Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 27 )

Оскільки ковзаюче середнє замінює центральний член кожних m рівнів, то для р початкових і кінцевих рівнів вона не може бути розрахована. Як наслідок, при згладжуванні за трьохрічною ковзаючою середньою (m=3), губиться перший і останній рівень ряду, за п`ятирічною середньою - два перших і два останніх значення і т. д.

Якщо отримані розрахункові значення у1 ще зберігають значні коливання вихідного ряду, то процес осереднення можна повторити, тобто виконати повторне згладжування.

В процесі згладжування динамічного ряду можна спостерігати певну трансформацію динаміки ряду добре відому статистикам як ефект Слуцького. Для нівелювання впливу трансформаційних процесів на результати дослідження динаміки гідрологічних і гідрохімічних рядів рекомендується застосувати спеціальну методику, розроблену [10 ].

Для виявлення тенденцій розвитку динамічних рядів використовується також метод зважених ковзаючих середніх, який дає можливість виявити детальніше деякі зміни в загальному ході тренду (хвилі, чи вигини), які згладжуються простою ковзаючою середньою [280, 281].

Для дослідження багаторічного гідрохімічного режиму були використані матеріали спостережень на річках Гнилоп`ять (вище і нижче міста Бердичева) і Тетерів (вище і нижче міста Житомира). Для цих пунктів спостережень по даним гідрохімічних досліджень були побудовані графіки динаміки концентрацій хімічних компонентів.

Отримані результати можна проілюструвати графіками зміни у часі концентрацій забруднюючих речовин та їх трендами (рис.4.23).

Рис.4.23. Зміна концентрацій деяких забруднюючих речовин

Рис. 4.24. Зміна вмісту розчиненого кисню, БСК5, завислих речовин ZAV та величини рН води для р. Гнилоп’ять у створі вище м. Бердичева

на протязі 1984 – 1997 рр.

На річці Гнилоп`ять спостерігаються наступні тенденції зміни концентрацій хімічних речовин у часі:

1) зростає величина БСК5, розчиненого кисню та зважених речовин (рис.4.24);

2) постійно знижується концентрація мікроорганічних забруднювачів (a-гексахлорциклогексан, ДДЕ);

3) у більшості випадків спадає концентрація таких мікроорганічних забруднювачів як нафтопродукти, ДДТ, g-гексахлорциклогексан).

Найбільші середні темпи зміни концентрацій гідрохімічних показників у воді річок Тетерів та Гнилоп`ять - це зростання концентрацій зважених речовин, цинку, марганцю та спадання концентрацій a-ГХЦГ і ДДЕ.

Найбільше зростання концентрації цинку помічено в створі нижче міста Житомира, що пов`язано, на нашу думку, з зростанням об`єму промислових та комунально-побутових стічних вод міста. Ця думка підтверджується ще й тим, що вище міста зростання концентрації цього металу незначне.

Що стосується марганцю, то його збільшення помічено в створі вище міста Житомира (темп росту 325%). Це, очевидно, пов`язано з надходженням цього металу в складі гумусових речовин, змив яких з сільськогосподарських угідь в районі цього створу в останні роки значно збільшився (темп росту зважених речовин 760%). Зростання концентрацій марганцю на річці Гнилоп`ять в створі нижче міста Бердичева пов`язано з скидами стічних вод цього міста.

Зменшення концентрацій a-ГХЦГ та ДДЕ на протязі періоду спостережень пов`язано з припиненням використання звичайно прийнятої кількості пестицидів на сільськогосподарських угіддях. Це можна проілюструвати слідуючим рисунком (рис. 4.25).

Рис.4.25. Зменшення концентрацій пестицидів у воді

р. Тетерів на протязі 1984-1997 рр.

Що стосується нафтопродуктів, то помічено зменшення їх концентрацій в створі р. Тетерів - м. Житомир - на 44%, а в створі р. Гнилоп`ять - м. Бердичів, навпаки, помічена тенденція до зростання - на 100%. Очевидно, це пов`язано з надходженням нафтопродуктів з поверхнево-схиловим стоком з території міста.

Помічені тенденції до зростання СПАР в створах річок нижче міст. Концентрації фенолів не мають тенденцій ні до спадання, ні до зростання, залишаються стабільними на всьому протязі періоду спостережень.

Аналіз графічних матеріалів з метою систематизації часових трендів концентрацій забруднюючих речовин у воді річок Гнилоп`ять і Тетерів показано у табл.4.9.

Таблиця 4.9

Систематизація часових трендів концентрацій забруднюючих речовин у воді річок Житомирського Полісся (“ä“ - зростаючий тренд, “à“ - стабільний тренд, “æ“ - спадаючий тренд) та відносні показники їх зміни

Пункти спостережень

Хімічні показники

р. Тетерів - м. Житомир

р. Гнилоп`ять - м. Бердичев

вище міста

нижче міста

вище міста

нижче міста

тренд

DС, %

тренд

DС, %

тренд

DС, %

тренд

DС, %

Зважені речовини

ä

760

ä

750

ä

260

ä

200

рН

à

0

à

0

à

0

à

0

О2

ä

31

ä

71

ä

25

ä

25

Сума іонів

à

11

ä

38

à

20

à

21

Cu

à

0

à

13

à

0

à

0

Mn

ä

325

ä

100

ä

150

ä

340

Zn

ä

133

ä

450

ä

79

ä

66

Біхроматна окислюва-ність(ХСК)

ä

66

ä

120

ä

100

à

12

БСК5

à

0

æ

-33

ä

80

ä

33

Феноли

à

0

à

0

à

0

à

0

Нафто-

продукти

à

-20

æ

-44

æ

-100

ä

100

СПАР

à

22

ä

30

à

0

ä

20

a-ГХЦГ

æ

-84

æ

-100

æ

-100

æ

-66

g-ГХЦГ

æ

-100

æ

-100

à

-10

à

-4

ДДЕ

æ

-100

æ

-115

æ

-100

æ

-146

ДДТ

ä

50

æ

-100

æ

-100

æ

-100

Представлена таблиця є результатом проведених досліджень зміни у часі концентрацій забруднюючих речовин у воді річок та виявлення тенденцій зміни у часі цих речовин (табл.4.10).

Таблиця 4.10

Факторні навантаження зовнішніх параметрів макро-ГХС поверхневих вод Житомирської області

Показники

Група 1

Група 2

Група 3

Група 4

Група 5

M

-0,68785

0,218046

0,310652

0,313469

0,009334

SG

-0,38036

0,077514

0,015309

0,334609

-0,6004

LIS

0,131124

0,114066

0,933684

-0,20664

0,083761

MEL

-0,62949

0,028448

0,707421

0,172779

-0,02398

ZAB

-0,4402

-0,01987

0,825099

-0,05691

0,169628

STV

0,018131

-0,84168

-0,00532

-0,15857

0,155609

VYK

0,035537

-0,8988

-0,25325

-0,11032

-0,0331

RIL

-0,1569

0,091063

-0,28641

0,835926

0,284013

SIN

-0,23055

0,169277

0,900033

-0,09386

0,13485

PAS

-0,75217

0,214388

0,49058

0,163097

0,191123

BUD

0,308606

-0,65286

0,325591

0,250946

0,351727

SSU

0,126446

-0,13574

-0,43312

0,44997

-0,49001

LSU

0,265205

-0,11777

-0,06319

0,834982

-0,20213

SUP

-0,53686

0,137186

0,464188

-0,16602

0,568338

ZP

-0,12154

0,131596

0,007748

-0,71384

0,519054

P

-0,64875

0,334817

0,009683

-0,24357

0,175253

KYS

-0,05359

0,285464

0,393478

0,48084

0,485059

DG

0,683845

-0,04094

-0,24044

0,561105

-0,07274

ER

0,838856

0,167633

0,116663

0,31256

-0,13889

VRH

-0,03591

0,232228

0,635747

0,628838

0,018226

SW

0,160795

0,241918

0,000198

0,879771

-0,24807

NSH

0,317013

0,239652

-0,84998

-0,06646

0,116858

BEN

0,048482

-0,93781

-0,0022

0,08352

0,165502

DIS

0,082584

-0,91973

-0,07427

-0,12667

-0,22409

NNAS

0,01693

-0,89551

-0,16719

-0,04216

-0,21279

VAP

0,435923

0,207575

-0,09866

0,300687

-0,72218

MIN

0,297952

-0,05729

0,079214

0,008828

-0,77661

ORG

0,208204

0,450943

0,749725

-0,22375

-0,0996

OTR

0,663134

-0,14308

-0,32782

0,467617

-0,32442

Ця таблиця складена для наочного показу основних тенденцій розвитку гідрохімічних процесів у воді річок. Різнонаправленими стрілками вказано зростання, спадання і стабільність концентрацій хімічних компонентів. В таблиці 4.10 також показані середні темпи зміни концентрацій гідрохімічних показників у воді річок (DС). Середні темпи зміни концентрацій розраховані за формулою.

(4.5)

де Ск і Сn - кінцева і початкова концентрації гідрохімічних показників.

Аналізуючи таблицю 4.10 можна зробити такі висновки:

1. постійно зростають концентрації зважених речовин, цинку, марганцю та хімічне споживання кисню (ХСК), а також вміст розчинного кисню;

2. переважно зростає концентрація суми іонів та концентрація СПАР;

3. в стабільному стані знаходиться концентрації фенолів та міді;

4. БСК5 на річці Тетерів (вище міста Житомира) знаходиться в стабільному стані, а нижче міста Житомира спадає.

При побудові графіків багаторічної динаміки концентрацій хімічних компонентів у воді річок Житомирської області були використані такі позначення: Sum - сума іонів; ВО - біхроматна окислюваність; ZАV - завислі речовини; О2 - розчинений кисень; BSК5 - БСК5; Cu - мідь; Zn - цинк; Mn - марганець; AGXZG - a-ГХЦГ; YGXZG - g-ГХЦГ; ДДЕ; ДДТ.

4.4. Дослідження факторів формування гідрохімічної системи методами системного аналізу

4.4.1. Дослідження структури гідрохімічних

систем шляхом аналізу

їх часових інформаційних матриць.

Концентрації хімічних речовин у річкових водах характеризуються значною мінливістю у часі і у просторі. Ця мінливість є результатом прояву дії тих чи інших природних та антропогенних чинників, під впливом яких формуються зовнішні і внутрішні речовинно-енергетичні зв’язки гідрохімічних систем (ГХС).

Для дослідження механізмів формування та функціонування ГХС була зроблена спроба виявити основні фактори формування гідрохімічних процесів на основі дослідження часових матриць гідрохімічних параметрів. Такі матриці були сформовані на основі даних спостережень Гідрометслужби України та частково доповнені даними з інших джерел та результатами інших досліджень, що виконувалися в ПНДЛ гідроекології та гідрохімії і охоплювали період 1984-1996 рр.