Экология/6. Экологический мониторинг

Захарова М.В., Иваненко А.Г.

Одесский государственный экологический университет

ОЦЕНКА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ МОНИТОРИНГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ О ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

В современный период при наличии доступных методов наблюдения, записи, хранения и распространения данных мониторинговой информации возникает необходимость анализа полученных результатов измерений показателей природной среды. Особенно это важно при попытке соблюсти принципы комплексности и интегрированости водного мониторинга, данные которого связаны между собой в соответствии с принципами комплексности, единства и сопоставимости измерений, полноты и достоверности методов гидрометеорологических наблюдений и измерений показателей качества природных вод.

Основное назначение системы мониторинга поверхностных вод состоит в предоставлении надежной информации о качестве рек и водоемов в разные моменты времени и пространства. Многолетний комплексный мониторинг способен указать на устойчивые изменения гидрохимических показателей водного объекта и выяснить причины отрицательного влияния на качество вод. Большие объемы гидрохимической информации и требования к сокращению сроков ее обработки и обобщения обуславливает использование современных автоматизированных методов и обработки данных мониторинга на ПЭВМ.

Известны 4 группы методов расчета годовых значений ионного стока, вынесенного речным стоком через гидрометрический створ – прямые, корреляционные, статистические и косвенные. Наиболее часто используют графический метод, при котором используются значения данных анализов проб, отбираемых в течение всего периода наблюдений. По этим данным определяются средневзвешенные объемы водного стока реки за период, тяготеющий к заданной дате и устанавливаются концентрации ионов. При восстановлении кривой изменения концентраций ионного стока во времени используются наблюдаемые для определенных географических районов обратно пропорциональные зависимости концентраций ионов от расходов руслового стока, что дает возможность привлечь детально измеряемые гидрологические данные и использовать их для учета динамики ионного стока. Однако связь общей концентрации ионов при одновременном стоке вод подземного и поверхностного стока в реке часто разрушается. В этом случае следует ожидать большего соответствия между концентрацией ионов в подземном стоке с его расходом. Поэтому в основе предлагаемого метода автоматизированного расчета стока веществ лежит положение о предварительном расчленении гидрографа водного стока на две основные составляющие – подземный и поверхностный сток. Срезка подземного стока обычно производится на комплексном графике, где показан годовой ход элементов режима стока и его факторов – суточных осадков, температур воздуха. Отсутствие осадков на бассейне реки в течение определенного промежутка времени, свидетельствует о наличии только подземного притока, с расходом которого увязывается концентрация ионного стока. Наличие таких зависимостей позволяет провести кривую расходов подземного стока и пересчитать ее в кривую ионного стока с подземными водами для периода всего года. Описанная операция позволяет по разности общего ионного стока и подземного перейти к расходам ионного стока с поверхностными водами.

Автоматизированный метод предназначен для расчетов среднесуточных концентраций или расходов выноса растворенных веществ водным стоком отдельно для его поверхностной и подземной составляющей.

Непрерывный хронологический график внутригодового изменения показателей выноса заданных ионов срезается по методу сплайн-интерполяции с заданным показателем гладкости кривой. Разработанная на ПЭВМ программа позволяет проводить анализ достоверности этой кривой и уточнять положение ординат кривой в диалоговом режиме для отдельных периодов года, если в этом возникла необходимость.

В процессе расчетов вычисляются таблицы типа ТГ-2 для всех видов среднесуточного стока заданного иона, проводится расчет средних значений декадных, месячных и годовых величин стока, а также проводится выборка максимальных и минимальных его значений.

По этим данным проведена оценка точности выполненных расчетов на базе известной в статистики формулы, полученной путем преобразования формулы для нахождения коэффициента корреляции 2-х переменных:

, (1)

где и - значения переменных в двух синхронных рядах длиной ;

- коэффициент корреляции связи переменных и ;

и - среднеквадратические отклонения переменных и .

В результате наличия корреляционных связей между показателями водного и ионного стока возникают расхождения в результатах расчета выноса вещества () при использовании различных уровней осреднения сомножителей расчета. В научной литературе этот вопрос изучен, и упомянутые расхождения результатов компенсируются введением специальных поправочных коэффициентов. Основной смысл формулы (1) заключается в том, что средняя сумма ряда произведений синхронных значений переменных и и произведение средних значений этих рядов отличаются на величину .

Применяя эту формулу к годовому ряду (=365 или 366) значений ежедневных расходов воды () и ежедневных концентраций заданного вещества (), входящих в 2 годовые таблицы их среднесуточных значений, получаем, что простое произведение их среднегодовых значений () отличается от среднего произведения синхронных значений и на величину . Авторами были вычислены составляющие этой формулы для ряда створов рек Закарпатья и Прикарпатья для ионов нитрита . Оказалось, что, несмотря на низкие значения корреляции связей (они колеблются в широких пределах – 0,4÷0,6) невязка двух расчетов может составлять значительные отклонения до 20-40%.

Таким образом, при наличии соответствия в колебаниях элементов и при расчете выноса веществ по осредненным элементам на разные периоды может привести к ошибкам расчета годовых значений. Этот вопрос требует подробного изучения. Это еще раз подчеркивает необходимость расчета выноса веществ в среднесуточных интервалах времени.