Разработка программы для анализа, оценки и прогнозирования эвтрофикации водоемов на языке программирования Python

В статье рассматривается разработка программного обеспечения для анализа, оценки и прогнозирования эвтрофикации водоемов с использованием языка программирования Python. Эвтрофикация – это процесс, характеризующийся избыточным накоплением питательных веществ в водоемах, что приводит к ухудшению качества воды и негативным последствиям для экосистемы. Разработано программное обеспечение для персонального компьютера, которое использует методы машинного обучения и статистического анализа для обработки данных о химическом составе воды: содержание в ней минеральных веществ, водородные показатели pH и температура, которая влияет на эвтрофикацию водных объектов. Программа состоит из модулей сбора данных и предварительной обработки, которые основаны на эмпирических моделях, позволяющих составить сценарий развития ситуации. Основное внимание уделяется разработке интуитивно понятного интерфейса, который позволяет пользователям без глубоких знаний в программировании взаимодействовать с инструментом. Представлены результаты тестирования программы на данных, полученных по результатам наблюдения и отбора проб за 2023-2024 гг. из Нижнего фермского пруда. Сравнение результатов, оценка точности прогнозирования с помощью программы с полученными экспериментальными данными за два года исследований показывают эффективность разработанного программного обеспечения. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными составило не более 5%, что говорит о возможности использования данного инструмента для прогнозных расчетов и составления сценария развития экологической обстановки, применения превентивных мер для предотвращения или минимизации цветения водных объектов. Таким образом, программное обеспечение – полезный инструмент для экологов, исследователей и органов управления водными ресурсами, способствующий более эффективному управлению водоемами и сохранению их экосистем.

1. Дидманидзе О.Н. Экспериментальные исследования влияния освещения на эвтрофикацию водоемов и работу систем капельного орошения / О.Н. Дидманидзе, А.В. Евграфов, Д.А. Москвичев [и др.] // Природообустройство. 2024. № 3. С. 6-12. DOI: 10.26897/1997-6011-2024-3-6-12. EDN: OGHRMF

2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024683359 Российская Федерация. «Техническое обслуживание и ремонт автомобилей»: № 2024682911: заявл. 02.10.2024: опубл. 14.10.2024 / Д.А. Москвичев, А.С. Гузалов, А.В. Евграфов, Д.А. Филимонов; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева». EDN: AKVBAS

3. Зиновьева А.Е. Влияние активной реакции воды (pH) на распределение водных и прибрежно-водных растений в водоемах юга Обь-Иртышского междуречья / А.Е. Зиновьева, Д.А. Дурникин // Известия Алтайского государственного университета. 2012. № 3-2 (75). С. 21-24. EDN: PMDMCF

4. ГОСТ 31865-2012. Вода. Единица жесткости. М.: Стандартинформ, 2019.

5. Ивчатов А.Л. Химия воды и микробиология: Учебник / А.Л. Ивчатов, В.И. Малов. М.: ИНФРА-М, 2011. 216 с. EDN: QKTQGH

6. Беспалова К.В. Питьевое водоснабжение в условиях массового развития сине-зеленых водорослей на водохранилищах / К.В. Беспалова, А.В. Селезнева, В.А. Селезнев // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2021. № 2. С. 121-134. DOI: 10.35567/1999-4508-2021-2-9. EDN: KSKHDN

7. Москвичев Д.А. Особенности разработки компьютерной программы для систем управления тракторами сельскохозяйственного назначения на основе искусственного интеллекта / Д.А. Москвичев, Р.Т. Хакимов // АгроЭкоИнженерия. 2024. № 4(121). С. 29-37. DOI: 10.24412/2713-2641-2024-4121-29-37. EDN: OAPAPS

8. Москвичев Д.А. Применение интеллектуальных и роботизированных систем в сельском хозяйстве / Д.А. Москвичев // Международная научная конференция молодых учёных и специалистов, посвящённая 180-летию со дня рождения К.А. Тимирязева: Сборник статей, Москва, 05-07 июня 2023 года. М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2023. С. 554-557. EDN: ZITRIM

9. Москвичев Д.А. Совершенствование системы мониторинга сельскохозяйственной техники / Д.А. Москвичев // Материалы Международной научной конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 150-летию со дня рождения А.Я. Миловича: Сборник статей, Москва, 03-05 июня 2024 года. М.: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2024. С. 535-539. EDN: PZSLBK

10. Eremina T. Analysis of decadal dynamics of eutrophication parameters in the Eastern part of the Gulf of Finland / T. Eremina, A. Ershova, E. Lange // 8th Baltic Sea Science Congress: Book of abstracts, St. Petersburg, 22-26 августа 2011 года. St. Petersburg: Russian State Hydrometeorological University, 2011. P. 219. EDN: IXKJIS