Диссертация (1173069), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Ранжирование по временнымпериодам позволяет оценить наиболее опасные периоды с позицииформирования качества питьевой воды в зависимости от времени года.При проведении ранжирования по веществам выполнена следующаяпоследовательность действий:Этап 1. Расчет относительных концентрации вещества-загрязнителя факт =ПДКдля каждого месяца в рамках рассматриваемого периода, где факт –фактическая концентрации i-го вещества-загрязнителя в j-ый период.Этап 2.Присвоение(минимальномузначениюранговкаждомуотносительнойвеществу-загрязнителюконцентрациисоответствуетзначение ранга 1).Этап 3.
Расчет отношения ранга месяца к максимальному месячномурангуn, где n - текущий ранг месяца.12Этап 4. Расчет среднего арифметического полученных на 3 этапезначений в рамках рассматриваемого периода для каждого вещества(выявляютсявещества,которыенаибольшимобразомзагрязненность воды по итогам рассматриваемого периода).53влияютнаЭтап 5. Ранжирование полученных значений (чем выше ранг, тембольше степень влияния вещества - загрязнителя).Этап 6.Делениеполученныхранговнамаксимальныйврассматриваемом периоде.Этап 7.
Расчет средних арифметических значений, полученных на 6этапе (идентифицируется вещество, наибольшим образом оказывающеевлияние на загрязненность воды в заданный период по итогам наблюдений завесь рассматриваемый период) [162].Ранее [162] получены результаты ранжирования за период 1995 - 2002гг. Важно отметить, что в [162] эта процедура проводилась не только покомпонентам ТГМ, но и по иным органическим веществам, анализируемым впитьевой воде.
Для периода 1995-2002 гг. отмечаются схожие значениярангов по компонентам ТГМ для всех водозаборов. Наибольшее влияние накачество питьевой воды среди ТГМ по коэффициенту суммации оказывалосодержание ТХМ (4 ранг) и БДХМ (3 ранг). Так, для периода 1995-2013 гг. наповерхностномводозабореПВсодержаниеТХМхарактеризуетсямаксимальным 4 рангом, на ИВ1 и ИВ2 – 3 рангом. Для ИВ1 и ИВ2максимальный ранг имеет БДХМ. На всех водозаборах ТБМ являетсянаименее опасным компонентом, поскольку его ранг вне зависимости от типаводозабора равен 1, что связано с отсутствием ТБМ в составе питьевой водыс 2000 года. Таким образом, сравнение результатов расчета по различнымпериодам показывает, что изменения в рангах ТГМ незначительны (табл.14).Таблица 14 – Результаты ранжирования компонентов ТГМ за периоды 19952002 гг. и 1995-2013 гг.РангКомпонентИВ1ПВИВ2ТГМТХМБДХМДБХМТБМ1995-20021995-20131995-20021995-20131995-20021995-201343213421432143214321342154Алгоритмранжированияхарактеризующихсядляповышеннойвыявлениявременныхзагрязненностьюпериодов,питьевойводы,представляет собой следующую последовательность действий:Этап 1.
Расчет относительных концентрации вещества-загрязнителя факт =ПДКдля каждого месяца в рамках рассматриваемого периода, где факт –фактическая концентрации i-го вещества-загрязнителя в j-ый период.Этап 2.Расчет отношения относительной концентрации вещества-загрязнителя к годовой сумме относительных концентраций всех веществ.Этап 3. присвоение рангов полученным значениям (месяцу, которомусоответствует наименьшее значение суммы относительных концентраций,присваивается значение ранга 1).Этап 4. расчет отношения ранга месяца к максимальному месячномурангу.Этап 5.расчет среднего арифметического полученных на 4 этапезначений в рамках рассматриваемого периода для каждого вещества.Этап 6.
ранжирование полученных значений [162].Результаты ранжирования показывают, что для всех водозаборов весна(март – май) характеризуется как неустойчивый период, в котором март –самый «чистый» месяц (ранг 1), на водозаборе ПВ период апрель-майхарактеризуется низкими значениями рангов, а на ИВ1 и ИВ2 - среднимизначениями (рис.11).12108642055февральянварьдекабрьноябрьоктябрьсентябрьавгустиюльиюньмайПВмартфевральянварьдекабрьноябрьоктябрьсентябрьавгустиюльиюньмайапрельмартИВ1апрель121086420февральдекабрьноябрьоктябрьсентябрьавгустиюльиюньмайапрельмартянварьИВ2121086420Рисунок 11 – Ранги месяцев посодержанию компонентов ТГМ наводозаборах ИВ1, ПВ, ИВ2 за период1995-2013 гг.Для водозаборов ПВ и ИВ2 опасным является период с июня пооктябрь (ранги 8 – 12), что может быть связано с интенсивным цветениемфитопланктона в весенне-летний период и его отмиранием.
Это приводит кнеобходимости изменению режима обеззараживания и увеличению дозыхлора.Свертка критериев по всем водозаборам показывает, что самым«грязным» является летне-осенний период (ранги 9 - 12); конец осени иначало зимы характеризуется средними значениями рангов (5 - 8), наиболее«чистым» периодом следует считать зимний, включая начало весны (март)(ранги 1 - 3).Сравнение результатов ранжирования по временным периодам 1995 2002 гг. и 1995-2013 гг.
показало, что в целом наблюдаются несущественныеизменения в рангах большинства месяцев (табл.14).Так, на водозаборе ПВ ранги в период 1995 - 2002 и 1995 - 2013 гг.практически не отличаются, т.е. годовая тенденция загрязненности питьевойводы ТГМ осталась практически неизменной. Аналогичное заключениеможно сделать и для водозабора ИВ1, за исключением двух месяцев - марта иноября - где ранги изменились с 2 на 6 (март) и с 5 на 2 (ноябрь).Существенныерассматриваемыхизмененияпериодовкачестваотмечаютсяводынавводозаборенеустойчивым является период с ноября по апрель (табл.15).56годовомИВ2.циклеЗдесьТаблица 15 - Ранги месяцев по загрязненности ТГМ питьевой водыводозаборов ИВ1, ПВ и ИВ2 для разных периодов№ месяцаВЗ123ИВ1ПВИВ2159534647ИВ1ПВИВ2253441232ИВ1ПВИВ22534421114561995-2002129102181561995-201311792196582005-2016651132874978910111241111712123108119102638726111281211110101289577106471110912128101112981076365Таким образом, сравнение периодов 1995 - 2013 гг.
и 2005 - 2016 гг.показывает, что для водозаборов ПВ и ИВ2 ранги месяцев меняютсянесущественно, в то время как на ИВ1 значительно изменились ранги дляапреля, сентября, ноября и декабря (табл.14).Для оценки меры близости ранжировок за периоды 1995-2002 гг.
и1995-2013 гг. использован ранговый коэффициент корреляции Спирмена,который рассчитывается по формуле (15):(15)гдеn - количество ранжируемых признаков;D - разность между рангами по двум переменным для каждого испытуемого.Выявлено, что для ПВ и ИВ1 ранжируемые периоды (1995 - 2002 и1995 -2013 гг.) слабо отличаются друг от друга (коэффициент составил 0,98 и0,84 соответственно). Для ИВ2 значение коэффициента ранговой корреляциисоставило 0,56.Анализ качества питьевой воды по результатам ранжирования наводозаборахразличноготипа(поверхностныйпозволяет сформулировать следующее:57иинфильтрационные)- сравнение результатов ранжирования по веществам за период 1995 –2002 гг. и за весь период наблюдений показывает, что изменения в рангахТГМ незначительны.
Наибольшее влияние на качество питьевой воды средиТГМ оказывает содержание ТХМ и БДХМ;- несмотря на то, что истинная концентрация трихлорметаназначительно превышает значение истинных концентраций остальныхкомпонентов ТГМ, на водозаборах инфильтрационного типа больший вкладво вредность воды среди ТГМ вносит бромдихлорметан;- сравнение рангов по временным периодам выявило, что наводозаборах ИВ1 и ПВ ранги месяцев для обоих периодов не претерпелисущественных изменений, в то время как для водозабора ИВ2 выявленнеустойчивый период (ноябрь-апрель).3.2.2 Метод сезонной декомпозицииМетод, позволяющий выделять в ряду аналитических наблюденийзакономерную и случайную составляющие процессов, а также выделитьсезонную компоненту, известен как метод анализа временных рядов [80,158].С целью описания содержания компонентов ТГМ в створах 1-3 и РЧВ1-3 водозаборов ИВ1, ПВ и ИВ2 нами применен метод анализа временныхрядов c использованием аддитивной модели с различными вариантамисглаживания − скользящие средние (СС), среднегодовые (СГ) и средниемноголетние (СМ) (рис.12).
Использование различных приемов сглаживанияпозволяет в определенных случаях получить результаты, более удобные длясопоставления.Приматематическойобработкевременногорядаиспользована аддитивная модель, которая предпочтительна для анализанеустойчивых временных рядов [158].Корреляционный анализ между сглаженными временными рядами(способами скользящего среднего и среднегодового) позволит оценить силусвязи между различными водозаборами.
Результаты расчета представлены втаблице (табл.16).58Таблица 16 – Результаты расчета коэффициентов корреляциисреднегодовыми, скользящими средними в РЧВ на ИВ1, ПВ и ИВ2СреднегодовоеСкользящее среднееТрихлорметанТрихлорметанИВ1ПВИВ2ИВ1ПВИВ1ИВ1ПВ0,78ПВ0,81ИВ20,760,77ИВ20,700,79БромдихлорметанБромдихлорметанИВ1ПВИВ2ИВ1ПВИВ1ИВ1ПВ0,59ПВ0,63ИВ20,210,67ИВ20,190,63ДибромхлорметанДибромхлорметанИВ1ПВИВ2ИВ1ПВИВ1ИВ1ПВ0,60ПВ0,58ИВ20,430,62ИВ20,460,65междуИВ2ИВ2ИВ2Для ТХМ значения коэффициентов корреляции лежат в пределах 0,70 –0,81 (высокая сила связи), ДБХМ – 0,46-0,65 (заметная связь).
При анализеБДХМнаименьшийкоэффициенткорреляциинаблюдаетсяприрассмотрении связи между водозаборами ИВ1 и ИВ2. Расчеты для ТБМ непроведены, поскольку содержание этого компонента с 2000 года нижепредела обнаружения.Декомпозиция временного ряда показывает, что основной вклад визменение общей суммы квадратов отклонений элементов ряда от среднеговносится случайными колебаниями [158] (табл.17).Компоненты распределились следующим образом: тренд-циклическая– 0 – 14,6%, сезонная – 2,3 – 43,3%, случайная – 62,7 – 97,5%.Заметный вклад сезонной компоненты наблюдается на водозаборах ПВи ИВ2, на ИВ1 доля этой компоненты в 18 раз ниже.
Вклад трендциклической компоненты практически отсутствует.59Таблица 17 – Соотношение компонент временного ряда концентраций ТГМ вРЧВ для ИВ1, ПВ и ИВ2, % (Обозначения: trt+сt – тренд-циклическая компонента; st –сезонная компонента, t – случайная компонента)ИВ1Методсглаживанияtrt+сtstПВtИВ2stttrt+сtstt43,343,343,156,756,756,900037,337,337,162,762,762,933,733,733,553,853,853,9171717,26,36,3876,776,774,87,07,06,782,382,382,514,514,514,65,85,85,879,779,779,63,33,33,091,691,691,86,26,26,23,13,12,490,790,791,4trt+сtТХМСМСГСС0,20,20,22,32,32,397,597,597,5СМСГСС7,87,87,83,13,12,989,189,189,3СМСГСС14,314,314,29,59,59,376,276,276,5СМСГСС9,09,08,95,85,85,785,285,285,4000БДХМ12,512,512,6ДБХМ10,710,710,8ТБМ5,15,15,2Соотношение компонент сглаженных временных рядов содержанияДБХМ и ТБМ для разных водозаборов отличается несущественно: трендциклическая компонента держится на уровне 5 - 14%, сезонная – 3 - 9%,случайная – 76 - 91%.На поверхностном водозаборе доля сезонной компоненты временногоряда содержания БДХМ увеличивается в 6-10 раз по сравнению сводозаборами инфильтрационного типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
