Системний синергетичний підхід в вивченні динаміки площ сільськогосподарських угідь за рівнями ґрунтових вод

Задорожний А.І., к.т.н., доц.
Кузнєцова Л.В., Скляренко О.О. 4 курс ГМФ

Розвиток підтоплення сільськогосподарських угідь на півдні України - складний процес, що визначали в останні десятиліття, як природні, так і антропогенні фактори. Цей процес потребує для свого вивчення методології системного аналізу, методів науки про розвиток динамічних нерівноважних систем, тобто трактування з позицій синергетики. Незворотність станів - обов’язкова властивість відкритих нерівноважних систем, бо такі системи можна повернути до вихідного стану, лише змінивши навколишнє середовище і затративши додаткову енергію на її перетворення.

Оскільки процеси в геологічних об’єктах незворотні, то їх бажано було б аналізувати із застосуванням математичного апарату нерівноважної термодинаміки. Але за цими рівняннями в частинних похідних не можна розрахувати енергетичні, потенційні й кінетичні параметри для реальних геологічних об’єктів. Зокрема, динаміку площ за рівнем ґрунтових вод нами запропоновано вивчати статистичним методом побудови гістограм. Метод гістограм полягає в тому, що в певний момент часу (рік, місяць тощо) фіксується “зріз” системи - гістограма розподілу площ за рівнем ґрунтових вод. Розглядаючи послідовно такі “зрізи” можна спостерігати як еволюційний розвиток системи, так і структурні зміни (появу або зникнення підтоплених площ).

Наведемо кілька типових гістограм, що виражають кількісно-якісні послідовні зміни станів системи, тобто відповідну динаміку площ (рис). З гістограми “погіршення стану об’єкту” бачимо, що об’єкт на початковому етапі дослідження знаходиться в задовільному стані (підтопленні площі відсутні), надалі відбувається поступова якісна зміна стану об’єкту - перехід до появи частини підтоплених площ. На гістограмі “покращення стану об’єкту” спостерігається інша ситуація, на початковому етапі об’єкт знаходиться в задовільному стані, але надалі відбувається стрімке зростання кількості площ з рівнем ґрунтових вод до 2,0 м (погіршення якісного стану об’єкту), після чого стан об’єкту поступово повертається до первинного. На гістограмі “покращення - погіршення - покращення стану об’єкту” об’єкт на початковому етапі спостережень знаходився в незадовільному стані, надалі стан поступово змінюється в напрямку покращення, після чого знову відбуваються структурні зміни стану об’єкту, однак і після цього проходять кількісні зміни, відбувається зменшення підтоплених площ, що призводить до якісного покращення еколого-меліоративного стану. Встановлено, що методологічною основою прийняття оптимальних рішень в складних системах є синергетика, наука про системи, що самоорганізуються і розвиваються. Для аналізу довгострокової динаміки синергетичних процесів розвитку підтоплення сільськогосподарських угідь запропоновано метод системного статистичного аналізу (побудова гістограм).

Динаміка розподілу площ за рівнем ґрунтових вод (кількісно-якісних зміни станів синергетичної системи) на основі гістограм

погіршення стану об’єкту

покращення стану об’єкту

покращення - погіршення - покращення стану об’єкту