Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 47 )

1

2

Рис.7.3. Багаторічна динаміка (1) та циклічний тренд (2) зміни середньорічних витрат р. Горинь в створі с. Оженін

Слід відзначити, що отриманий таким чином прогноз говорить лише про загальну, найбільш вірогідну тенденцію подальшого розвитку циклічного тренду змін середньої водності р. Горинь, але не несе ніякої інформації ні про можливі значення середньорічної витрати Q Горині в окремі конкретні роки, ні, навіть про можливе перевищення або неперевищення ним, розрахованої по всьому інтервалу 1914-1987 рр, його середньобагаторічної величини Q = 28,3 м3/с. Для відповіді на це питання необхідно лише виявити та екстраполювати в майбутнє елементи періодності, що проявляються в окремих часових рядах річного стоку, або спробувати знайти та використати зв`язок цього стоку з визначаючими хід окремих природних процесів і, зокрема, водності Дніпра, косміко-геофізичними факторами [281].

7.5. Прогноз параметрів регіональної гідрохімічної макросистеми басейну річки Горині на період до 2005 р.

Для виявлення статистичних зв`язків досліджуваних гідрохімічних характеристик р. Горині один з одним та з річковим стоком використано кореляційний аналіз (метод кореляційних матриць), а для описання еволюторних тенденцій зміни цих характеристик у часі і зв`язку їх зі стоком Q - визначення методом найменших квадратів параметрів лінійних рівнянь регресії. Результати кореляційного аналізу приведені в таблиці 7.5, в якій на перетині рядків та стовпців виписані величини коефіцієнтів кореляції між величинами, представленими цими рядками та стовпцями.

В крайньому правому стовпці приведені коефіцієнти кореляції, що характеризують направленість і тісноту зв`язків цих величин з часом, тобто еволюторність їх зміни, а в самому нижньому рядку - математичні очікування Х досліджуваних величин.

З правої крайньої колонки табл. 7.5 випливає, що невеликий вклад в дисперсію (мінливість) цих величин вносять еволюторні тенденції зміни в часі середньорічних витрат р. Горинь та концентрації в її водах іонів Cl-, , Mg2+ і Са2+. Коефіцієнти кореляції піддіагональної частини матриці свідчать про те, що багаточисельні гідрохімічні характеристики р. Горинь пов`язані позитивними кореляційними зв`язками і змінюються в часі в цілому синхронно.

Такими характеристиками є концентрація іонів і Cl-, Mg2+ і Cl-, і Na++K+, жорскості води та суми іонів Σi, Fe2+ та Na++K+ та ін. Окремі пари характеристик, для яких R < 0, змінюються асинхронно. До них відносяться такі пари, як Mg2+ та Ca2+, Mg2+ і Σi, жорсткість і Na++K+ та ін. З лівої вертикальної колонки випливає, що в цілому синхронно зі стоком Q змінюються концентрації Cl-, Mg2+ і жорсткість води та асинхронно - суми іонів Σі і Na++K+ використовувати час (кількість років t, що минули після 1949 р.). У ряді випадків як аргумент для прогнозування можна використовувати прогноз середньорічного стоку, а в окремих випадках, коли зв`язки з часом і стоком відсутні або дуже слабкі - прогнози концентрацій домішок, які тісно корелюють з концентрацією, що прогнозується. У випадку, коли ні один з використаних зв`язків не відноситься до явно переважаючих, результативний прогноз можна розраховувати як середньозважену величину з окремих прогнозів за окремими аргументами.

ТАБЛИЦЯ 7.5

НА ІНШОМУ ФАЙЛІ

Вагомими коефіцієнтами в цьому випадку виступають коефіцієнти детермінації, що рівняються квадрату коефіцієнта кореляції Д(xi, xj) =R2(xi, xj), що характеризує тісноту зв`язку між величинами xi, xj, що розглядаються. Всі, складені таким чином прогнози зведені у підсумкову таблицю 7.6. В цій таблиці в лівому заглавному стовпці наведені іони та мінералізація, значення яких прогнозуються, у другому стовпці приведені прогностичні рівняння, за якими здійснювалось прогнозування цих концентрацій за аргументами, що містяться в цих рівняннях (t, Q або q), в третьому і четвертому стовпцях приведені коефіцієнти кореляції R і детермінації (R2), які характеризують ці рівняння, а в п`яти стовпцях, що знаходяться праворуч, - прогнози концентрацій іонів як по кожному з прогностичних аргументів, що використовуються, так і відповідний їм результативний середньозважений прогноз. В нижньому рядку таблиці наведений прогноз водності р. Горинь, що використовується в якості аргументу.

З наведених даних випливає, що концентрації всіх домішок, що розглядаються, у водах р. Горині мають помітні тенденції еволюторної зміни в часі, яке буде продовжуватись і в недалекому майбутньому і в період 2005-2010 рр. призведе до формування середніх концентрацій, які будуть суттєво відрізняться від їх середньобагаторічних величин, розрахованих за весь період їх спотережень в минулому.

Зокрема, на тлі очікуваного поступового зменшення середньої водності р. Горинь у створі с. Оженін (під впливом внутрішньовікового циклу її змін) слід очікувати явно виражене збільшення концентрацій в її водах більшості іонів (особливо та Cl-), а також помітного зменшення концентрацій іонів Са2+. Слід відзначити, що у зв`язку з припиненням подальшого розвитку атомної енергетики та зростанням вироблення електричної і теплової енергії за рахунок спалювання органічного палива, що пов`язане з відповідним збільшенням викиду і обумовленим ним ростом концентрацій в атмосферних опадах і річковому стоці, реальні майбутні концентрації у водах р. Горині та інших водних об`єктах можуть виявитись вищими від спрогнозованих.

7.6. Прогноз параметрів гідрохімічної макросистеми р. Горинь та її притоків з

використанням балансового методу

Вибір найбільш репрезентативних параметрів гідрохімічної системи для їх прогнозування здійснюється на базі результатів попереднього аналізу даних багаторічних гідрохімічних спостережень на річках досліджуваного району.

При цьому враховувалась пріоритетність або значимість кожного з показників якості води як параметрів (елементів) гідрохімічної системи для характеристики кожної групи хімічних рчовин, що є в річкових водах. Критеріями відбору таких показників служили дані про перевищення ГДК хімічними компонентами, які присутні у воді, і дані про домінуючі показники хімічного складу стічних вод, що надходять e річкову мережу. Враховувалась також і забезпеченість кожного показника матеріалами гідрохімічних спостережень.

Таблиця 7.6

Статистичний прогноз тенденцій змін гідрохімічних характеристик р. Горинь в створі м. Оженін на період 1995-2010 р

Іони

Прогнози

концентрацій іонів, як функції часу t і стоку Q R

R2

Прогнози концентрацій q на період

1990-2010 р.

1990 р.

n = 41

1995

n = 46

2000

n = 51

2005

n = 56

2010

n = 61

Cl -

q = 0.97t-2.67

q = 0.97Q-10.2

Результуючий прогноз

0.858

0.736

37.1

41.9

46.8

51.6

56.5

0.678

0.460

26.6

25.7

23.8

21.1

17.4

33.1

35.7

37.9

39.8

41.4

q = 0.71t+16.8

0.556

0.311

45.9

49.5

53.0

56.6

60.1

åі q = 0.395t+410.6

q = -3.8Q+492

Результуючий прогноз

0.281

0.079

426.8

428.8

430.7

432.7

434.7

-.229

0.052

340.0

343.8

351.1

362.8

378.0

392

394

399

405

412

Na++K+

q = 0.198 Q SO42-+8.04

q = -0.26Q+19.8

Результуючий прогноз

0.576

0.332

17.1

17.8

18.5

19.2

19.2

-.272

0.184

9.8

10

10.6

11.3

12.3

14.5

15.0

15.6

16.2

16.8

Ca2+

q = -0.48t+84.1

-.429

0.184

64.4

65.4

66.3

57.2

54.8

Mg2+

q = 0.212t+8.37

q = 0.46Q+2.8

Результуючий прогноз

0.465

0.216

17.1

18.1

19.2

20.2

21.3

0.317

0.100

21.2

20.7

19.8

18.4

16.6

18.4

18.9

19.4

19.6

19.8

Fe2+ q = 0.015t+0.212

q = 0.005Q+0.18

Результуючий прогноз

0.205

0.042

0.810

0.902

0.977

1.052

1.127

0.211

0.044

0.382

0.375

0.365

0.350

0.330

0.61

0.64

0.67

0.70

0.73

Статистичний прогноз водного стоку р. Горинь, Q м3/с

40

39

37

34

30

У результаті було відібрано 13 показників якості води. Для характеристики сольового складу вод вибрано три показники - мінералізація (сума всіх розчинених солей), вміст хлоридних і сульфатних іонів. Їх вибір зумовлений переважно антропогенним генезисом цих сполучень та зростанням їхніх концентрацій в природних водах, що спостерігається в глобальному масштабі для гідрохімічних макросистем планетарного рівня.

У цю групу входить також показник загальної жорсткості води (сума іонів кальцію та магнію). Біогенні речовини охарактеризовані амонійним азотом, нітратами, загальним фосфором.

Органічні речовини виражені такими показниками, як БСК5, перманганатна окислюваність води. Вони характеризують величину споживання атомарного кисню, що витрачається на окислення органічних речовин, які потрапляють у річки із стічними водами.

Метали охарактеризовані хромом, міддю, залізом, а специфічні забруднюючі речовини антропогенового походження - СПАР.

Джерела отримання вихідних даних та методика їх обробки охарактеризовані у вищенаведених розділах. Слід відзначити, що в основу прогнозу перерахованих гідрохімічних показників на 2005 і 2010 роки були покладені результати розрахунку водогосподарського балансу річки та її притоків по 13 розрахункових створах.

Таким чином, тенденція зміни навантаження стічними водами річок відіграла визначну роль у формуванні тенденції росту концентрації хімічних речовин.

Результати розрахунків прогнозних концентрацій 13 показників якості води по 13 водогосподарсько-балансових створах, виконаних за формулою 4.20 наведені в табл.7.7. Як бачимо з цієї таблиці, динаміка росту концентрацій різних речовин в окремих створах має певні відміни.

Величини мінералізації води, втім як іони, Cl-, величина жорсткості води, змінюються і у просторі (по всіх 13 створах) і у часі не дуже сильно. Мінералізація води коливається навколо значення 500 мг/дм3, досягаючи найбільших величин у створі №6 (р. Устя - м. Рівне) - 678-688 мг/. Найменші її значення відмічаються у створі №12 (р. Случ - гирло) - 390-396 мг/ дм3 (7.7). Різниця величин мінералізації визначається різним об`ємом скидів стічних вод в цих створах, їх різним складом, а також відміною фонових значень прогнозної величини у заданому створі. Аналіз величин очікуваного приросту мінералізації води досліджуваних річок на 2005 рік в порівнянні з 1988 роком (вихідні дані) показує, що приріст мінералізації буде незначним і складатиме 0-5%. Таке незначне збільшення мінералізації води при суттєвому зростанні об`ємів скидів стічних вод (від 8,3 до 202% по окремих створах) пояснюється збереженістю високої розбавляючої здатності річки Горині та її великих притоків. Так, у створах №5, 7, 13, де розрахункова розбавляюча здатність річок при річній витраті 95% забезпеченості складатиме відповідно 734, 92 та 339 разів, мінералізація води суттєво не зміниться. В той же час деяке її зростання буде спостерігатися у створах №10 та №2, де розбавляюча здатність річки незначна, відповідно 4-8 раз.