Курсовая
работа
Семеновой Марины и
Слонимской Марии
Школы №192, 10Б класс
Научный руководитель:
Жилин Д.М.
Москва, 2007
Введение
С 1996 года на Вязевской
возвышенности (Невельский р-н, Псковская область) проводятся гидрохимические
экспедиции, в ходе которых анализировали химический состав многочисленных
поверхностных вод. За эти годы накоплен обширный экспериментальный материал. На
основе этого материала можно попробовать выявить закономерности изменения
состава поверхностных вод как во времени, так и в пространстве. Кроме того,
выявленные закономерности могут позволить выявить и исключить неправильные
данные.
Цели:
1. Выявить грубые промахи в анализе состава воды.
2.
Выявить пространственные закономерности в изменении щелочности, жесткости,
концентрации кислорода, кальция, цветности.
3. Выявить временные закономерности указанных изменений.
Задачи:
1. Составить корреляционные диаграммы взаимосвязи щелочность
– жесткость, жесткость – кальций.
3. Составить таблицы корреляции по кальцию, щелочности,
жесткости, цветности и кислороду между разными экспедициями.
4. На основании таблиц корреляции значений одного
параметра на разных станциях между различными экспедициями сделать вывод о
воспроизводимости пространственных закономерностей.
5. На основании
таблиц корреляции значений одного параметра в одной экспедиции между разными
станциями сделать вывод о наличии закономерных изменений во времени.
Литературный обзор
Параметры химического состава природных вод
Состав
природной воды в качественном и количественном отношении зависит от среды, в
которой происходит его формирование, то есть, с одной стороны, от состава и
растворимости веществ, с которыми соприкасается вода, с другой – от условий, в которых происходит это
взаимодействие.
Происходящие
при этом химические и физико-химические процессы весьма разнообразны.
В
естественных условиях в большинстве случаев протекают одновременно несколько
взаимосвязанных процессов. Например, растворение солей водой, уменьшая
растворимость газов, будет способствовать выделению последних из раствора;
переход одних веществ в раствор, обусловливает выпадение из него других, менее
растворимых и т.д. (Алекин, 1953)
Цветность
Большинство окрашенных веществ,
присутствующих в природных водах, это гумусовые кислоты – довольно устойчивый
продукт неполного разложения органических веществ. Они влияют на растворимость
и биологическую доступность, в первую очередь, железа. Высокоцветные воды часто
более устойчивы ко многим загрязняющим веществам (в первую очередь, тяжелым
металлам), так как загрязняющие вещества связываются с гумусовыми кислотами в
малотоксичные соединения. Под действием кислорода воздуха цветность медленно
понижается за счет окисления органических веществ (Жилин, 2001).
Концентрация
гумусовых веществ зависит от геологических условий, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки. Так,
наибольшую цветность имеют поверхностные воды рек и озер, расположенных в зонах
торфяных болот и заболоченных лесов, наименьшую - в степных зонах. Зимой содержание
органических веществ в природных водах минимальное, в то время как весной и
летом в период "цветения" воды - оно повышается. Подземные воды, как
правило, имеют меньшую цветность, чем поверхностные.
В свете
вышеизложенного в исследуемом районе следует ожидать значительную цветность.
Наибольшей она будет на станциях, расположенных на болотах, в летних
экспедициях. Наименьшая цветность будет наблюдаться в осенних и зимних
экспедициях на станциях, расположенных на озерах или реках.
Щелочность
Под щелочностью природных
или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать
эквивалентное количество сильных кислот. Она определяется концентрацией
растворенных в воде оснований. Они определяют pH и буферную емкость водоема по отношению к кислотам
(чем больше щелочность – тем больше кислоты водоем сможет нейтрализовать без
фатальных последствий для себя) (Жилин, 2001). Вместе с ионами жесткости (см.
ниже), щелочность во многом определяет ионную силу воды (особенно пресной),
которая влияет на конформацию мембранных белков и, как следствие, на
проницаемость клеточных мембран, что немаловажно для мелких водных организмов.
Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых
при обработке вод для водоснабжения.(Жилин, 2001)
В
средней полосе России щелочность на 90% формируется за счет НСО3-
ионов .(Жилин, Реахим). Гидрокарбонаты появляются в водоеме в результате
реакции карбонатных пород (известняк СаСО3 и доломит СаСО3×MgCO3) или
силикатных пород с растворенным в воде углекислым газом:
СаСО3 + СО2 + Н2О D Са(НСО3)2
СаАl2 Si2O8
+ 2CO2 + 2H2O D H2Al2Si2O8
+ Ca(HCO3)2
Наибольшая общая щелочность
в водоемах, бассейн которых сложен известняками. В свете этого следует ожидать,
что наиболее высокая щелочность будет в подземных водах, менее высокая – в
водах малых ручьев с грунтовым питанием. А самыми низкими показатели щелочности
будут в реках и озерах, питающихся дождевыми водами.
Жесткость
Жесткость
воды обусловлена присутствием растворимых и малорастворимых солей кальция (Са2+)
и магния (Mg2+). К солям жесткости также можно отнести соли стронция
(Sr2+), цинка
(Zn2+), но в
поверхностных и грунтовых природных водах последних практически нет.
Общая жесткость
- суммарная концентрация ионов кальция и магния. Общая жесткость подразделяется
на карбонатную, обусловленную
концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатную – концентрацию в воде
кальциевых и магниевых солей сильных кислот.
Основной
источник ионов кальция, магния и гидрокарбонатов – выщелачивание
(разрушение) горных пород под раствором
углекислого газа в природной воде. Поскольку выщелачивание сопровождается
образованием гидрокарбонатов, жесткость и щелочность часто связаны друг с
другом.
В первую очередь
выщелачиваются известняки и доломиты. Так как магний выщелачивается хуже
кальция, его концентрация в пресной воде обычно в 4-5 раз меньше концентрации
кальция (Муравьев, 1999).
Величина жесткости воды
может варьировать в широких пределах в зависимости от типа пород и почв,
слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года, погодных условий.
В свете вышеизложенного
следует ожидать, что максимальное значение жесткости будет в подземных водах,
несколько меньше – в водах малых ручьев с грунтовым питанием, наименьшим – в
реках и озерах, еще меньше – в водоемах с дождевым питанием. Следует также
ожидать, что молярная концентрация ионов жесткости будет примерно равна
половине общей щелочности.
Кальций
Кальций
– один из ионов, составляющих общую жесткость.
Без кальция не могут сокращаться клетки. Необходим для строительства
костей позвоночных животных и раковин моллюсков. Жизнь в условиях недостатка
кальция затруднена.
Главными
источниками поступления кальция в поверхностные воды являются процессы
химического выветривания и растворения минералов, прежде всего известняков,
доломитов, гипса, кальцесодержащих силикатов и других осадочных и
метаморфических пород, например:
СаАl2 Si2O8 + 6H2O → (ОH)8Al4 [Si4O10] + Ca(OH)2
Кальций выводится водоема
либо связываясь с гумусными кислотами с образованием нерастворимых гуматов,
либо при разложении гидрокарбонатов в теплой воде:
Са2+ + 2 HCO3‾ D СаСО3↓ + CO2↑ +
H2O
Из-за выпадения
кальция в осадок следует, что в озерах его, скорее всего, меньше, чем в реках.
Кислород
Растворенный
кислород находится в природной воде в виде молекул O2.
Кислород поступает в воду из нескольких источников – в результате растворения
из воздуха, в процессе фотосинтеза из водных растений и с дождевыми и снеговыми
водами, которые обычно пересыщены кислородом.
Растворение кислорода
из атмосферы происходит на поверхности воды, поэтому лед, масляные и бензиновые
пленки сильно затрудняют газообмен. Концентрация растворенного кислорода
увеличивается при перемешивании разных слоев воды. Воды морей, озер и крупных
рек обогащаются кислородом во время штормов.
Также в водоемах
происходят процессы, уменьшающие содержание в нем кислорода. К таким процессам
относятся реакции потребления его на окисление органических веществ:
биологическое (дыхание организмов), биохимическое (дыхание бактерий, расход
кислорода при разложении органических веществ) и химическое (окисление Fe2+,
Mn2+, NO2-, NH4+,
CH4, H2S). Скорость потребления кислорода
увеличивается с повышением температуры, количества бактерий и других водных
организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению.
Кроме того, уменьшение содержания кислорода в воде может происходить вследствие
выделения его в атмосферу из поверхностных слоев и только в том случае, если
вода при данных температуре и давлении окажется пересыщенной кислородом
(Алекин, 1953).
Растворенный в
воде кислород обеспечивает разложение останков водных организмов. При дефиците
кислорода окисление происходит не полностью. В результате неполного окисления
образуются летучие соединения серы, придающие воде специфический запах.
В свете
вышеизложенного следует ожидать, что концентрация кислорода будет выше на тех
станциях, где показатели по цветности ниже. Также следует ожидать более высоких
концентраций кислорода в мелких и проточных водоемах.
Обработка погрешностей
В
данной работе устанавливается взаимосвязь между различными параметрами
природных вод. На выявление взаимосвязей влияют погрешности, с которыми
получены данные.
Случайные
погрешности возникают в процессе измерения в результате субъективных или аппаратурных
помех; их никогда нельзя полностью избежать. Чем меньше случайная погрешность,
тем лучше воспроизводимость методики. Систематические погрешности характеризуют
отклонение результата измерения от истинного значения; их можно выявить и с
помощью соответствующих поправок устранить. Связь между обоими видами
погрешности наглядно иллюстрирует Рис.
1 (Кунце, Шведт, 1997).
Рис.
1. Различные виды погрешностей.
Методика может считаться
«правильной» только в том случае, если истинное значение m находится
внутри интервала F (wy) – размаха
отдельных значений измеряемой величины wy. Разность wy(cр)-m (wy(cр)
– среднее значение, полученное из
результатов отдельных измерений) соответствует систематической погрешности. Из
рис. 1,а и 1,б очевидно, что хорошая воспроизводимость (маленький
размах F) еще не гарантирует
правильности результатов, если систематическая погрешность А слишком
велика (Кунце, Шведт, 1997).
Корреляционный анализ
В
гидрохимии, как и во всех точных науках, важно найти и охарактеризовать связи
между результатами измерений. Все это можно сделать при помощи анализа.
В
нашем случае все переменные получены в результате опытов, то есть являются
случайными. Не всегда известно заранее, есть ли связь между двумя случайными
переменными. Для проверки этого существует процедура корреляционного анализа
(Дерфель, 1994).
Зависимость
между двумя величинами x и y всегда
легко определить, когда случайная ошибка достаточно мала. При большой случайной
ошибке связь между двумя величинами смазывается. Тогда говорят о статистической
(вероятностной) зависимости или говорят, что обе величины связаны
корреляционно. Однако, даже если переменные определены абсолютно точно,
закономерность может «смазываться» за счет наложения случайных факторов.
Существование корреляционной связи особенно просто
демонстрируется графическим путем (Рис. 2).
Рис. 2. Иллюстрация наличия корреляции (слева) и ее
отсутствия (справа).
На левом графике все точки распределяются вдоль прямой с
какими-то отклонениями, а на правом – равномерно разбросаны.
Для
оценки того, взаимосвязаны ли параметры, существует коэффициент корреляции.
Коэффициент корреляции – это величина, значение которой лежит в диапазоне от -1
до 1 и чем больше по модулю это значение, тем больше вероятность того, что
величины взаимосвязаны друг с другом. В Табл. 1. (Дерфель, 1994) приведены
критические значения коэффициентов корреляции, при которой наличие взаимосвязи
имеет указанную вероятность.
|
Число измерений |
Вероятность = 0,95 |
Вероятность = 0,99 |
|
3 |
1 |
1 |
|
4 |
0,95 |
0,99 |
|
5 |
0,88 |
0,96 |
|
6 |
0,81 |
0,92 |
|
7 |
0,75 |
0,87 |
|
8 |
0,71 |
0,83 |
|
9 |
0,67 |
0,8 |
|
10 |
0,63 |
0,77 |
|
11 |
0,6 |
0,74 |
|
12 |
0,58 |
0,71 |
|
13 |
0,55 |
0,68 |
|
14 |
0,53 |
0,66 |
|
15 |
0,51 |
0,64 |
|
16 |
0,5 |
0,62 |
|
17 |
0,48 |
0,61 |
|
18 |
0,47 |
0,59 |
|
19 |
0,46 |
0,58 |
|
20 |
0,44 |
0,56 |
|
21 |
0,43 |
0,55 |
|
22 |
0,42 |
0,54 |
|
27 |
0,38 |
0,49 |
Закономерности
позволяют выявить систематические погрешности. Например, она хорошо видна на
корреляционной диаграмме щелочность – жесткость за июнь 2006 года.
Под линией тренда, отдельно
от других точек, видна группа точек,
лежащих на одной прямой. В данном случае можно предположить, что эта группа
появилась в результате систематической ошибки. Из-за выбивающихся точек или
групп точек ухудшается коэффициент корреляции, поэтому мы их исключаем.
Отдельно
лежащие точки, не находящиеся на линии тренда, скорее всего, получились в
результате случайной ошибки метода.
Материалы и методы.
Работа заключалась в анализе данных, собранных 11
экспедициями в д. Фенево Невельского района Псковской области. Анализу подвергались
данные по жесткости, щелочности, цветности, концентрации кальция и концентрации
кислорода. В общей сложности было исследовано 69 станций отбора проб, однако
значительная часть станций была исследована только один или два раза.
Ненадежные данные были
исключены до построения корреляционных таблиц.
Результаты
Корреляция между параметрами.
Поскольку щелочность, жесткость и
концентрация кальция часто бывают взаимосвязаны, мы проверили наличие такой
взаимосвязи в данном случае. Для этого были построены соответствующие
корреляционные диаграммы, приведенные ниже (Рис. 3).
Рис. 3.
Корреляционная диаграмма жесткость - щелочность по результатам всех экспедиций
до исключения ненадежных данных.
Из
Рис. 3 видно, что между параметрами есть взаимосвязь. Однако
некоторые точки выпадают. Они были приняты за грубый промах и исключены из
дальнейшего рассмотрения. Из всего массива данных было исключено в общей
сложности 60 точек по жесткости, щелочности и по кальцию. Они были исключены из
дальнейшего рассмотрения. Корреляционная диаграмма после исключения точек
приведена на Рис. 4.
Рис.
4. корреляционная диаграмма жесткость - щелочность
после исключения ненадежных данных.
Наклон полученной линии тренда составляет 0.51, что очень
близко к теоретическому значению 0.5. Это говорит о том, что ионы жесткости и
гидрокарбонат-ионы оказываются в водах возвышенности в результате одного
процесса – выщелачивания подстилающих пород под действием углекислого газа.
Рис. 5.Корреляционная диаграмма кальций-жесткость, жесткость-щелочность
Далее
были рассчитаны коэффициенты корреляции каждого из исследованных параметров
воды между различными экспедициями. В качестве примера приведем корреляционную
диаграмму по щелочности между июнем и ноябрем 1999 года (рис.6). Из диаграммы
видно, что все точки группируются вокруг одной прямой, что дает довольно
высокий коэффициент корреляции 0,919. В соответствии с Табл. 1 это означает
наличие взаимосвязи с вероятностью более 0.99.
Рис. 6.Корреляционная диаграмма по щелочности между
июнем и ноябрем 1999 года.
Таблица 2.
Коэффициенты
корреляции по жесткости между разными экспедициями
|
|
но96 |
ян97 |
но98 |
ию99 |
но99 |
ию02 |
но02 |
но04 |
но05 |
ин06 |
но06 |
|
но96 |
1 |
0,987 |
|
0,987 |
0,971 |
|
|
|
0,982 |
0,938 |
0,884 |
|
ян97 |
0,987 |
1 |
|
0,917 |
0,951 |
0,912 |
0,734 |
0,203 |
0,946 |
0,729 |
0,646 |
|
но98 |
0,782 |
0,743 |
1 |
0,885 |
0,443 |
|
|
0,736 |
|
0,425 |
|
|
ию99 |
0,987 |
0,917 |
0,885 |
1 |
0,936 |
0,94 |
0,736 |
|
0,962 |
0,325 |
0,452 |
|
но99 |
0,971 |
0,951 |
0,443 |
0,936 |
1 |
0,986 |
0,874 |
|
0,972 |
0,652 |
0,88 |
|
ию02 |
0,962 |
0,912 |
0,887 |
0,94 |
0,986 |
1 |
0,957 |
|
|
0,735 |
|
|
но02 |
0,942 |
0,734 |
0,981 |
0,736 |
0,874 |
0,957 |
1 |
0,763 |
|
0,459 |
0,456 |
|
но04 |
0,965 |
0,203 |
0,736 |
-0,02 |
-0,02 |
0,731 |
0,763 |
1 |
0,253 |
0,841 |
0,46 |
|
но05 |
0,982 |
0,946 |
0,423 |
0,962 |
0,972 |
0,949 |
0,765 |
0,253 |
1 |
0,744 |
0,675 |
|
ин06 |
0,938 |
0,729 |
0,425 |
0,325 |
0,652 |
0,735 |
0,459 |
0,841 |
0,744 |
1 |
0,851 |
|
но06 |
0,884 |
0,646 |
0,033 |
0,452 |
0,88 |
0,843 |
0,456 |
0,46 |
0,675 |
0,851 |
1 |
Наилучшая взаимосвязь наблюдалась между жесткостью,
полученной на одних и тех же станциях в разных экспедициях (Табл. 2). 21 пара
имеет вероятность взаимосвязи более 0.99, 4 – от 0.95 до 0.99 и только 15 –
менее 0.95. Маленькие значения коэффициентов корреляции могут быть обусловлены
близким расположением точек, из-за чего закономерность маскируется случайными
факторами. Это говорит о том, что жесткость в разных станциях меняется от
экспедиции к экспедиции синхронно. Это означает, что основные факторы, влияющие
на жесткость – природа станции и сезон. Механизм этого влияния предстоит
выявить в дальнейшем.
Коэффициенты
корреляции по щелочности между разными экспедициями.
|
|
но96 |
ян97 |
но98 |
ию99 |
но99 |
ию02 |
но02 |
но04 |
но05 |
ин06 |
но06 |
|
но96 |
1 |
0,889 |
|
0,952 |
0,942 |
|
|
|
0,895 |
0,882 |
0,976 |
|
ян97 |
0,889 |
1 |
|
0,905 |
0,817 |
|
0,26 |
0,245 |
0,862 |
0,767 |
0,601 |
|
но98 |
0,552 |
0,98 |
1 |
0,741 |
0,61 |
|
|
|
|
0,481 |
0,803 |
|
ию99 |
0,952 |
0,905 |
0,741 |
1 |
0,919 |
|
0,568 |
|
0,947 |
0,321 |
0,489 |
|
но99 |
0,942 |
0,817 |
0,61 |
0,919 |
1 |
|
0,882 |
0,032 |
0,975 |
0,704 |
0,867 |
|
ию02 |
0,929 |
0,366 |
-1 |
0,956 |
0,961 |
1 |
|
|
|
|
|
|
но02 |
0,841 |
0,26 |
0,795 |
0,568 |
0,882 |
0,62 |
1 |
0,816 |
|
0,651 |
0,88 |
|
но04 |
0,952 |
0,245 |
0,882 |
-0,03 |
0,032 |
0,771 |
0,816 |
1 |
0,388 |
0,496 |
0,747 |
|
но05 |
0,895 |
0,862 |
0,851 |
0,947 |
0,975 |
1 |
0,863 |
0,388 |
1 |
0,731 |
0,927 |
|
ин06 |
0,882 |
0,767 |
0,481 |
0,321 |
0,704 |
-0,64 |
0,651 |
0,496 |
0,731 |
1 |
0,947 |
|
но06 |
0,976 |
0,601 |
0,803 |
0,489 |
0,867 |
0,489 |
0,88 |
0,747 |
0,927 |
0,947 |
1 |
Аналогичные слова можно сказать об общей щелочности. По
этому параметру 9 пар экспедиций коррелируют с вероятностью более 0.99, 11 – от
0.95 до 0.99 и только 16 – менее 0.95. Таким образом, на общую щелочность
также влияет природа станции отбора пробы и сезон. Это неудивительно, имея
ввиду сильную взаимосвязь между жесткостью и щелочностью.
Таблица 4.
Коэффициенты корреляции по кальцию между разными экспедициями.
|
|
но96 |
ян97 |
но98 |
ию99 |
но99 |
ию02 |
но02 |
ию03 |
но04 |
но05 |
ин06 |
но06 |
|
но96 |
1 |
0,844 |
|
0,843 |
|
|
|
|
|
0,769 |
0,282 |
0,685 |
|
ян97 |
0,844 |
1 |
|
|
|
|
0,53 |
0,888 |
0,105 |
0,648 |
0,767 |
0,634 |
|
но98 |
0,066 |
0,139 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0,712 |
|
|
ию99 |
0,843 |
0,958 |
0,388 |
1 |
0,761 |
0,912 |
0,671 |
0,795 |
0,478 |
0,83 |
0,679 |
0,505 |
|
но99 |
0,773 |
0,995 |
1 |
0,761 |
1 |
|
|
|
0,068 |
|
0,459 |
0,666 |
|
ию02 |
0,065 |
0,563 |
-1 |
0,912 |
0,872 |
1 |
0,928 |
0,86 |
|
0,981 |
0,521 |
|
|
но02 |
0,136 |
0,53 |
-0,99 |
0,671 |
0,637 |
0,928 |
1 |
0,738 |
0,707 |
0,811 |
0,782 |
0,527 |
|
ию03 |
0,386 |
0,888 |
0,291 |
0,795 |
0,997 |
0,86 |
0,738 |
1 |
0,868 |
0,886 |
0,891 |
0,891 |
|
но04 |
-0,13 |
0,105 |
-1 |
0,478 |
0,068 |
1 |
0,707 |
0,868 |
1 |
0,466 |
0,34 |
0,677 |
|
но05 |
0,769 |
0,648 |
-0,49 |
0,83 |
0,872 |
0,981 |
0,811 |
0,886 |
0,466 |
1 |
0,723 |
0,773 |
|
ин06 |
0,282 |
0,767 |
0,712 |
0,679 |
0,459 |
0,521 |
0,782 |
0,891 |
0,34 |
0,723 |
1 |
0,831 |
|
но06 |
0,685 |
0,634 |
0,069 |
0,505 |
0,666 |
0,717 |
0,527 |
0,891 |
0,677 |
0,773 |
0,831 |
1 |
Несколько хуже корреляция между различными экспедициями
по кальцию. Только 8 пар экспедиций коррелируют с вероятностью более 0.99%, 7 –
от 0.95 до 0.99 и 27 – менее 0.95. С одной стороны, это не позволяет говорить о
ярко выраженной зависимости концентрации кальция от станции отбора пробы. С
другой стороны, число коррелирующих пар все равно остается слишком большим,
чтобы быть случайным. Учитывая очень высокие коэффициенты корреляции между
разными экспедициями по жесткости, составной частью которой является кальций,
следует признать, что кальций определяется менее надежно.
Коэффициенты
корреляции по кислороду между разными экспедициями.
|
|
но96 |
ян97 |
ию99 |
но99 |
ию02 |
но02 |
ию03 |
но04 |
но05 |
ин06 |
но06 |
|
но96 |
1 |
-0,11 |
0,017 |
0,445 |
-0,41 |
|
0,432 |
0,208 |
0,066 |
0,123 |
0,629 |
|
ян97 |
-0,11 |
1 |
-0,1 |
-0,9 |
|
|
|
|
|
0,675 |
|
|
ию99 |
0,017 |
-0,1 |
1 |
0,611 |
0,404 |
0,731 |
0,313 |
0,319 |
0,731 |
0,597 |
0,705 |
|
но99 |
0,445 |
-0,9 |
0,611 |
1 |
0,756 |
0,885 |
0,533 |
0,752 |
0,735 |
0,349 |
0,862 |
|
ию02 |
-0,41 |
0,205 |
0,404 |
0,756 |
1 |
0,394 |
0,503 |
0,75 |
0,646 |
0,596 |
0,515 |
|
но02 |
0,823 |
0,953 |
0,731 |
0,885 |
0,394 |
1 |
0,651 |
|
|
|
|
|
ию03 |
0,432 |
0,864 |
0,313 |
0,533 |
0,503 |
0,651 |
1 |
0,418 |
0,111 |
0,183 |
0,687 |
|
но04 |
0,208 |
-0,32 |
0,319 |
0,752 |
0,75 |
0,809 |
0,418 |
1 |
0,306 |
0,249 |
0,705 |
|
но05 |
0,066 |
-0,99 |
0,731 |
0,735 |
0,646 |
0,64 |
0,111 |
0,306 |
1 |
-0,15 |
0,701 |
|
ин06 |
0,123 |
0,675 |
0,597 |
0,349 |
0,596 |
0,79 |
0,183 |
0,249 |
-0,15 |
1 |
0,715 |
|
но06 |
0,629 |
0,684 |
0,705 |
0,862 |
0,515 |
0,901 |
0,687 |
0,705 |
0,701 |
0,715 |
1 |
Что
касается кислорода, то корреляций между экспедициями очень мало (Табл. 5).
Всего 1 пара коррелирует с вероятностью более 0.99 и 10 – от 0.95 до 0.99. Тем
не менее, это количество значительно больше случайного. Это говорит либо о
ненадежном методе измерения параметра, либо о серьезном влиянии случайных факторов.
Имея ввиду, что кислород расходуется и попадает в воду достаточно быстро,
следует сделать выбор в пользу влияния случайных факторов.
Коэффициенты
корреляции по цветности между разными экспедициями.
|
|
но96 |
ян97 |
но98 |
ию99 |
но99 |
ию02 |
но02 |
ию03 |
но04 |
но05 |
ин06 |
но06 |
|
но96 |
1 |
0,036 |
|
0,357 |
0,627 |
0,97 |
0,272 |
0,535 |
0,543 |
0,693 |
0,721 |
0,919 |
|
ян97 |
0,036 |
1 |
|
-0,14 |
0,549 |
|
|
|
0,463 |
|
-0,28 |
|
|
но98 |
0,789 |
1 |
1 |
0,017 |
0,972 |
|
|
|
0,23 |
|
-0,08 |
|
|
ию99 |
0,357 |
-0,14 |
0,017 |
1 |
0,318 |
0,621 |
0,009 |
0,044 |
-0,09 |
0,329 |
-0,33 |
0,31 |
|
но99 |
0,627 |
0,549 |
0,972 |
0,318 |
1 |
0,878 |
0,356 |
0,601 |
0,213 |
0,805 |
0,108 |
-0,06 |
|
ию02 |
0,97 |
0,479 |
0,919 |
0,621 |
0,878 |
1 |
0,483 |
0,559 |
0,952 |
|
0,643 |
|
|
но02 |
0,272 |
0,794 |
1 |
0,009 |
0,356 |
0,483 |
1 |
-0,46 |
0,25 |
|
0,907 |
|
|
ию03 |
0,535 |
0,775 |
-0,39 |
0,044 |
0,601 |
0,559 |
-0,46 |
1 |
-0,19 |
0,365 |
0,122 |
0,783 |
|
но04 |
0,543 |
0,463 |
0,23 |
-0,09 |
0,213 |
0,952 |
0,25 |
-0,19 |
1 |
0,908 |
0,005 |
0,251 |
|
но05 |
0,693 |
0,488 |
0,902 |
0,329 |
0,805 |
0,794 |
0,412 |
0,365 |
0,908 |
1 |
0,597 |
|
|
ин06 |
0,721 |
-0,28 |
-0,08 |
-0,33 |
0,108 |
0,643 |
0,907 |
0,122 |
0,005 |
0,597 |
1 |
0,011 |
|
но06 |
0,919 |
0,367 |
1 |
0,31 |
-0,06 |
0,872 |
-0,87 |
0,783 |
0,251 |
1 |
0,011 |
1 |
Похожая картина наблюдается для цветности (6 пар
экспедиций, коррелирующих с
вероятностью более 0.99 и 3 – от 0.95 до 0.99). Однако здесь вопрос о причинах
отсутствия наблюдаемых закономерностей – случайные факторы или погрешности
измерения – остается открытым.
Корреляции между станциями
Была также предпринята попытка
построить таблицы корреляций значения параметра между разными станциями. По
одной оси корреляционной диаграммы при этом откладывали значение параметров на
одной станции в разные годы, по другой – те же значения на другой станции.
Однако из-за большого числа станций, относительно малого числа экспедиций и еще
меньшего числа станций, которые исследовались в нескольких экспедициях одновременно,
построить информативные корреляционные таблицы не удалось.
Выводы:
1.
Выявлена строгая
взаимосвязь между жесткостью и щелочностью поверхностных вод. Молярная
концентрация ионов жесткости составляет примерно половину от общей щелочности.
2.
Выявлена строгая
взаимосвязь между жесткостью и кальцием поверхностных вод.
3.
Выявлено, что
щелочность и жесткость изменяются в разных точках синхронно. Это означает, что
эти параметры зависят в первую очередь от станции отбора пробы и от сезона.
4.
Выявлено, что на
концентрацию кислорода основное влияние оказывают случайные факторы, не
связанные с природой станции отбора пробы и сезоном.
Литература
1.
О.А.Алекин «Основы
гидрохимии» (Гидрометеорологическое издательство, Ленинград,1953).
2.
К.Дёрфель
«Статистика в аналитической химии» (Издательство Мир, Москва,1994)
3.
Д.М.Жилин «Химия
окружающей среды» (Экологическое образование, Москва,2001)
4.
У.Кунце, Г.Шведт
«Основы качественного и количественного анализа» (Издательство Мир,
Москва,1997)
5.
А.Г.Муравьев
«Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами»
(Издательство Крисмас+, СПб,1999)
6.
Д.М.Жилин «Школьная
экспедиционная лаборатория для анализа природных вод» (Издательство Реахим,
Москва)
