Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 26 )

У створі нижче міста Житомира найменші концентрації Са2+ становлять 60-64 г/дм3 , Na+ - 28-30 мг/дм3 , Mg2+ - 18 мг/дм3 , К+ -1-2 мг/дм3, а найбільші концентрації такі: Са2+ - 100 мг/дм3 (03.04.96), Na+ - 90 мг/дм3 (08.10.96), Mg2+ - 35-38 мг/дм3 (28.11.95; 05.12.95), К+ - 20 мг/дм3 (10.04.97) (рис.4.14).

Рис.4.11. Зміна мінералізації води р. Гнилоп’ять нижче м. Бердичева

Рис.4.12. Зміна мінералізації води р. Уж нижче м. Коростеня на

протязі 1993-1997 рр.

Рис.4.13. Концентрації головних іонів у різні сезони гідрологічного року у воді р. Тетерів вище м. Житомира

Рис.4.14. Концентрації головних іонів у різні сезони гідрологічного року у воді р. Тетерів нижче м. Житомира

Сполуки азоту. Матеріалами досліджень представлені слідуючі сполуки азоту: амонійний азот ( ), нітритний азот ( ), нітратний азот ( ) та підрахована їх сума. Найвищими концентраціями характеризується амонійний азот. Він є показником “свіжого” забруднення води. На побудованих рисунках графіки зміни концентрації амонійного азоту майже співпадають з сумою сполук азоту, тому, характеризуючи, ми одночасно даємо характеристику сезонної зміни суми неорганічних сполук азоту.

Вище міста м. Житомир концентрації амонійного азоту у воді р. Тетерів коливаються на протязі року від 0,1 до 2,2 мг/дм3 (рис. 4.15).

В той же час в створі нижче міста коливання концентрацій мають значно більший розмах - від 0,1 мг/дм3 до 25 мг/дм3 (рис.4.16). Враховуючи те, що ГДК для становить 0,39 мг/ дм3 , то можна сказати, що у більшості проаналізованих проб реальні концентрації цієї сполуки перевищували ГДК. Найбільші значення іонів амонію (23 мг/дм3 ) спостерігаються у створі нижче міста в травні і листопаді, хоча високі концентрації спостерігаються також в липні (18 мг/ дм3 ) та в грудні (10 мг/ дм3). Це показано на рис.4.16. Найбільші концентрації у створі вище міста спостерігались під час осінньої межені - 2,2 мг/ дм3 (17.11.97р.) та - 1,8 мг/ дм3 (26.10.95р.).

Рис.4.15. Зміна концентрацій неорганічних сполук азоту у воді

р. Тетерів - м. Житомир (вище міста)

Рис.4.16. Сезонна динаміка концентрацій неорганічних сполук азоту у воді

р. Тетерів нижче міста Житомира

Концентрації нітритів і нітратів в обох створах незначні і жодного разу не перевищували ГДК. Характер їх сезонної динаміки схожий на характер зміни концентрації іонів.

Концентрації у воді р. Гнилоп`ять вище міста Бердичева коливаються в межах від 0,3 до 7,0 мг/дм3 (рис.4.17), а нижче міста досягають максимуму - 22 мг/дм3 (рис.4.18).

Рис.4.17. Сезонна зміна концентрацій неорганічних сполук азоту у воді р. Гнилоп’ять вище міста Бердичева

Рис.4.18. Сезонна зміна концентрацій неорганічних сполук азоту у воді р. Гнилоп’ять нижче міста Бердичева

Останнє пояснюється скидом комунально-побутових стічних вод. Найвищі. концентрації спостерігаються під час літньо-осінньої, або зимової межені. У березні і квітні концентрації найнижчі. В більшості проб концентрації цих речовин перевищують ГДК.

Коливання концентрацій у воді річки Уж в створі вище міста Коростеня характеризуються перепадом від 0 до 2,8 мг/дм3. Найвищі концентрації спостерігались у вересні 1993 року, в березні та червні 1994 року. В створі нижче міста Коростеня концентрації амонійного азоту значно вищі і змінюються на протязі року в межах від 0 до 6-22 мг/дм3. Найвища концентрація була відмічена у вересні 1997 року, що можна пояснити скидом великого об`єму господарсько-побутових вод в річку під час меженного періоду.

Мікроорганічні забруднювачі (СПАР, феноли, нафтопродукти та пестициди (a - ГХЦГ, g - ГХЦГ, b - ГХЦГ, ДДЕ, ДДТ)).

Концентрація нафтопродуктів та СПАР у воді р. Тетерів вище м. Житомира майже не змінювалась на протязі періоду спостережень і залишалась близькою до нуля. Лише в окремих випадках концентрації нафтопродуктів зростали до критичних значень - 2-3 мг/ дм3 (ГДК - 0,05 мг/дм3). Як правило, це пов`язано з випаданням значної кількості атмосферних опадів у травні і липні 1993 року та утворенні значного об`єму поверхнево-схилового стоку забрудненого нафтопродуктами (рис.4.19).

Рис. 4.19. Вміст нафтопродуктів у воді р. Тетерів вище м. Житомира

Така сама ситуація характерна і для створу нижче міста за однією лише відмінністю в тому, що найбільші концентрації нафтопродуктів тут не перевищують 1,2 мг/ дм3, що майже в 5 разів менше, ніж вище міста (рис.4.20). Це пояснюється тим, що зливові стоки з міської території направляються на комунальні очисні споруди.

Рис.4.20. Вміст нафтопродуктів у воді р. Тетерів нижче м. Житомира

У створі р. Гнилоп’ять вище міста Бердичева концентрації нафтопродуктів, в переважній кількості випадків, були незначними, близькими до нуля. Лише в лютому 1993 та 1995 років їх концентрації підвищувались до 0,9-0,6 мг/ дм3 (рис.4.21).

Рис.4.21. Вміст нафтопродуктів у воді р. Гнилоп’ять вище м. Бердичева

В створі нижче міста ситуація (рис.4.22) залишалась стабільною, за виключенням одного випадку зростання концентрації нафтопродуктів до 1,9 мг/дм3 (20.02.95р.).

Рис.4.22. Вміст нафтопродуктів у воді р. Гнилоп’ять нижче м. Бердичева

Концентрації СПАР переважно залишались стабільними за винятком одного випадку, коли вона досягла величини 0,4 мг/дм3 (18.03.93р.).

В створі р. Уж вище міста Коростеня коливання концентрацій нафтопродуктів відбувалися в межах від 0 до 0,6 мг/ дм3, при ГДК - 0,05. На початку періоду спостережень (1993 р.) відмічались найвищі концентрації нафтопродуктів від 0,4 до 0,6 мг/. На протязі 1994-1995 років концентрації нафтопродуктів були близькими до 0, а в 1996-1997 роках дещо підвищились до 0,1- 0,25 мг/. Концентрації СПАР змінювались від 0 до 0,38 мг/ дм3, причому у більшості випадків їх коливання були в межах від 0 до 0,1 мг/. В створі нижче міста Коростеня спостерігається практично таж сама картина сезонної динаміки розглядуваних речовин.

Для усіх пунктів спостережень концентрація фенолів залишалася стабільною на протязі року і майже не змінювалась в сезонному плані.

В зв`язку з різким зменшенням використання отрутохімікатів у сільському господарстві в останні роки у воді досліджуваних річок помітно зменшились концентрації a-, g-, b-ГХЦГ, ДДЕ, ДДТ.

Таким чином, проведені дослідження сезонної динаміки концентрацій розглянутих хімічних компонентів показали, що в характері їх сезонного розподілу проявляється вплив природних факторів та господарської діяльності людини. Природні фактори більше впливають на формування сезонної динаміки мінералізації, головних іонів, спричиняють появу високих концентрацій нафтопродуктів у повінь та дощові паводки. Господарські фактори є причиною надходження забруднюючих речовин у досліджувані річки і формують високі концентрації сполук азоту та мікроорганічних забруднювачів.

4.3.4. Багаторічна динаміка параметрів гідрохімічної системи та її основні тенденції

Для дослідження багаторічного гідрохімічного режиму були використані ряди гідрохімічних спостережень на річках Гнилоп`ять і Тетерів. Ці пункти спостережень являються найбільш забезпеченими гідрохімічною інформацією (з 1984 по 1997 р.).

Масив даних був розділений на групи показників, близьких за своїм генезисом: важкі метали, біогенні речовини, мікроорганічні забруднювачі.

За допомогою комп`ютерної програми “Stаtistika” були побудовані графіки динаміки концентрацій хімічних компонентів у воді річок Житомирської області.

Основна компонента динамічного ряду - тренд, що характеризує загальну закономірність руху, чи розвитку процесу у часі. Тренд описує фактично осереднено для періоду спостережень тенденцію розвитку процесу у часі (концентрації речовини).

При незначній тенденції досліджуваного ряду у часі і суттєвих коливаннях його рівнів (значень концентрацій) ряд може бути стаціонарним. В таких випадках, перш ніж перейти до визначення тренду, слід перевірити гіпотезу про його існування.

Найчастіше для цього використовується t-критерій Стьюдента. досліджуваний ряд розділяється на дві вибірки даних за два періоди часу, які порівнюються між собою.

При t ³ ta гіпотеза про відсутність тренду (нульова гіпотеза Но) відкидається, а при t ³ ta гіпотеза Но приймається. Тут t-розрахункове значення t-критерію, отримане для розрахункових даних, ta - табличне значення цього критерію при рівні ймовірності помилки a.

Критерій t розраховується за формулою

(4.1)

де y1 і y2 - середні для першої та другої сукупності спостережень, (для першої та другої половини ряду);

n1 і n2 - кількість спостережень у цих вибірках;

S - середнє квадратичне відхилення різниці середніх.

Значення ta береться з числом ступенів свободи n1 + n2 - 2. Необхідне значення S можна визначити на основі середньої зваженої величини дисперсій окремих сукупностей:

(4.2)

При оцінюванні дисперсій для першої і другої сукупності i, береться число ступенів свободи, що дорівнює відповідно n1 + n2 - 2.

Найбільш поширеним і простим шляхом виявлення тенденції розвитку є згладжування, або механічне вирівнювання динамічного ряду. Суть вирівнювання полягає у тому, що фактичні рівні часового (динамічного) ряду замінюються розрахунковими, які мають менші коливання, ніж вихідні дані. Зменшення амплітуди коливань вихідного ряду дозволяє наглядніше прослідкувати його тенденцію.

Найпоширенішим прийомом згладжування є застосування ковзаючих середніх. Їх застосування дозволяє згладити періодичні і випадкові коливання і тим самим виявити тенденцію розвитку.

Нехай динамічний гідрохімічний ряд складається із рівнів (значень концентрацій) уt, t=1,..., n. Для кожних m послідовних рівнів цього ряду (m<n) можна підрахувати середню величину. Розрахувавши середнє значення концентрації речовини для перших m значень переходять до розрахунку середнього для рівнів у2, ... , уm+1, потім у3, ... , уm+2 і т. д. Таким чином, інтервал згладжування (інтервал для якого розраховується середнє значення легко віднести до центру інтервалу згладжування. Для згладжування використовується формула

(4.3)

де у1 - значення ковзаючого середнього для моменту t (t=1, ... , n);

у1 - фактичне значення рівня в момент і;

тут i - порядковий номер рівня в інтервалі згладжування.

Величина р визначається за формулою

(4.4)

де m - тривалість інтервалу згладжування (кількість значень).

Існують і інші формули, побудовані на основі наведених тут. Крім того, усі прикладні пакети статистичних програм до ЕОМ мають програму згладжування динамічного ряду методом ковзаючих середніх.