Київський національний університет імені Тараса Шевченка С.І. Сніжкo теорія І методи аналізу регіональних гідрохімічних систем монографія Київ Ніка-Центр 2005
| Вид материала | Документы |
СодержаниеНе закінчене речення На іншому файлі На іншому файлі |
- Київський національний університет імені тараса шевченка герасимова світлана василівна, 682.99kb.
- Араса шевченка 175 річчю Київського університету І 75 річчю географічного факультету, 2611.19kb.
- Київський Національний університет імені Тараса Шевченка Кохановська Олена Велеонінівна, 751.92kb.
- Полтавський національний педагогічний університет імені В. Г. Короленка Історичний, 675.02kb.
- Текст роботи: київський національний університет імені тараса шевченка жуковська галина, 546.29kb.
- Київський національний університет імені тараса шевченка, 355.25kb.
- Исследование окислительно-антиокислительных процессов в крови антарктических рыб, 153kb.
- Київський національний університет імені тараса шевченка науково-дослідна робота, 4074.91kb.
- Програма конференції передбачає: пленарні доповіді провідних науковців та представників, 93.09kb.
- Київський національний університет імені тараса шевченка на правах рукопису мазур тамара, 1244.31kb.
Розглядаючи фактор №2 можна звернути увагу, що його характеристиками-індикаторами є переважно ландшафтні характеристики водозборів річок та характеристики механічного складу ґрунтів: показники еродованості території, показник частки дефляціцйних ґрунтів, показник поширення супіщаних та суглинкових ґрунтів. Ці показники можуть бути оцінені як характеристики чинників формування ГХС.
Наступні показники, такі як вапнування ґрунтів та використання отрутохімікатів, що увійшли у даний фактор можуть бути оцінені як джерела надходження речовин під впливом грунтово-ландшафтних чинників.
Сукупність зв’язків параметрів-індикаторів фактора №2 з гідрохімічними параметрами, показниками використання мінеральних добрив, тощо дозволяє нам ідентифікувати його і дати назву “ерозійно-дефляційні процеси, що
НЕ ЗАКІНЧЕНЕ РЕЧЕННЯ
території, заболоченості, водного стоку, лісистості, тощо. Аналіз зв’язків дозволяє його інтерпретувати й дати назву “вплив меліоративних заходів на перебіг фізико-хімічних процесів і трансформування типу вод”.
Фактор № 4 характеризується переважно показниками-індикаторами антропогенної діяльності. Це скид стічних вод, викиди забруднюючих речовин в атмосферу та показники, що вказують на джерело надходження забруднюючих речовин (використання бензину та дизельного палива) а також густота населення та забудованість території. Ці показники тісно зв’язані з багатьма гідрохімічними показниками, такими як амонійний азот – індикатор скиду стічних вод, детергентами (СПАР), важкими металами. Цей фактор досить легко інтерпретується і може бути названо як “вплив стічних вод”.
Останній, п’ятий фактор включає тільки два показники-індикатори – показники забруднення води пестицидами ДДТ та гексахлорциклогексаном. Ці показники мають слабкі зв’язки з переважною більшістю компонентів ГХС, що свідчить про антропогенний характер цього фактора та про несистематичний характер впливу на формування ГХС, внаслідок просторово-часової неузгодженості та нерівномірності внесення цих пестицидів на сільськогосподарські угіддя. Фактор №5 може бути без сумніву названий як “надходження отрутохімікатів “.
Таким чином, в результаті проведених досліджень встановлено, що гідрохімічна макросистема річкових вод Житомирської області формується переважно під домінуючим впливом п’яти основних факторів:
Фактор 1. Дифузне надходження мінеральних солей, біогенних та органічних речовин з поверхні водозбору.
Фактор 2. Ерозійно-дефляційні процеси, що сприяють вилуговуванню мінералів гірських порід та винесенню у річкову мережу забруднюючих речовин.
Фактор 3. Вплив меліоративних заходів на перебіг фізико-хімічних процесів і трансформування типу вод.
Фактор 4. Вплив стічних цього фактора з іншими параметрами ГХС вод.
Фактор 5. Надходження отрутохімікатів.
Вклад кожного із цих факторів у варіацію параметрів гідрохімічної системи, тобто інтенсивність впливу на формування величин того чи іншого показника показано на наступному рис.4.31. Величина впливу виражається часткою загальної дисперсії даного фактора, яку вносить той чи інший показник. На графіку ця величина виражена шириною паралелепіпеда, яким зображений той чи інший показник.
Рис.4.31. Формування загальної дисперсії факторів формування ГХС за рахунок параметрів системи.
Показники розміщені як у додатній, так і у від’ємній частині осі абсцис. Це означає, що відносно осі ординат усі показники, або параметри гідрохімічної системи розділені за напрямком зв’язку параметрів з виділеними факторами.
При цьому позитивні (прямі) зв’язки відображені в правій частині, а негативні (зворотні) – в лівій.
Напрямок зв’язку показника з відповідним фактором також може бути використаний для поглибленої деталізованої інтерпретації результатів факторного аналізу.
Розглядаючи результати даного випадку факторного аналізу не можна не взяти до уваги той факт, що вихідна інформаційна матриця параметрів гідрохімічної системи має просторову структуру. Вона була сформована на основі комплексу природних, антропогенних та гідрохімічних параметрів , які є багатофакторною характеристикою 32 річкових водозборів.
Факторний аналіз з його численними додатками дозволяє розглянути та інтерпретувати і просторові особливості формування факторів.
Математичний апарат факторного аналізу дає змогу розрахувати просторову структуру факторного навантаження, тобто визначити значення того, чи іншого фактора в тому чи іншому пункті, визначити його роль в формуванні гідрохімічної системи в межах конкретного річкового водозбору. Виконані розрахунки представлені нами у вигляді просторової матриці факторних навантажень (табл.4.13) та графічно інтерпретовані (рис.4.32)
4.5. Районування регіональної гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся
Для районування гідрохімічної системи Житомирського Полісся використано розроблену нами методику дослідження територіальної структури гідрохімічних систем, в основі якої лежить автоматичний метод районування на основі математичного апарату кластерного аналізу. Дана методика викладена в розділі 3 даної роботи.
Гідрохімічне районування водних об’єктів території за комплексом системних показників, або інтегральне гідрохімічне районування території є багатофакторним (багатопоказниковим) діленням території на множину цілісних районів, що являють собою компактні згущення деяких вихідних точок (пунктів, що характеризують водні об’єкти території), як в тривимірному фізичному, так і в багатовимірному просторі ознак системних характеристик гідрохімічних систем.
Використаний методичний підхід для територіальної ідентифікації гідрохімічних систем має переваги перед іншими методами хоча б тому, що, по-перше, дозволяє визначити основні таксономічні одиниці для нових видів районування, де ще теоретично не обґрунтована система таксонів. По-друге, допомагає вибрати серед декількох варіантів районування найбільш оптимальний, який найбільше відповідає реальній гідрохімічній обстановці, що слалася під впливом комплексу системоформуючих чинників.
Таблиця 4.13
Оцінка територіального розподілу факторних навантажень п’яти головних факторів формування параметрів гідрохімічної макросистеми річкових вод Житомирського Полісся
Пункти
Фактор 1
Фактор 2
Фактор 3
Фактор 4
Фактор 5
Гнилопять-Бердичів,1 км в
-0,538
0,635
0,794
0,310
0,708
Гнилопять-Бердичів,3 км н
0,195
0,021
0,588
0,447
4,896
Гнил-Бердичів, шкір0,5кмв
1,499
0,440
0,364
-0,547
0,062
Гнил-Бердичів, шкір3км н
2,310
0,287
0,386
-0,066
0,237
Случ-Новоград-Волинський, 0,5км в
-1,111
-0,156
-1,327
0,081
-0,099
Случ-Новоград-Волинський,2,5км н
-1,187
1,590
-3,425
1,124
0,069
Случ-Вигнанка, 1км в
0,383
-0,056
-1,639
-0,200
-0,452
Ірша-Малин ,1,5км в
-1,560
-1,066
0,319
0,362
-0,009
Ірша-Малин, в центрі міста
-1,373
-1,381
0,692
-0,136
-0,497
Ірша-Малин,1 км в
-1,327
-1,057
0,291
0,253
-0,120
Ірша-Українка,1 км н
-0,443
-1,323
0,426
-0,210
-0,466
Тетерів -Чуднів,1 км в
-0,180
0,748
0,408
-0,429
-0,624
Тетерів-Чуднів,1 км н
0,171
0,666
0,320
-0,474
-0,579
Тетерів-Житомир, 5 км в
0,096
0,245
0,359
0,237
-0,684
Тетерів-Житомир, 4,5км в
-0,835
0,644
0,097
0,714
0,200
Тетерів-гирло Гнилопяті
1,454
0,024
0,333
0,218
-0,443
Тетерів-1км н гирла Гнилопяті
0,132
-0,082
0,500
-0,235
-0,184
Тетерів-гирло Гуйви
0,161
0,567
0,283
-0,165
-0,529
Тетерів-0,5км н гирла Кам'янки
0,784
-0,380
0,227
1,450
-0,812
Тетерів-Житомир,2,5 км н
0,142
0,171
-0,115
3,072
0,152
Тетерів-Житомир,5 км н
1,776
-0,377
-0,087
1,998
-0,754
Тетерів - Радомишль,1км в
-0,169
-1,054
0,911
-0,512
-0,090
Тетерів -Радомишль, 1км н
-0,155
-0,784
0,520
-0,473
-0,103
Тетерів -Вишневичі, 2 км н
0,849
-0,955
0,320
-0,582
-0,280
Ірпінь-Сущанка
-0,909
2,928
1,206
-1,041
-0,299
Кам'янка-Кожанка, 0,5км в
-0,690
2,007
1,046
-0,761
-0,297
Уж-Коростень,1км в
-1,294
-1,487
-0,350
-0,598
0,165
Норин-Овруч, 0.2км в ОС
0,903
-0,409
-1,725
-1,915
0,437
Норин-Овруч,0.5км н ОС
0,914
-0,407
-1,723
-1,920
0,395
Рис. 4.32.
НА ІНШОМУ ФАЙЛІ
Оскільки розроблена методика базується на результатах попереднього факторного аналізу сукупності зовнішніх та внутрішніх параметрів ГХС, то для районування території експертним шляхом було відібрано 10 репрезентативних параметрів ( модуль водного стоку, меліорованість водозбору, поширеність легкосуглинистих ґрунтів, еродованість, вміст сульфатів, амонію, фосфатів, СПАР, ДДТ, гамма-ГХЦГ), які найкращим чином характеризують кожен із 5 виявлених факторів формування гідрохімічної системи (табл..4.14).
Розпочинаючи процес районування досліджуваної території за множиною перерахованих показників у 32 пунктах спостережень, припускали, що існує 32 окремих райони, які на подальших етапах кластеризації потрібно було об’єднати в групи на основі матриці мір подібності між ними.
Міру подібності ( Евклідову відстань) розраховували за формулою 4.7 а потім послідовно об’єднували пункти спостережень з близькими характеристиками в один клас (кластер).
В результаті цього окремі пункти об’єднувалися у невеликі територіальні групи, які характеризували локальні гідрохімічні мезосистеми І рівня. Ці групи в подальшому об’єднувалися з іншими аналогічними групами, утворюючи локальні гідрохімічні мезосистеми ІІ рівня. Об’єднання гідрохімічних мезосистем ІІ рівня в регіональну гідрохімічну макросистему І рівня завершало процес районування.
Результати кластерного аналізу параметрів територіальної структури регіональної гідрохімічної системи Житомирського Полісся представлені у вигляді дендрограми ієрархічного об’єднання районів (рис.4.33).
За результатами проведеного кластерного аналізу виконано ієрархічне районування досліджуваної території (табл.4.15); площі водозборів з однорідними гідрохімічними умовами, що характеризувалися як мінімум двома, чи декількома пунктами спостережень, було об’єднано у 14 локальних гідрохімічних мезосистем І порядку. Останні були об’єднані у 4 локальні гідрохімічні мезосистеми ІІ порядку, а саме :
1) Слуцько-Волинська;
2) Верхнєтетерівсько-Гнилоп’ятьська;
3) Поліська Убортсько-Тетерівська ;
4) Словечансько-Овруцька .
Таблиця 4.14
НА ІНШОМУ ФАЙЛІ
Таблиця 4.14
НА ІНШОМУ ФАЙЛІ
Рис.4.33.
НА ІНШОМУ ФАЙЛІ
Таблиця 4.15
Територіальна структура регіональної гідрохімічної макросистеми
поверхневих вод Житомирського Полісся
Структурні одиниці районування
I. Слуцько-Волинська локальна гідрохімічна мезосистема
IІ порядку
I-1
Слуцька локальна мезо-ГХС I порядку
I-2
Новоград-Волинська мезо-ГХС I порядку
II. Верхнєтетерівсько-Гнилоп’ятьська локальна гідрохімічна мезосистема
IІ порядку
II-3
Верхнєтетерівська локальна мезо-ГХС I порядку
II-4
Гнилоп’ятьська локальна мезо-ГХС I порядку
II-5
Гуйвинська локальна мезо-ГХС I порядку
II-6
Житомирська мезо-ГХС I порядку
III. Поліська Убортсько-Тетерівська локальна гідрохімічна мезосистема
IІ порядку
III- 7
Убортська локальна мезо-ГХС I порядку
III- 8
Верхнє-Ужська локальна мезо-ГХС I порядку
III- 9
Нижнє-Ужська локальна мезо-ГХС I порядку
III-10
Іршанська локальна мезо-ГХС I порядку
III-11
Тетерівсько-Коростишівська локальна мезо-ГХС I порядку
III-12
Тетерівсько-Радомишльська локальна мезо-ГХС I порядку
IV. Словечансько-Овруцька локальна гідрохімічна мезосистема
IІ порядку
IV-13
Верхнєноринсько-Словечанська локальна мезо-ГХС I порядку
IV-14
Овруцько-Норинська локальна мезо-ГХС I порядку
Кожна з локальних гідрохімічних мезосистем ІІ порядку була утворена об’єднанням 2 – 4 гідрохімічних мезосистем І порядку. Завдяки цьому було досягнуто ціль гідрохімічного районування – встановлення ієрархічної територіальної структури гідрохімічної макросистеми поверхневих вод Житомирського Полісся .
На основі даної схеми районування було виконано візуалізацію територіальної структури гідрохімічної системи шляхом побудови карти гідрохімічного районування поверхневих вод Житомирського Полісся за комплексом показників - параметрів внутрішньої і зовнішньої структури дослідженої гідрохімічної макросистеми ( рис. 4.34).
Кожен з виділених під час кластеризації районів характеризує гідрохімічну систему з специфічним комплексом речовин та процесів, що протікають за участю цих речовин у межах даної території. Ці комплекси речовин та процесів склалися в результаті взаємодії екзосистемних та ендосистемних факторів формування гідрохімічних систем.
Гідрохімічні системи нижчих ієрархічних рівнів характеризують прості структурні речовинно-процесні утворення, а із зростанням розмірів систем і їх рівнів в системній ієрархії ускладнюються і речовинно-процесні комплекси. Причиною цього є збільшення кількісного різноманіття факторів, що формують систему.
Розглянемо специфіку окремих локальних гідрохімічних систем.
Слуцько-Волинська локальна гідрохімічна мезосистема IІ порядку. Об’єднує водозбори річок Случ, Тня та Церем.
У південній частині виділеного району, що відповідає території поширення даної ГХС, переважає долинно-зандровий тип місцевості. Підземні води залягають неглибоко, тому широкого поширення, особливо у правобережній частині річки Случ, набули болота. Ця частина території нагадує північне Полісся. Зрідка зустрічаються лесові “острови” з сірими лісовими ґрунтами, які розорані і використовуються в сільському господарстві.
Нижче за течією р. Случ, внаслідок широкого поширення підвищених витягнутих ділянок з лесовими відкладами територія набуває ознак лісостепової зони. Тут сформувалися малородючі світло-сірі лісові грунти, у яких, окрім того, протікають процеси площинної та глибинної ерозії.
Використання досліджуваної території у сільському господарстві супроводжується широкомасштабними меліоративними заходами, родючість грунтів підвищується шляхом внесення добрив, збереження врожаю вимагає застосування отрутохімікатів (пестициди, гербіциди).
У гідрохімічному відношенні стан цих водозборів характеризувався за даними моніторингових спостережень на р. Случ вище м. Новоград-Волинського (хімічний стан води річок Случ та Тня) та нижче міста (рівень антропогенного навантаження на хімічний склад води). Контроль за процесами самоочищення річки від забруднюючих речовин виконувався за даними транскордонного моніторингового пункту на р. Случ біля с. Вигнанка.
На основі проведених досліджень було встановлено, що Слуцько-Волинська локальна мезо-ГХС І порядку утворена в результаті об’єднання двох локальних мезо-ГХС І порядку : Слуцької та Новоград-Волинської . Об‘єднання цих систем нижчого рангу у систему вищого рангу було виконано на основі комплексу показників, більшість з яких характеризували аналогічні умови та процеси формування хімічного складу та якості води. В той же час було виявлено декілька характерних показників, які дали змогу з впевненістю виділити дві локальні ГХС І порядку, як такі, що відрізняються за умовами формування певних показників якості води.
Для наочного представлення відмінностей цих систем, порівняємо значення характерних показників-індикаторів умов формування ГХС, які виражені у процентах, які означають внесок кожного із представлених показників у формування процесно-функціональної структури ГХС (рис.4.35).
Коментуючи представлені на рисунку дані і беручи при цьому до уваги особливості територіального розміщення обох ГХС, слід підкреслити, що на досліджуваній території переважають процеси формування параметрів ГХС, головним чином, під впливом меліоративних заходів та сільськогосподарського виробництва, що супроводжується інтенсифікацією ерозійних процесів через значне розорювання нестійких до ерозійно-дефляційних процесів земель та надходженням з продуктами ерозії і поверхнево-схиловим стоком значної кількості хімічних речовин.
Рис 4.34. Картосхема гідрохімічного районування регіональної гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся за комплексом системоформуючих репрезентативних показників
Рис.4.35. Порівняння кількісних значень факторних навантажень на формування двох локальних ГХС І порядку
Домінування цих факторів спостерігається в межах усієї Слуцької локальної мезо-ГХС І порядку. В той же час Новоград - Волинська локальна ГХС І порядку, відрізняється від неї тим, що характеризує гідрохімічну систему з підвищеним рівнем антропогенного навантаження, яке обумовлене надходженням комунально-побутових стічних вод. Вона має значно менше територіальне поширення і характеризує головним чином ділянку річки, де відбувається самоочищення річкових вод від забруднюючих речовин, що надійшли з комунальних очисних споруд м. Новоград-Волинська. Довжина цієї ділянки відповідно до проведених нами розрахунків коливається від 12 км влітку до 37 км взимку. Фізико-хімічна обстановка на даній ділянці річки досить складна, суттєво відрізняється від суміжних територій і обумовлюється станом протікання окислювально – відновних процесів.
Верхнєтетерівсько-Гнилоп’ятьська локальна гідрохімічна мезосистема ІІ порядку. Характеризується складними умовами формування хімічного складу води. Саме через це в її межах виділено 4 ГХС нижчого рангу, кожна з яких має свої гідрохімічні особливості.
Перша з них - Верхнєтетерівська локальна мезо-ГХС I порядку охоплює верхню частину басейну р. Тетерів – ділянку від витоку до місця впадіння р. Гнилоп’ять. В фізико-географічному відношенні цей район характеризується поєднанням лісостепових ландшафтів з поліськими. Водороздільні території покриті малогумусними чорноземами, дреновані ділянки – вилуженими чорноземами.
У поймі р. Тетерів поширені лугово-болотні території, сильно заболочені ділянки з торф’яниками.
Територія поширення розглядуваної локальної ГХС характеризується головним чином високим ступенем сільськогосподарської освоєності території. Так розораність угідь досягає тут 75% від загальної площі території, а площа лісів становить всього 10%.
Саме тому результати системного аналізу параметрів цієї ГХС показали домінуючу роль ерозійно-дефляційних процесів (31%) та надходження різноманітних отрутохімікатів (24%) у формуванні гідрохімічних процесів.
Гнилоп’ятьська локальна мезо-ГХС I порядку повністю охоплює водозбір р. Гнилоп’ять, який за природними умовами дуже схожий до водозбору Верхнього Тетерева. Однак у вирізненні цієї території методами системного аналізу в окрему ГХС відіграли роль не природні фактори, а високий рівень антропогенного навантаження на водні ресурси.
Окрім сільськогосподарського навантаження, яке тут значно зростає, збільшується також забруднення води стічними водами комунального господарства м. Бердичева та промисловими стічними водами Бердичівського шкірзаводу.
Хоча вплив стічних вод не є домінуючим системоформуючим фактором , все ж під його впливом в межах даної локальної ГХС формується особливий тип гідрохімічного режиму та якості води, що якраз і вирізняє дану ділянку водозбору р. Тетерів як окрему ГХС.