Zastosowanie analizy skupień do uporządkowania danych o wielkości zawiesin występujących w wodach i ściekach
8
0
0
Pełen tekst
(2) DO UPORZDKOWANIA DANYCH O WIELKOCI ZAWIESIN WYSTPUJCYCH W WODACH I CIEKACH∗. EWA BURSZTA-ADAMIAK, MAGDALENA KSZYCKA, JANUSZ ŁOMOTOWSKI Katedra Budownictwa i Infrastruktury Technicznej Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Summary Size of suspensions occurring in rain waters, surface waters and sewage was analyzed in samples collected from a few sites situated in the Lower Silesia region (dolnoslaskie and opolskie provinces). Research was conducted for three years (2003 2006). Variety of distribution functions of particle size obtained during analysis decided about necessity of further research in order to systematize the data. Cluster analysis used to this purpose allowed finding similarity in grain composition of suspensions in rain waters, surface waters and sewage. Results of statistic analysis presented in this article were conducted within the Research Project of Polish State Committee for Scientific Research 3PO4GO5125 “Application of the laser diffraction particle size analyzer to monitoring the surface waters”. Keywords: Cluster analysis, grain composition of suspensions, natural waters, sewage. 1. Wprowadzenie Skład wód naturalnych jest róny i zaley od ich rodzaju, sposobu zagospodarowania zlewni, stopnia zanieczyszczenia atmosfery lub powierzchni spływu, pr dkoci i nat enia przepływu wody oraz aktywnoci przemian biologicznych. Na jako
(3) cieków ma wpływ przede wszystkim działalno
(4) człowieka, intensywno
(5) zachodzenia procesów infiltracji wód gruntowych do kanałów i eksfiltracji cieków. Wród zanieczyszcze obecnych w wodach i ciekach znajduj si zawieszone lub pływaj ce zawiesiny. Oznaczenia wielkoci i iloci zawiesin mona wykona
(6) w oparciu o badania granulometryczne z wykorzystaniem zjawiska dyfrakcji wiatła laserowego. Wyniki analiz składu granulometrycznego przedstawione w innych pracach autorów: Burszta-Adamiak, Łomotowski (2005), Burszta-Adamiak, Łomotowski, Stodolak (2004) wykazały due zrónicowanie rozmiarów cz stek zawiesin wyst puj cych w badanych próbach. Przedstawienie uporz dkowanego przegl du uzyskanych wyników bada jest zadaniem trudnym i pracochłonnym, wymagaj cym wielu procedur obliczeniowych. Moliwo
(7) wykorzystania współcze-. ∗ Badania wykonano w ramach Grantu KBN 3 PO4 GO51125 pt.: Wykorzystanie granulometru laserowego w monitoringu wód powierzchniowych..
(8) 48. Ewa Burszta-Adamiak, Magdalena Kszycka, Janusz Łomotowski Zastosowanie analizy skupie do uporzdkowania danych o wielkoci zawiesin wystpujcych w wodach i ciekach. snych narz dzi statystycznych pozwala na przyspieszenie skomplikowanych oblicze i przetwarzanie dowolnej iloci danych. W artykule zaprezentowano wyniki analiz statystycznych, których celem była klasyfikacja danych o składzie granulometrycznym zawiesin i wyodr bnienie z tego zbioru grup o wewn trznej homogenicznoci. 2. Metodyka bada Badania składu granulometrycznego zawiesin wyst puj cych w wodach opadowych, powierzchniowych, spływach i ciekach przeprowadzono w latach 2003-2006. Stanowiska poboru wód opadowych i spływów znajdowały si we Wrocławiu, Strzelinie i Bielawie (woj. dolnol skie) oraz w Kietrzu i Raciborzu (woj. opolskie). Próby wód powierzchniowych pobierano z rzeki Odry w siedmiu punktach na terenie Wrocławia. Próby cieków surowych, oczyszczonych oraz osadu czynnego pobrano z szeciu dolnol skich oczyszczalni: K ty Wrocławskie, Sobótka, Kobierzyce, Siechnice, órawina i Mirków Stary. Badania wielkoci zawiesin wyst puj cych w wodach naturalnych i ciekach przeprowadzono na granulometrze laserowym Mastersizer 2000 firmy Malvern Instruments Ltd. Analizy wymagały poboru prób o pojemnoci 600-700 ml. Przed analiz próby naleało dokładnie wymiesza
(9) , w celu ułatwienia deagregacji, która mogłaby powodowa
(10) bł dy pomiaru. Szczegółowy opis zasady działania tego urz dzenia mona znale
(11) m.in. w publikacjach: McCave, Syvitski (1991) i Soerazza, Moore, Hendrix (2004). Do grupowania i klasyfikacji wyników bada wykorzystano analiz skupie , która pozwala na wyodr bnienie spójnych wewn trznie grup obiektów odzwierciedlaj c ich podobie stwo. Jest to technika uywana do klasyfikowania obiektów w stosunkowo jednorodne grupy zwane skupieniami. Liczba skupie zaley od stopnia zrónicowania zbioru danych. Mała jednorodno
(12) otrzymanych wyników bada prowadzi do utworzenia wi kszej liczby skupisk (Gatnar, 1998). Analizy wykonano w programie STATYSTICA 7.1 PL. 3. Wyniki bada W tabeli 1 przedstawiono rozmiary zawiesin, otrzymane z bada granulometrycznych, stanowi ce odpowiednio wraz z mniejszymi rozmiarami cz stek 10, 50 i 90% w obj toci wybranych prób wód i cieków. Tabela obrazuje zrónicowanie wielkoci zawiesin wyst puj cych w badanych próbach. Pomimo uzyskania wielu dokładnych wyników nie mona było jednoznacznie okreli
(13) podobie stwa składu granulometrycznego zawiesin w danym rodzaju medium. Takie podobie stwo zaobserwowano wykorzystuj c do tego celu analiz skupie . Wybrane dendrogramy przedstawiono na Rysunkach 1-4..
(14) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 7, 2006. 49. Tabela 1. Zestawienie przykładowych wyników bada składu granulometrycznego. Rodzaj próby. Miejsce i data poboru. Nazwa próby. Wrocław Most Pokoju. Umowny wymiar zawiesin, µm d10. d50. d90. WP5. 1,8. 11,2. 56,9. WP16. 7,3. 30,3. 96,1. WP21. 4,3. 21,3. 80,7. WP25. 3,8. 19,4. 106,8. WP26. 2,7. 14,5. 40,7. WO3. 12,9. 28,6. 40,5. WO5. 3,4. 29,5. 52,8. WO7. 21,2. 66,3. 90,2. WO12. 6,8. 48,3. 70,8. WO24. 6,7. 41,9. 61,8. S6. 1,4. 10,9. 20,4. S8. 1,1. 10,9. 19,4. 05.04.06. Wody powierzchniowe. Wrocław Most Uniwersytecki 26.03.06 Wrocław Most Uniwersytecki 11.04.06 Wrocław Most Szczytnicki 11.04.06 Wrocław Most Zwierzyniecki 11.04.06 Wrocław 22.08.04. Wody opadowe. Wrocław 20.04.04 Kietrz 24.04.04 Wrocław 07.09.04 Strzelin. Spływy z dachów. 28.02.04 Wrocław 06.04.04 Strzelin 23.03.04.
(15) Ewa Burszta-Adamiak, Magdalena Kszycka, Janusz Łomotowski Zastosowanie analizy skupie do uporzdkowania danych o wielkoci zawiesin wystpujcych w wodach i ciekach. Rodzaj próby. Miejsce i data poboru Wrocław 9.02.04 Wrocław 10.05.04 Wrocław. Nazwa próby. Umowny wymiar zawiesin, µm d10. d50. d90. S13. 5,8. 43,7. 73,4. S16. 12,8. 38,3. 55,2. S17. 4,9. 37,9. 57,5. SS1. 10,7. 74,1. 888,3. SS2. 8,4. 48,8. 287,9. SS3. 12,4. 82,5. 596,1. SS5. 8,4. 53,5. 356,5. SS9. 9,4. 44,4. 421,3. SO9. 47,2. 165,6. 403,3. SO10. 71,1. 225,4. 505,3. SO11. 82,1. 221,9. 851,6. SO13. 11,1. 38,9. 94,1. SO16. 21,1. 87,2. 203,6. OS1. 67,9. 178,9. 376,5. 02.05.04 Sobótka 02.12.2005. cieki surowe. Sobótka 09.05.2006 Sobótka 04.11.2005 Siechnice 02.12.2005 K ty Wrocł. 04.11.2005 Siechnice 09.05.2006 cieki oczyszczone. Siechnice 02.12.2005 Siechnice 04.11.2005 K ty Wrocł. 09.05.2006 Kobierzyce 02.12.2005 Osad czyn ny. 50. Siechnice 04.11.2005.
(16) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 7, 2006. Rodzaj próby. Miejsce i data poboru. Nazwa próby. Siechnice 02.12.2005. 51. Umowny wymiar zawiesin, µm d10. d50. d90. OS2. 94,5. 272,1. 613,9. OS3. 44,3. 115,7. 255,5. OS4. 17,8. 57,8. 277,7. OS6. 31,2. 94,7. 218,3. órawina 02.12.2005 Kobierzyce 09.05.2006 Kobierzyce 02.12.2005. Diagram drzewa Metoda Warda Odległ. euklidesowa WO17 WO16 WO15 WO14 WO13 WO12 WO11 WO10 WO9 WO8 WO7 WO6 WO5 WO4 WO3 WO2 WO1 WP12 WP11 WP23 WP10 WP9 WP22 WP8 WP7 WP21 WP20 WP19 WP6 WP18 WP3 WP17 WP16 WP15 WP14 WP13 0. 100. 200. 300. 400. Odległo wizania. Rysunek 1. Dendrogramy klasyfikacji prób wód powierzchniowych (WP) i opadowych (WO).. 500. 600.
(17) 52. Ewa Burszta-Adamiak, Magdalena Kszycka, Janusz Łomotowski Zastosowanie analizy skupie do uporzdkowania danych o wielkoci zawiesin wystpujcych w wodach i ciekach. Diagram drzewa Metoda Warda Odległ. euklidesowa WO28 WO27 WO17 WO26 WO25 WO13 WO24 WO23 WO22 WO21 WO20 WO19 WO18 S8 S6 S5 S20 S3 S2 S7 S12 S11 S10 S4 S19 S9 WP18 WP5 WP28 WP27 WP26 WP4 WP3 WP2 WP1 WP8 WP7 WP21 WP25 WP24. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. Odległo wizania. Rysunek 2. Dendrogramy klasyfikacji prób wód powierzchniowych (WP), opadowych (WO) i spływów z dachów (S).. Diagram drzewa Metoda Warda Odległ. euklidesowa SS9 SS8 SS7 SS6 SS5 SS4 SS3 SS2 SS1 OS6 OS5 OS4 OS3 OS2 OS1 SO8 SO7 SO6 SO5 SO4 SO3 SO2 SO1 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. Odległo wizania. Rysunek 3. Dendrogramy klasyfikacji prób cieków surowych (SS), oczyszczonych (SO) i osadu czynnego (OS)..
(18) POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZDZANIA WIEDZ Seria: Studia i Materiały, nr 7, 2006. 53. Diagram drzewa Metoda Warda Odległ. euklidesowa WP6 W18 WP22 WP11 WP10 WP9 WP23 WP8 WP7 WP21 WP20 WP3 WP2 WP7 WP25 WP12 SO17 SO16 SO15 SO14 SO13 SO12 SO11 SO10 SO9 0. 100. 200. 300. 400. 500. Odległo wizania. Rysunek 4. Dendrogramy klasyfikacji prób wód powierzchniowych (WP) i cieków oczyszczonych (SO). Zastosowanie metody skupie pozwala na wyodr bnienie oddzielnych skupisk danych o wielkoci zawiesin wyst puj cych w danym rodzaju wód naturalnych i cieków. Pomimo poboru prób na rónych stanowiskach pomiarowych i w rónych odst pach czasowych mona było znale
(19) skład granulometryczny cz stek charakterystyczny dla wód powierzchniowych, opadowych, spływów oraz cieków surowych, oczyszczonych i osadu czynnego. wiadczy to, e wielko
(20) cz stek zawiesin wyst puj cych w wodach powierzchniowych, opadowych (deszczu i niegu), spływach oraz ciekach jest cech pozwalaj c na identyfikacj rodzaju prób. 4. Wnioski Wykorzystanie narz dzi statystycznych do przetwarzania duej iloci pozyskanych danych rozszerza moliwoci analiz składu granulometrycznego zawiesin wyst puj cych w wodach naturalnych i ciekach. Wyniki analizy skupie pozwalaj stwierdzi
(21) , e kady rodzaj medium charakteryzuje si okrelonym rozmiarem cz stek zawiesin, na który maj wpływ rónego rodzaju czynniki miedzy innymi warunki lokalne oraz procesy biologiczne i chemiczne zachodz ce w wodach i ciekach..
(22) 54. Ewa Burszta-Adamiak, Magdalena Kszycka, Janusz Łomotowski Zastosowanie analizy skupie do uporzdkowania danych o wielkoci zawiesin wystpujcych w wodach i ciekach. Bibliografia 1.. Burszta-Adamiak E., Łomotowski J. (2005) Badania składu granulometrycznego wód opadowych i powierzchniowych z zastosowaniem granulometru laserowego. II Kongres Inynierii rodowiska. Monografie Komitetu Inynierii rodowiska PAN, 2.. 2.. Burszta-Adamiak E., Łomotowski J., Stodolak R. (2004) Analiza zanieczyszcze w opadach atmosferycznych. Seria: Badania Systemowe, 36. Instytut Bada Systemowych PAN, Warszawa.. 3.. McCave I. N., Syvitski J.P.M. (1991)Principles and Methods of Geological Particle Size Analysis. Principles, Methods and Application of Particle Size Analysis. Cambridge, University Press.. 4.. Sperazza M., Moore J.N., Hendrix M.S. (2004) High-resolution analysis of naturally occurring very fine-grained sediment through laser diffractometry. Journal of Sedimentary Research, 74, 5: 736-743.. 5.. Gatnar E. (1998) Symboliczne metody klasyfikacji danych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.. 6. Sokołowski A. (2002) Metody stosowane w data mining. Zeszyty serii „Zastosowania statystyki i data mining” Data mining-metody i przykłady. Warszawa..
(23)
Powiązane dokumenty
1964.. Słynny ten utwór parafrazował G.. Poeta często jedne m yśli powtarza, których ani dowcipem , ani sposobem w yrażenia nie uprzyjemnia. K om pozycja L...]
Zdystansowanie się od kategorii terroru i odrzucenie pojęcia ludobójstwa doprowa- dziło Brewinga do przyjęcia terminu masakra jako, jego zdaniem, najbardziej adekwat- nego terminu
procesów glacigenicznych w Polsce Środkowej. Stwierdzono, że wyróżniane na podstawie poziomu energii litotypy wykazują powiązania zarówno z określonymi rodzajami
katalog uprawionych do złożenia wniosku o ustalenie zdarzenia medycznego po śmierci pacjenta oraz terminów przedawnienia roszczeń w odniesieniu do przepisów
worden genoemd. Voor een meer volledi ge informatie t. De algemene oplossing van de D. De gevonden oplossing lS blijkbaar de som van twee comp l exe
Sape- ckiego parafi i Radomyśl, faktem jest jednak, że 19 stycznia 1907 roku otrzymał probostwo w Racławicach 8.. Rozpoczynając duszpasterzowanie w
Traktowanie ateizmu jako znaku czasu, w którym i przez który wyraża się również określona myśl Boża, wymaga bliższego wyjaś nienia. Jest bowiem rzeczą
Une exposition du type scientifique, bien que constituée des oeuvres d'art (les bas-reliefs assyriens). L'exposition elle-même ne montre pas même une trace de composition,
