Автореферат (1173068), страница 3
Текст из файла (страница 3)
на ПВа) суммарная концентрация ТГМ, мкг/дм3; б) первичная, вторичная и суммарная дозы хлора, мг/дм3Таблица 3 - Параметры линейного соотношения вида уi = ki×ДCl + bi«концентрация ТГМ – доза хлора» (1) и «средняя месячная концентрация ТГМ –средняя месячная доза хлора» (2) на ПВ *ПараметрКомпонентТГМТХМБДХМДБХМ(i=1)(i=2)(i=3)(i=4)kR2bSА,%F12121212121215,214,70,6-0,227,127,11,0-0,37,44,32,50,6-15,3-17,91,80,90,20,20,00,10,60,70,10,619,618,02,10,410,38,91,40,158,865,68,612,715,519,81,210,959,966,094,798,624,924,546,483,5Водозабор ИВ2.
Анализ тенденции изменения ДCl показывает, что за период 19962017 гг. произошел ее рост более чем на 30% (рис. 5).Тенденция повышения тренда характерна и для суммарной концентрации ТГМ(рис.5). Полученные зависимости «концентрация ТГМ – ДCl» характеризуются низкимзначением R2, находящимся в пределах от 0,01 до 0,10 (табл.4).Рисунок 5 – Временнойряд дозы хлора исуммарной концентрацииТГМ на водозаборе ИВ2(1996 - 2017 гг.)Доза хлора,мг/дм3КонцентрацияТГМ, мкг/дм3Для повышения связи между параметрами проведено сглаживаниевременных рядов за счет нахождения среднего месячного (рис.6). Действительно,величина r свидетельствует о том, что между усредненными значениями ДCl исуммарной концентрацией ТГМ, ТХМ, БДХМ существует высокая сила связи (пошкале Чеддока) (r = 0,79; 0,81; 0,77 соответственно).
И только между дозой хлора иДБХМ связь характеризуется как слабая (r = - 0,28) (табл.4).10Рисунок 6 –0,61абСредние значения80,56по месяцам в0,516период 1995-20160,464гг. на ИВ2 а) доза1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112Месяц1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112Месяцхлора, мг/дм3 б) суммарнаяконцентрация ТГМ,Здесь и далее R2 – коэффициент детерминации; S - оценка среднеквадратичного отклонения; F – F-статистикараспределения Фишера; A - средняя относительная ошибка аппроксимации; r - коэффициент парной корреляции; R коэффициент множественной корреляции.*12мкг/дм3Таблица 4 - Параметры линейного соотношения уi = ki×ДCl + bi «ТГМ – ДCl» (1) и«средняя месячная концентрация ТГМ – средняя месячная ДCl» (2) на ИВ2КомпонентПараметрТГМ (i=1)ТХМ (i=2)БДХМ (i=3)ДБХМ (i=4)k12,76,1-1,9-1,5R2b234,331,55,9-1,314,91,12,51,32-11,8-12,4-1,71,210,00,10,10,1S20,70,70,60,115,54,11,20,5АF20,90,80,20,2122,238,21,61,6219,120,514,60,8137,143,358,3112,7210,811,714,028,7Прогнозирование содержания ТГМ на основе учета обобщенных показателейкачества воды.
Обобщенными показателями для прогнозирования содержанияТГМ могут служить, например, мутность (М), цветность (Ц) и окисляемость (О)воды водоисточника, которые косвенно отражают содержание в водеводоисточника основных предшественников ТГМ – гуминовых и фульвокислот. Спомощью КРА получены уравнения, описывающие связь содержания ТХМ впитьевой воде с ДCl и М, Ц, О на водозаборах ИВ и ПВ. Помимо концентрацииТХМ, зависимыми параметрами приняты суммарная концентрация компонентовТГМ и суммарная концентрация ТГМ, рассчитанная по хлору (ТГМ(Cl)). Вклад всумму ТГМ, принятый за содержание хлора рассчитан по формуле:m CHCl 3m CHBr2 Clm CHBrCl 2ТГМ (Cl) =× 35,5 × 1 +× 35,5 × 2 +× 35,5 × 3 (3.1)М СНBr2 СlМ СНBrСl 2М СНСl 3где m – содержание вещества в воде, мкг/дм3; М – молярная масса вещества, мкг/моль,ТГМ(Cl) – концентрация хлора, содержащегося в ТГМ, в 1 дм3 воды.Уравнения значимы при значениях М - 0,5 - 60 мг/дм3, Ц - 5 - 83 0Ц, О - 0,98,2 мг/дм3, Дcl - 0,6 - 3,5 мг/дм3 для ПВ и М - 0,6 - 64 мг/дм3, Ц - 5 - 107 0Ц, О - 0,98,6 мг/дм3, Дcl - 0,3 - 0,9 мг/дм3 для ИВ.Наименьшая ошибка аппроксимация на ИВ2 наблюдается в случае, если вроли зависимого параметра выступает ДСl, а независимыми параметрами являютсяМ, Ц и О воды в реке (табл.5, уравнение 8).
С другой стороны, R2 более, чем в 2раза выше, если зависимым параметром является концентрация ТХМ,независимыми – ДСl, М, Ц и О. Важно отметить, что в уравнении (6) Ц являетсянезначимым фактором (по критерию Стьюдента). Парные r свидетельствуют ослабой связи между выбранными зависимыми параметрами (концентрация ТХМ,ТГМ, ТГМ(Cl), ДСl) и независимыми параметрами, в роли которых выступают13обобщенные показатели качества воды. Однако наблюдаются заметныемежфакторные связи между независимыми показателями (М - Ц, М - О и Ц - О). Вуравнениях регрессии (7) и (8) свободный член вносит доминирующий вклад.Аналогичные расчеты проведены для поверхностного водозабора ПВ (уравнения 58) (табл.5).Таблица 5 – Основные результаты корреляционно-регрессионного анализа междупараметрами ТХМ, ТГМ, ТГМ(Cl), ДСl, М, Ц, О на ИВ2 и ПВИВ2ПВВзУравнение№ ур-я1ТХМ = 3,94 + 10,75 ДСl -0,98 М - 0,32 Ц + 6,30 О2ТГМ = 7,85 + 11,82 ДСl -1,03 М – 0,35 Ц + 5,98 О3ТГМ(Cl) = 4,37 + 9,76 ДСl - 0,88 М - 0,29 Ц + 5,53 О4ДСl = 0,89 - 0,03 М + 0,002 Ц + 0,22 О5ТХМ = - 0,90 + 7,11 ДСl - 0,10 М + 0,03 Ц + 0,56 О6ТГМ = - 0,68 + 10,46 ДСl - 0,11 М + 0,85 О7ТГМ(Cl) = 0,84 + 4,36 ДСl - 0,13 М + 0,97 О8ДСl = 0,52 - 0,002 М - 0,002 Ц + 0,023 ОR20,320,300,320,320,250,080,100,11F22,620,811,230,018,06,35,38,3S17,018,719,80,62,25,76,20,1А,%56,951,054,722,548,947,050,114,0При проведении аналогичных расчетов, используя в качестве исходныхданные аналитического контроля указанных показателей (1997-2014 гг.),рассчитанные как средние за каждый из месяцев в году, выявлены R2 0,62 – 0,83(для ИВ2) и 0,78 - 0,96 (для ПВ) и невысокие значения А (2-15%) (табл.6).Таблица 6 – Основные результаты корреляционно-регрессионного анализа междусредними значениями параметров ТХМ, ТГМ, ТГМ(Cl), ДСl, М, Ц, О на ИВ2 и ПВИВ2ПВВзУравнениеТХМ = - 13,45 + 23,04 ДСl - 0,67 М - 2,18 Ц + 18,34 ОТГМ = - 9,88 + 22,93 ДСl - 0,77 М - 2,59 Ц + 21,78 ОТГМ(Cl) = -11,22 -20,52 ДСl - 0,62 М -2,01 Ц + 16,87 ОДСl = 0,57- 0,03 М - 0,08 Ц + 1,04 ОТХМ = -0,58 - 0,34 М + 2,57 ОТГМ = 0,80 - 0,40 М + 2,89 ОТГМ(Cl) = 2,11- 8,66 ДСl - 0,32 М -0,28 Ц + 5,07 ОДСl = 0,46 - 0,004 М - 0,005 Ц + 0,07 О№ ур-я910111213141516R20,960,940,780,900,690,640,620,83F38,633,412,925,910,28,16,312,7S3,84,47,60,21,41,82,90,1А,%10,610,519,36,517,513,420,314,2В уравнениях (13) и (14) ДСl и Ц являются незначимыми факторами.
Такимобразом, представленный способ оценки содержания ТГМ и их компонентовявляется удовлетворительным для долгосрочного прогнозирования.Прогнозирование ТГМ с учетом смещения параметров.Водозабор ПВ. Построение усредненных временных рядов ТГМ, М, Ц, О и расходаводы (Q) (по Павловскому водохранилищу) выявляет, что общий характер кривыхподобен, однако они смешены друг относительно друга (рис.7).14Рисунок 7 - Сглаженные временныеряды М, Ц, О, Q, ТГМ в водеводозабора ПВСреди анализируемых параметров максимум концентрации ТГМ приходитсяна более поздний месяц в годовом цикле. М и Q опережают этот показатель на 3месяца, Ц и О – 2. В результате смещения усредненных временных рядовзависимых параметров относительно суммарной концентрации ТГМ на указанноеколичествомесяцевпроисходитсущественноеповышениезначенийкоэффициентов корреляции.
Для М коэффициент парной корреляции повышается с-0,40 до 0,73, для Ц с -0,01 до 0,81, О - с 0,14 до 0,88, Q - c -0,31 до 0,79.С помощью КРА для прогноза суммарного содержания компонентов ТГМ поДCl, М, Ц, О, Q получено уравнение (17).ТГМ = -31,49 + 15,69 ДCl - 0,70 М - 0,99 Ц + 14,26 О + 0,006 Q (17)А,% = 7,1R2 = 0,97R = 0,99F = 67,2Высокие значения r между смещенными параметрами характеризуют ипарные линейные уравнения зависимости между суммарной концентрации ТГМ иМ, Ц, О, Q, ДCl с ошибками аппроксимации в пределах ошибки определениякомпонентов ТГМ и достаточно высокими R2 (табл.9).Таблица 9 - Параметры линейных уравнений зависимости суммарнойконцентрации ТГМ от дозы хлора, мутности, цветности, окисляемости и расходаводы на водохранилище и его параметры (на основе данных за 2011-2014 гг.водозабор ПВ)УравнениеТГМ = -5,51 + 23,09 ДClТГМ = 24,09 + 1,35 МТГМ = 8,46 + 1,15 ЦТГМ = -4,74 + 11,78 ОТГМ = 7,52 + 0,08 Q№ ур-я1819202122R20,790,530,660,770,62R0,890,730,810,880,79F42,4311,1719,3833,1733,13А,%24,535,230,023,427,6Более высокие R2 получены для уравнений зависимости ТГМ от ДCl и ТГМ отО (0,79 и 0,77 соответственно) (табл.9).
Несмотря на среднюю относительнуюошибку прогноза на уровне 30%, в некоторых конкретных случаях ошибка можетдостигать 260%. Высокие относительные ошибки появляются в те месяцы, когдаистинная концентрация ТГМ низкая, и погрешность ее определения в водесоставляет около 40%.Проведение аналогичных алгоритмов расчета для временных рядовистинных концентраций исследуемых параметров также позволяет повысить15значение r для М с - 0,24 до 0,48, для Ц - с - 0,12 до 0,70, для О - с 0,09 до 0,76, дляQ - с - 0,06 до 0,46.
С помощью КРА получено уравнение зависимости суммарнойконцентрации ТГМ от М, Ц, О, Q и ДCl (23).ТГМ = -25,44 + 7,86 ДCl - 1,73 М + 0,11 Ц + 12,98 О + 0,03 Q (23)2R = 0,62R = 0,79F = 13,66А,% = 40,45В целом, смещение позвонило снизить ошибку аппроксимации на 20%,коэффициент детерминации повысился на 40% по сравнению с результатами,полученными ранее (табл.5,6).Водозабор ИВ2. Сглаженные временные ряды исследуемых параметровпоказывают, что для ряда ТГМ максимум приходится на июль, для рядов О, Ц и Q- на май, для М - на апрель (рис.8).
Аналогично результатам, полученным поводозабору ПВ, максимум суммарной концентрации ТГМ запаздывает посравнению с пиками остальных исследуемых параметров на 2-3 месяца.При поиске математической связи между параметрами учтено их смещениепо отношению к суммарной концентрации ТГМ (рис.8).Для рядов ТГМ - Q наибольший коэффициент корреляции выявлен присмещении ряда Q на 2 месяца, в рядах ТГМ - М - 3 месяца, ТГМ - Ц - 2 месяца,ТГМ - О - 2 месяца, ТГМ - ДCl - без сдвига.
При этом значения r повысились для Мс -0,24 до 0,80, для Ц - с 0,10 до 0,91, для О - с 0,27 до 0,90, для Q - с -0,14 до 0,85.Анализ линейных зависимостей между свернутым временным рядомсуммарной концентрации ТГМ и сдвинутыми на найденное количество месяцеввременными рядами исследуемых независимых параметров показывает, что Асоставляет 16% и значение R2 0,62-0,83 (табл.14).Полученное уравнение регрессии для долгосрочного прогнозированияявляется достоверным, имеет высокое значение R2 (24).ТГМ = -8,07 + 21,53 ДCl + 0,19 М - 0,18 Ц+ 0,99 О + 0,009 Q(24)2R = 0,96R = 0,98F = 30,85А,% = 5,8Рисунок 8 - Годовыевременные ряды М, Ц, О,Q, ТГМ в воде водозабораИВ2Таблица 14 - Параметры линейных уравнений зависимости суммарнойконцентрации ТГМ от дозы хлора, мутности, цветности, окисляемости и расходаводы на водохранилище и его параметры (на основе данных за 2011-2014 гг..водозабор ИВ2)Уравнение№ ур-яR2RFА,%16ТГМ = -28,83 + 63,54 ДClТГМ = 6,01 + 0,25 МТГМ = 3,01 + 0,22 ЦТГМ = 1,03 + 2,07 ОТГМ = 3,86 + 0,012 Q25262728290,660,640,830,810,720,810,800,910,900,8519,4817,3646,2844,2326,4923,529,223,922,426,1Средняя относительная ошибка прогноза составляет 25%, однако вконкретных случаях ошибка может достигать 150%.Расчеты по временным рядам истинных концентраций исследуемыхпараметров с учетом смещения свидетельствуют о повышении значения r для М с 0,24 до 0,48, для Ц - с -0,12 до 0,70, для О - с 0,07 до 0,76, для Q - с -0,06 до 0,55.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
