Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 29 )

Таблиця 4.11

Факторні навантаження внутрішніх параметрів макро-ГХС поверхневих вод Житомирської області

Показники

1 група

2 група

3 група

4 група

5 група

PH

0,182503

-0,2046

0,781642

-0,24254

-0,11335

O2

-0,39998

-0,13197

-0,36728

0,21589

0,215645

M

0,282567

0,335827

0,766684

0,03064

0,309251

H

0,128241

-0,03185

0,941044

0,038598

0,033112

NH4

0,592771

0,473643

0,02617

0,428723

0,197928

NO2

0,751331

0,033706

-0,08856

0,016914

-0,12096

NO3

0,572676

-0,19354

0,227648

-0,44093

-0,22181

P

0,719045

-0,14883

0,38725

-0,27411

-0,13327

FE

0,161756

0,356487

0,4209

-0,23353

0,024762

CU

-0,22632

0,165652

0,048843

0,798628

0,278411

MN

-0,22685

0,15116

0,001487

0,467022

0,391119

ZN

-0,17947

0,304589

0,176841

0,762981

-0,0189

CR

-0,23383

-0,1133

-0,08802

0,727952

-0,18578

PO

0,800167

0,097836

0,193377

-0,18128

0,090015

BO

0,823769

0,005978

0,178649

-0,29169

0,105898

BSK5

0,490062

-0,1097

0,304203

-0,56224

-0,14149

FEN

0,154551

-0,01475

0,269923

-0,18586

0,414548

NAFT

-0,46014

-0,16089

-0,16776

0,19063

0,444438

SPAR

0,09652

0,097968

0,088623

0,250019

0,710293

DDE

0,020749

0,949029

0,066699

0,09279

0,03376

DDT

0,024911

0,956552

-0,01209

0,087906

0,028943

PO4

0,727311

-0,12956

0,408324

-0,28854

0,003257

HCO3

0,268901

0,240178

0,760697

0,022819

0,353662

SO4

0,698134

0,095726

0,485066

-0,19041

-0,16928

CL

0,626177

0,378164

0,476559

-0,07691

0,278641

CA

0,179772

-0,09708

0,854442

0,209033

-0,21823

MG

0,334318

0,23374

0,6282

-0,37429

0,010211

NA

0,641212

0,377713

0,45367

-0,03864

0,258287

K

0,622073

-0,04134

0,485464

-0,05497

-0,11087

A_GXZH

0,015531

0,962975

0,0134

0,060555

-3,4E-05

Y_GXZH

-0,39107

0,282032

0,306446

0,103846

0,190959

B_GXZH

-0,04968

0,02847

0,029007

-0,011

0,556191

Із приоритетних показників, визначених на етапі стиснення двох інформаційних матриць, було складено вторинну інформаційну матрицю для виконання безпосередньо факторного аналізу з метою пошуку реально існуючих факторів формування ГХС, описання фізико-хімічних процесів всередині ГХС та встановлення основних напрямків речовинно-енергетичних потоків як всередині макросистеми , так і зовні її.

Проведення процедури факторного аналізу дозволило виявити факторну структуру ГХС, яка була представлена п’ятьма факторами. Фактори були ранжовані, тобто розміщені у порядку зменшення їх абсолютних величин, які виражаються величиною загальної дисперсії фактора на показниках, які він включає (рис.4.28) та значимістю фактора, яка характеризує вклад конкретного фактора у формування загальної дисперсії усіх показників, включених до факторного аналізу і виражається у процентах (рис.4.29).

Представлені вище рисунки добре ілюструють знайдені фактори кількісно, характеризують їх співвідношення, абсолютну величину, частку кожного у формуванні ГХС. Вони також добре виражають ієрархію структурної будови гідрохімічної системи.

Рис.4.28. Кількісна характеристика знайдених факторів

(загальна дисперсія фактора на показниках, які він включає)

Рис.4.29. Характеристика значимості факторів за величиною частки їх внеску у формування гідрохімічної системи

В наступній таблиці 4.13, яка власне є результуючою таблицею факторних навантажень, розрахованих після варімаксного обертання факторів визначених методом головних компонент, показано розподіл навантажень окремих факторів на ознаки тих чи інших факторів. Можна також факторні навантаження з деяким допущенням інтерпретувати як кореляцію окремих показників з виділеними факторами.

Таблиця 4.12 надає всю необхідну інформацію для дослідження функціональної структури гідрохімічної системи, виявлення та інтерпретації основних системоформуючих процесів та їх чинників.

В той же час висока інформативність цієї таблиці ускладнює процес дослідження. Щоб полегшити роботу та покращити представлення даних, було запропоновано результати факторного аналізу подавати у вигляді блок-схем.

Блок схема факторного аналізу параметрів досліджуваної ГХС подана на рис.4.30. На ній у графічній формі представлено п’ять основних факторів формування гідрохімічної системи поверхневих вод Житомирського Полісся.

Перший фактор представлений такими показниками як використання мінеральних добрив на сільськогосподарських угіддях в межах річкових водозборів, рядом гідрохімічних показників: перманганатна та біхроматна окислюваність, вміст сульфатів, хлоридів, фосфатів. Наявність лише цих параметрів як індикаторів фактору №1 недостатня для успішної ідентифікації цього фактору. Саме тому в якості додаткової інформації використані дані про кореляційні зв’язки міх параметрами гідрохімічної системи. Ці зв’язки показані на схемі стрілками з указанням коефіцієнтів парної кореляції між зв’язаними показниками.

Таблиця 4.12

Розподіл факторних навантажень між параметрами макро-ГХС поверхневих вод Житомирського Полісся

Показник

Фактор 1

Фактор 2

Фактор 3

Фактор 4

Фактор 5

M

-0,33476

-0,03434

-0,66546

0,017231

-0,16119

OTR

0,19623

0,778728

0,439

-0,0812

0,143741

DG

0,036921

0,781674

0,387936

-0,14027

0,027166

ER

0,172878

0,539843

0,204257

-0,46775

0,026428

MEL

-0,14103

-0,15577

-0,92171

0,047078

0,016576

ZAB

-0,13171

-0,42503

-0,80734

-0,02893

-0,03103

STV

0,284869

-0,1308

0,075116

0,755821

-0,06749

VYK

0,376761

-0,05758

0,279729

0,702467

-0,06646

RIL

-0,41867

0,613287

-0,04495

0,171968

-0,2464

NNAS

0,440661

0,089297

0,150307

0,755209

0,098414

LIS

0,092193

-0,29173

-0,64539

-0,36898

0,021591

LSU

0,026161

0,938732

-0,09805

0,053023

-0,02761

SUP

-0,42902

-0,59546

-0,48892

0,035553

-0,18664

VRH

-0,09782

0,434176

-0,7429

-0,26063

-0,11212

VAP

0,257635

0,550756

0,190094

-0,40943

0,365885

MIN

0,540366

0,377067

-0,01185

-0,19767

0,445587

BO

0,857767

0,0213

0,175392

0,122719

-0,04322

PO

0,82888

0,124301

0,129322

0,239407

0,040677

HCO3

0,361574

0,404217

0,53669

0,439964

0,205502

SO4

0,815145

0,125335

0,07937

0,037457

0,052114

CL

0,703639

-0,09171

0,321758

0,341289

0,347601

CA

0,417737

0,527538

-0,24621

0,133161

0,000784

NH4

0,314078

0,064189

0,020384

0,639519

0,471313

PO4

0,861384

0,103227

0,080648

0,123628

-0,19957

CU

-0,45196

-0,02676

-0,11022

0,518258

0,339197

ZN

-0,31195

0,267304

-0,36282

0,505264

0,451438

SPAR

-0,27998

-0,27238

0,499127

0,601735

0,05107

DDT

-0,0262

-0,03872

0,099294

0,073249

0,910319

A _GXZH

-0,0141

0,022347

0,124239

0,072457

0,911111

Рис.4.30.

НА ОКРЕМОМУ ФАЙЛІ

Детальний розгляд цих зв’язків дає нам дуже багато додаткової корисної інформації, без якої не можна зробити впевнено висновок про процеси формування якості води в межах даної ГХС.

Наявність реальних кореляційних зв’язків між величиною внесення мінеральних добрив, сполуками азоту, сульфатами, хлоридами, фосфатами та кальцієм з одного боку та з показником водного стоку – модулем стоку з поверхні водозбору (М) з другого боку, свідчить про дифузне надходження продуктів розкладу мінеральних добрив з поверхнево-схиловим стоком з водозбірних територій. Вплив водного стоку підтверджується наявністю статистично значимих кореляційних зв’язків між водним стоком та вмістом сульфатів, хлоридів, іншими показниками фактору №1 – показниками, що характеризують винесення органічних речовин. Величини окислюваності у значній мірі формуються за рахунок надходження у воду отрутохімікатів (коефіцієнт кореляції rotr/po=0,62), які використовуються на сільськогосподарських угіддях у межах водозборів.

Дифузне походження сульфатів, хлоридів, фосфатів як продуктів розкладу мінеральних добрив підтверджує цілий ряд кореляційних зв’язків між ними та іншими параметрами – індикаторами саме цього речовинно-енергетичного потоку у гідрохімічній системі. Так, наприклад, зв’язок фосфатів і кальцію вказує в цьому випадку на вимивання широко вживаного мінерального добрива – суперфосфату - Ca(H2PO4)2, який добре розчиняється у воді.

Зв’язки сульфатів, хлоридів з калієм ( кореляційні коефіцієнти становлять відповідно 0,78 та 0,58) свідчать про збагачення поверхневих вод цими сполуками як продуктами розкладу найпоширенішого у сільському господарстві України мінерального добрива – хлориду та сульфату калію.

Дані досліджень показують [282], що при використанні на сільськогосподарських угіддях калійних мінеральних добрив типу KCl. MgSO4.3H20 (каїніт), K2SO4.2MgSO4 (калімаг), KCl. MgCl2.6H2O ( карналіт), KCl. NaCl+ домішки (сільвініт), з розрахунку 90-100кг/га калію, в грунти попутно надходить в залежності від виду добрив на 1 га : Сl - - 91-160 кг, Mg2+ - 55-100 кг, SO42- - 220 –265 кг, Na+ до 53 кг, всього від 213 до 770 кг солей, які є певного роду баластом, з одного боку, і суттєвим джерелом названих іонів у ґрунтових водах, з іншого.

Кореляційна структура параметрів ГХС вказує ще на один важливий момент, який необхідно враховувати при проведенню заходів по запобіганню дифузного винесення забруднюючих речовин з поверхні водозборів. Це характер ґрунтового покриву. Глинисті та суглинисті ґрунти утримують поверхневий стік на своїй поверхні, інфільтраційні втрат добрив тут незначні, тому основна частина продуктів розкладу мінеральних добрив надходить у річкові води з поверхнево-схиловим стоком з їх водозбірних територій.

Трьохсторонні зв’язки хлоридів, органічних речовин та отрутохімікатів свідчить чітко про вимивання хлорорганічних пестицидів з ґрунтового покриву та надходження їх у річкову сітку.