CC BY
41
ПРИМЕНЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА В МОНИТОРИНГЕ РОДНИКОВЫХ ВОД
Б.С. Морозкин, преподаватель, А.Г. Бубнов, профессор, д.х.н. доцент, Е.А. Шварёв, старший преподаватель, к.т.н., Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
г. Иваново
С.А. Буймова, доцент, к.х.н., доцент, Ивановский государственный химико-технологический университет,
г. Иваново
Использование родниковой воды для хозяйственно-питьевых и производственных нужд, а так же для орошения в последнее время получило очень широкое распространение. Часто это бывает вызвано недостаточным качеством воды из централизованных источников при использовании её для удовлетворения хозяйственно-питьевых потребностей населения. Однако, стоит отметить, что в настоящее время качество родниковых вод подвергается негативному влиянию различных источников техногенного и антропогенного загрязнения, что подтверждают результаты анализов органолептических, химических и физических показателей их качества. Именно поэтому контроль качества родниковых вод на соответствие [1], а также предложение оптимальных методов его повышения является актуальной задачей.
Одним из способов контроля, интерпретации результатов проведённых анализов и прогноза качества родниковой воды является применение метода расчёта коэффициента парных корреляций. Данный метод позволяет сделать предположение о наличии взаимного влияния некоторых из контролируемых показателей, что впоследствии может позволить контролировать и поддерживать в заданных пределах качество родниковой воды, а также, с определённой степенью вероятности, прогнозировать его изменение.
В данной работе проводились исследования показателей качества родниковой воды по методу Пирсона [2]. Для проведения исследования каждый месяц в течение 12 лет (с 2003 по 2015 годы) производились отборы проб родниковой воды в соответствии с требованиями [3].
Каждая из отобранных проб была проанализирована по 13 основным
физико-химическим показателям, таким как дебет родника, значение рН, общей
минерализации (сухого остатка), общей жёсткости, температур воздуха и воды в
момент отбора проб, наличия соединений металлов Мп, РЬ, К, № и др.),
2 2 + К03-, Б04 -, С1-, С03 -, НС03-, ЫН и др. с помощью стандартных процедур,
регламентированных нормативными документами.
Контролируемые источники расположены в г.о. Иваново и Кохма (рис.).
Советская улица
Коморский
Рис. Карта г.о. Иваново и Кохма с указанием расположения контрольных родников
По результатам наблюдений были произведены расчёты коэффициентов линейной парной корреляции по методу Пирсона по среднегодовым значениям различных показателей качества родниковых вод (среднее арифметическое за 12 месяцев по каждому из 12 лет наблюдений), а также значений по месяцам за 12 лет наблюдения (144 значений, что соответствует количеству месяцев, в течение которых производились наблюдения). Далее рассчитанные коэффициенты сводились в корреляционные матрицы для удобства проведения анализа результатов. Обнаруженные при анализе матриц средних значений за каждый из 12 лет наблюдения тренды далее соотносились с трендами из матриц значений по месяцам на предмет наличия и силы корреляционной связи (предполагается, что наличие корреляционной связи отражает тот факт, что изменения одного признака находятся в некотором соответствии с изменениями другого признака).
При анализе вышеуказанных результатов были выявлены тренды, представленные в таблице. В частности, исходя из данных таблицы, можно вывести следующие закономерности:
- подтверждается известная тривиальная связь между температурами воздуха и воды в момент отбора проб, что позволяет сделать вывод о применимости данного метода к анализу показателей качества родниковой воды;
- наиболее часто определяющим показателем является величина ^озд, находящая в прямых средних и сильных корреляционных взаимодействиях с величиной ^оды; поскольку влияние температуры раствора на скорость протекания химических реакций является общеизвестным фактом, что опять же подтверждает применимость метода к данному типу исследований;
- выявлены средние и сильные корреляционные связи между некоторыми показателями, например, концентрациями N03 и №, взаимное влияние которых невозможно предположить, опираясь на знания в гидрологии и химии поверхностных вод.
Таблица
Тренды, выявленные при анализе корреляционных матриц характерные _для всех результатов _
№ п/п Показатели Сила связей Направление связей
1. Дебет и NO3 средние обратные
2. СПАВ и Fec^ сильные прямые
3. Дебет и Na сильные прямые
4. Жёсткость и Na средние и сильные прямые
5. Mn и Pb средние и сильные прямые
6. Жёсткость и NO3 средние и сильные прямые
7. ^возд и К средние прямые
8. NO3 и Na сильные прямые
9. 1воды И 1"возд средние и сильные прямые
10. Р^общ и "(-возд средние обратные
11. Жёсткость и Mn средние обратные
12. Mn и "возд средние прямые
13. СПАВ и "возд слабые обратные
14. Mn и Na средние обратные
Выявленные тренды по наличию сильных и средних корреляционных связей между некоторыми из контролируемых показателей дают основание предполагать наличие возможности поддержания качества родниковой воды путём выборочного воздействия на причины формирования ограниченного количество физико-химических показателей, а так же прогнозирования «поведения» некоторых из показателей, зная особенности их изменений под влиянием коррелирующих с ними других параметров.
Список использованной литературы
1. СанПиН 2.1.4.1175-02. Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников;
2. Буймова, С.А. Комплексная оценка качества родниковых вод на примере Ивановской области / С.А. Буймова, А.Г. Бубнов; под ред. А.Г. Бубнова; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2012. - 463 с. ISBN 978-5-9616-0446-7.
3. ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб.
