запитання по виконаній роботі студент повинен дати вичерпні відповіді. Мета опитування полягає у встановленні глибини засвоєння студентом відповідного матеріалу з курсової роботи, ступеня самостійності її виконання. При оцінюванні роботи враховується якість її виконання i оформлення, своєчасність виконання етапів роботи, результати співбесіди.

5. Приклад типової курсової роботи

Зміст

Вступ

Моделювання водних екосистем

Класифікація моделей якості води

Однокомпонентні моделі якості води

Двокомпонентні моделі якості води

Багатокомпонентні моделі якості води

Модель управлiння водосховищем

Висновки

Література

Вступ

Широке використання математичних методівта моделей є важливим напрямком удосконалювання аналізу господарської діяльності в будь-який галузі сучасного суспільства, що підвищує ефективність аналізу діяльності підприємств та їхніх підрозділів. Це досягається за рахунок скорочення термінів проведення аналізу, більш повного охоплення впливу факторів на результати комерційної діяльності, заміни наближених чи спрощених розрахунків точними обчисленнями, постановки і розв’язку нових багатовимірних задач аналізу.

Сформульовану математично задачу господарського аналізу можна розв’язати одним з відомих математичних методів. Наприклад, задачі управління запасами можуть розв’язуватись методами математичного програмування та із застосуванням теорії масового обслуговування. Сітьове планування і управління використовують різноманітні математичні методи. Наприклад, методи елементарної математики використовуються в економічних розрахунках при обґрунтуванні потреб у ресурсах, обліку витрат на виробництво, розробці планів, проектів, при балансових розрахунках і т.д.

Найбільшого поширення в сучасній економіці отримав метод аналізу „витрати-випуск”. Це матричні (балансові) моделі, що дозволяють у найбільш компактній формі представити взаємозв'язок витрат і результатів виробництва. Зручність розрахунків і чіткість економічної інтерпретації головні особливості матричних моделей. Це важливо при створенні систем механізованої обробки даних, при плануванні виробництва продукції з використанням ЕОМ.

Сучасна біологія також активно використовує різноманітні розділи математики, теорії ймовірностей та статистики.

Багато вчених висловлювали думку про те, що область знань стає наукою лише тоді, коли виражає свої закони у вигляді математичних співвідношень. Лише в ХХ столітті з’явились експериментальна біологія, мікробіологія, біохімія, біофізика, молекулярна біологія, які вивчають природні явища, активно використовуючи фізичні хімічні та математичні методи.

У зв’язку з індивідуальність біологічних явищ говорять саме про математичні моделі в біології. Слово модель тут підкреслює лише те, що мова іде про абстракцію, математичний опис деяких якісних характеристик процесів, що в цій системі відбуваються. При цьому вдається зробити і кількісні передбачення у вигляді статистичних закономірностей. В окремих випадках, наприклад, в біотехнології, математичні моделі використовуються для визначення оптимальних режимів виробництва.

Моделювання водних екосостем

Класифікація моделей якості води

Прогноз стану поверхневих вод базується на математичному моделюванні процесів формування якості води з урахуванням зовнішніх впливів на водний об'єкт. За рівнем складності моделі якості води поділяють на 4 основні групи:

• балансові моделі, в основі яких лежить баланс між надходженням, обсягом і зміною маси речовини у водному об'єкті.

• однокомпонентні моделі, що описують трансформацію однієї окремої речовини у водному середовищі;

•двохкомпонентні моделі, що описують взаємозалежну трансформацію органічних речовин і розчиненого кисню в поверхневих водах;

• багатокомпонентні моделі, що описують взаємозалежну трансформацію декількох речовин у водній масі.

Найбільш важливі практичні задачі, що виникають при математичному та імітаційному моделюванні у водній екології.

Модель розповсюдження токсичних речовин, яка враховує процеси фізичної, хімічної та біологічної трансформації забруднювачів.

Модель динаміки розчиненого у воді кисню та органічних речовин, що піддаються окисленню.

Модель динаміки біогенних елементів, яка враховує вплив азоту і фосфору на процес евтрофікації води у водосховищах.

Модель водного режиму річки або озера, яка враховує водність, водообмін та водоспоживання, підземний сток, випаровування з поверхні водного дзеркала.

Однокомпонентні моделі якості води

Розрахунок процесів переносу і трансформації речовин здійснюється на основі рівняння турбулентної дифузії. Реальні водотоки є безнапорними турбулентними потоками. Турбулентність проявляється як різкі стрибки швидкостей між прилягаючими шарами рідини. Між сусідніми шарами рідини відбувається обмін домішки. Цей обмін зумовлений двома механізмами: молекулярний – тепловий рух молекул і турбулентний – пульсація швидкостей.

Закономірності переносу речовини турбулентним потоком описуються тривимірним рівнянням турбулентної дифузії:

. (1)

Тут c – концентація, t - час, x,y,z – координати (вісь x напрямлена вздовж потоку), Dx,Dy,Dz – коефіцієнти молекулярно-турбулентної дифузії, vx,vy,vz - складові швидкості потоку рідини, k – коефіцієнт самоочистки, f – функція подачі забруднення.

Дво- і тривимірні рівняння, як правило, не мають аналітичного розв'язку і їх розв'язують чисельними методами з застосуванням ЕОМ. Для водотоків звичайно використовується одномірне рівняння поздовжньої дисперсії, що отримується з тривимірного рівняння турбулентної дифузії усередненням його по живому перерізу потоку. Цей випадок має місце для нешироких водойм, якщо ігнорувати процеси самоочищення. Рівняння набирає вигляду:

. (2)

Рівняння (2) дозволяє моделювати процеси забруднення чистої води стоками підприємств та розбавлення стічних вод чистою водою.

Нехай в басейн стічних вод, що має постійний об’єм Q(м3) надходять стоки з витратою q (м3/с), концентрацією солей c1(мг/м3). Розглянемо динаміку концентрації солей c в басейні, при початковій концентрації c=c0. Тоді рівняння (2) має аналітичний розв'язок

(3)

Параметр характеризує час повного оновлення води у басейні. Графік розв’язку зображений на наступному рисунку. Те ж саме рівняння (2) дозволяє прослідкувати динаміку забруднення у випадку, коли відбувається розбавлення стічних вод у басейні чистою водою.

Для довгострокових прогнозів використовують форму рівняння для стаціонарного випадку . Рівняння поздовжньої дисперсії при граничній умові С(0) = С0 має вигляд