raport a-i analiza dostępnych danych pomiarowych i aktualnych

POLITECHNIKA WARSZAWSKA
WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA
ZAKŁAD OCHRONY I KSZTAŁTOWANIA ŚRODOWISKA
ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa
RAPORT A-I
pt.
ANALIZA DOSTĘPNYCH DANYCH POMIAROWYCH I
AKTUALNYCH METOD STATYSTYCZNYCH ORAZ
POTRZEB WIOŚ W ZAKRESIE METOD
STATYSTYCZNYCH
Autorzy:
dr inż. Małgorzata Loga
prof. dr hab. inż. Marek Nawalany
Raport wykonany dla Zamawiającego:
Wojewódzkiego Inspektoratu Ochrony Środowiska w Krakowie
Warszawa, kwiecień 2009 r.
PODSTAWY FORMALNE
Podstawą formalną niniejszego raportu jest Umowa 28/PL0302/2009 dotycząca
realizacji projektu badawczego pt. „Opracowanie i testowanie metod statystycznej analizy
danych monitoringu wód dla potrzeb: optymalizacji pomiarów, opracowania ogólnego
systemu ocen stanu wód powierzchniowych, oceny jakości wód i raportowania zgodnie z
Ramową Dyrektywą Wodną, oraz testowanie i ocena możliwości wzmocnienia systemu
kontroli i monitoringu presji poprzez wdrożenie automatycznych pomiarów jakości wód opracowanie metodyki interpretacji danych z pomiarów automatycznych” a w szczególności
Harmonogram stanowiący Załącznik nr 3 do Umowy.
Zgodnie z Harmonogramem Wykonawca dostarcza Raport A-1 pt.
„Analiza dostępnych danych pomiarowych i aktualnych metod statystycznych
oraz potrzeb WIOŚ w zakresie metod statystycznych”
zawierający założenia do ocen statystycznych jakości jednolitych części wód (JCW) na
podstawie rozpoznania zasobów i potrzeb WIOŚu.
Warszawa, kwiecień 2009r.
SPIS TREŚCI
1.
Wstęp
2.
Metody ocen jakości wód i statystyki stosowane do roku 2008
3.
Statystyka w dyrektywach i rozporządzeniach - ogólna analiza
4.
Rola statystyki w systemach AGIS i BDOJW
5.
Zagadnienia hydrologiczne związane ze statystyką
6.
Podsumowanie
1.
WSTĘP
Niniejszy projekt związany jest z realizacją statutowych obowiązków WIOŚ Kraków
w części dotyczącej: gromadzenia i przetwarzaniu danych pomiarowych pochodzących z sieci
monitoringu wód płynących, dostarczania do GIOŚ informacji o jakości wód
powierzchniowych płynących w obszarze Małopolski w postaci klasyfikacji rzek oraz ocen
Jednolitych Częściach Wód (JCW) zgodnie z RDW i innymi dyrektywami użytkowymi Unii
Europejskiej a także udostępniania i upubliczniania tej informacji na określonych zasadach.
Informacja o zmienności wskaźników jakości wód powierzchniowych uzyskiwana dzięki
funkcjonowaniu systemu monitoringu tych zasobów ma postać powiązanych ze sobą
przestrzennie wielowymiarowych szeregów czasowych. Dominujący obecnie sposób
monitorowania wód powierzchniowych w Polsce polega na dyskretnym w czasie poborze
prób wody w punktach pomiarowych (p.p.) zlokalizowanych na rzekach, zbiornikach
wodnych i jeziorach oraz dokonywaniu analiz chemicznych i biologicznych tych prób w
wyniku czego określane/wyznaczane są wartości liczbowe wskaźników jakości wody w
próbach. Wartości te, zwane dalej danymi pomiarowymi, są przypisywane bezpośrednio
punktom pomiarowym oraz pośrednio Jednolitym Częściom Wód. Są one gromadzone w
bazach danych, przetwarzane a następnie, w postaci przetworzonej, udostępnianie osobom i
instytucjom do różnych celów. Do najważniejszych celów należą: ochrona zasobów wodnych,
planowanie wodno-gospodarcze, bieżące wykorzystanie zasobów wodnych w gospodarce
komunalnej, rolnictwie, przemyśle, transporcie i rekreacji a także wykorzystanie informacji o
zasobach do celów naukowych. Programy pomiarowe (częstość poboru prób i zakres
dokonywanych analiz wody) w poszczególnych p.p. są ustalone dla każdego roku
kalendarzowego lecz z roku na rok mogą się zmieniać. Podobnie jak liczba p.p. tworzących
sieć monitoringu. Punkty pomiarowe mogą być dodawane do sieci monitoringu wraz z
odpowiednimi dla nich programami pomiarowymi, usuwane z niej bądź modyfikowane co do
ich lokalizacji oraz przypisanych im programów pomiarowych. Ze względu na zmienność w
czasie (w skali wielolecia), zbiory danych pomiarowych w systemach monitoringu wód
powierzchniowych charakteryzują się szeregiem własności powodujących, że ich
gromadzenie, przetwarzanie i udostępnianie jest zadaniem z natury rzeczy złożonym.
Całkowita/sumaryczna długość ciągów czasowych reprezentujących dane pomiarowe
nieustannie wzrasta oraz, jednocześnie a jednocześnie zmienia się ich struktura gdyż ilość
mierzonych (monitorowanych)
wskaźników jakości wody a także ilość punktów
pomiarowych zmienia się z roku na rok. W nieco wolniejszym tempie, choć tez ciągle,
zmieniają się techniki pomiarowe, analityczne oraz technologie informatyczne dzięki, którym
dane pomiarowe powstają, są gromadzone i przetwarzane oraz w końcu (w postaci
przetworzonej) udostępniane użytkownikom. Aspekt zmian technologicznych nie jest jednak
przedmiotem niniejszego projektu. Zakłada się pragmatycznie, że dostępne w chwili obecnej
technologie stosowane w systemach monitoringu wód powierzchniowych przetrwają kilka lat
(5-8). Przyjmuje się, że pojawiające się nowe technologie będą w tym czasie testowane i nie
zmienią „en gros” opisanej wyżej typowej, obowiązującej struktury systemów monitoringu
wód powierzchniowych w Polsce.
Niniejszy projekt (zwany roboczo STATYSTYKA) stawia sobie za cel stworzenie
„narzędzi teoretycznych” umożliwiających interpretację, raportowanie i udostępnianie w
sposób zintegrowany i efektywny (szybki i bezbłędny) danych pomiarowych systemu
monitoringu
wód powierzchniowych zgromadzonych i nadal gromadzonych przez
Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Krakowie i jego Delegatury w Tarnowie i
Nowym Sączu.
Projekt STATYSTYKA jest rozwijany równolegle
projektami:
i w skojarzeniu z dwoma

Opracowanie i wdrożenie analizatora GIS dla potrzeb optymalizacji sieci
monitoringu wód (zwanego dalej roboczo Analizatorem GIS - AGIS) oraz

Rozwinięcie
i
wdrożenie
komputerowego
systemu
gromadzenia,
przechowywania, przetwarzania i udostępniania on-line danych środowiskowych
(zwanego dalej roboczo Bazą Danych O Jakości Wód - BDOJW)
Sposobem organizacji pracy w projekcie STATYSTYKA jest ciągła interakcja i
uzgadniane powstających rozwiązań w zakresie metod kategoryzacji wód oraz ocen JCW z
dwoma powyższymi projektami w celu umożliwienia: testowania na bieżąco metod
(statystycznych i innych) oraz ich ostatecznego zaimplementowania w systemach AGIS i
BDOJW. .
Metody integracji danych pomiarowych rozważane w niniejszej pracy badawczej
zaczerpnięte są głownie ze statystyki, logiki i teorii zbiorów. Nie jest intencją tej pracy
tworzenie nowych teorii czy metod statystycznych lecz, przyjęcie konstrukcji teoretycznych i
metod dawno już przez statystykę odkrytych, adekwatnych do potrzeb WIOŚ i prostych
obliczeniowo, a równocześnie zgodnych z wymogami Ramowej Dyrektywy Wodnej i
dyrektyw pokrewnych.. Główny wysiłek pracy w niniejszym projekcie poświecony będzie
algorytmizacji statystycznych (i innych) metod przetwarzania danych pomiarowych. W
sytuacjach szczególnie skomplikowanych, gdy zastosowanie zaawansowanych metod
statystyki wymagałoby niezwykle złożonego programowania, proponowane będą metody
heurystyczne. Podsumowując, niniejsza praca nie będzie wybiegać znacząco poza znaną
parametryzację statystyczną ciągów danych pomiarowych, np. średnie, wariancje, percentyle,
wartości minimalne i maksymalne, funkcje autokorelacji oraz wielowymiarową regresję
liniową. Punktem wyjścia do rozważań będą parametry statystyczne („statystyki”) stosowane
do ocen jakości wód do roku 2008 Zastosowanie nawet tak ograniczonego zakresu statystyki
jest, wobec generycznej złożoności i przestrzennej zależności ciągów czasowych danych
pomiarowych, zadaniem niezwykle wymagającym.
Metody statystyczne (i inne) rozważane w projekcie STATYSTYKA oraz związane z
nimi algorytmy obliczeniowe uwzględniać będą od samego początku „niestacjonarną” naturę
i niejednorodność zbiorów danych pomiarowych wytworzonych przez system monitoringu
wód powierzchniowych w obszarze WIOŚ w Krakowie.
Główne problemy teoretyczne stojące przed niniejszą pracą badawczą to:




Wyznaczenie algorytmów ocen jakości wody w rzekach Województwa
Małopolskiego z punktu widzenia klasyfikacji wód oraz „dyrektyw
użytkowych”
Wyznaczenie algorytmów ocen JCW-m
tj. Jednolitych Części Wód
„mierzonych” czyli takich, w których w których występuje choć jeden
„aktywny” punkt pomiarowy sieci monitoringu
Wyznaczenie algorytmów ocen JCW-nm tj. Jednolitych Części Wód „nie
mierzonych” czyli takich, w których brak jest „aktywnych” punktów
pomiarowych sieci monitoringu
Zalgorytmizowanie i przetestowanie metody docelowej EQR (ang. Ecological
Quality Ratio) wymaganej przez RDW jako zasadniczej metody oceny JCW.
z wykorzystaniem aktualnych i historycznych danych pomiarowych. Zwłaszcza zagadnienie
wyznaczania EQR jest szczególnie trudne ze względu na wciąż niedostępne wartości
referencyjne w zakresie biologicznych wskaźników jakości wód (dla różnych typów wód
powierzchniowych) niezbędnych dla wyznaczenia ocen ekologicznych Jednolitych Części
Wód (JCW). Korzystanie z historycznych danych pomiarowych w zakresie wskaźników
biologicznych natrafia na dodatkowe trudności związane z niespójnością tych danych
(rodzajów mierzonych wskaźników) oraz ich niejednorodnością (stosowane metodyki).
Zarówno liczba i zakres mierzonych wskaźników jak i metody analityczne w odniesieniu do
dwóch okresów – w okresie poprzedzającym wejście w życie RDW i obecnie, zmieniły się;
zwłaszcza w aspekcie obowiązujących procedur pomiarowych wskaźników biologicznych. O
sposobie rozwiązania pierwszych dwóch wymienionych wyżej problemów rozstrzygają „w
zasadzie”: Ramowa Dyrektywa Wodna wraz z Rozporządzeniem Ministra - Rozporządzenie
Ministra z dnia 20 sierpnia 2008r (Dz.U. z 2008r Nr 162 poz.1008) „w sprawie sposobu
klasyfikacji stanu jakości jednolitych części wód” oraz, dodatkowo, tzw. dyrektywy użytkowe
wraz z odpowiednimi rozporządzeniami właściwych ministrów (patrz Raport B-I). Pozostałe
dwa problemy są zagadnieniami otwartymi i stanowią naukową część niniejszej pracy
badawczej.
Istotny jest pragmatyczny aspekt STATYSTYKI, sprowadzający się do decyzji, że
aczkolwiek uzyskane w projekcie rozwiązania dotyczyć będą wszystkich czterech
powyższych zagadnień to w tworzonym równolegle systemie gromadzenia, przetwarzania i
udostępniania danych monitoringowych BDOJW zostaną zaimplementowane wyłącznie
metody klasyfikacji wód oraz wyznaczania ocen JCW-m i JCW-nm w oparciu o
obowiązujące uregulowania prawne, tj. Rozporządzenie Ministra z dnia 20 sierpnia 2008 oraz
rozporządzania użytkowe. Istotne jest bowiem by system gromadzenia, przetwarzania danych
pomiarowych oraz udostępniania informacji z sieci monitoringu wód powierzchniowych mógł
być wdrożony natychmiast i wspomagać statutową działalność WIOŚów zgodnie z
obowiązującymi przepisami. Zakłada się, że obowiązujące obecnie uregulowania prawne
będą obowiązywać przynajmniej przez następne dwa-trzy lata.
Rozwiązania (algorytmy) dotyczące docelowego systemu ocen (EQR)
zaimplementowane zostaną w drugim z rozwijanych systemów informatycznych, AGIS, i
będą w tym systemie stosowane do analiz równolegle do obowiązujących metod klasyfikacji
wód i wyznaczania ocen. Dopiero, potwierdzone praktyką mogą stać się podstawą zmian w
obowiązujących przepisach.
W sensie technicznym opracowane algorytmy klasyfikacji wód i ocen powinny zapewnić
szybkie przetwarzanie i interpretację informacji (danych pomiarowych) przechowywanych,
przetwarzanych i udostępnianych przez BDOJW a także analizowanych przez AGIS.
Algorytmy wyznaczania parametrów statystycznych w systemie BDOJW będą identyczne z
algo rytmami w systemie AGIS, z tym, że ze względ u n a swo ją an alityczn ą fu n k jcę AGIS
zostanie wyposażony w
dodatkowe algorytmy do obliczeń statystycznych. Oprócz
technicznych testów jakie zostaną przeprowadzone podczas realizacji niniejszego projektu,
algorytmy statystyczne będą pośrednio przetestowane przez użytkowników AGIS i BD dzięki
narzędziom informatycznym umożliwiającym:



2.
wizualizację danych pomiarowych oraz obliczonych parametrów statystycznych. (i
innych) w postaci grafów, wykresów i map
przygotowanie danych pomiarowych i/lub obliczonych parametrów statystycznych (i
innych) w postaci tabel, grafów, wykresów i map dla potrzeb raportowania oraz
udostępniania informacji
transmisję zintegrowanej informacji dotyczącej monitoringu wód powierzchniowych
w Województwie Małopolskim z systemu BDOJW do portalu WIOŚu
METODY OCEN JAKOŚCI WÓD I STATYSTYKI STOSOWANE DO ROKU
2008
Zakres pojęć i metod statystyki stosowanych przez WIOŚ w obsłudze systemu
monitoringu wód powierzchniowych ograniczał się do tej pory do estymat wartości średnich,
wariancji, odchyleń standardowych, wyróżnionych percentyli, współczynników korelacji oraz
prezentacji przebiegów czasowych mierzonych wskaźników jakości wód. Poniżej opisana
jest pokrótce charakterystyka metod statystycznych stosowanych w systemie JAWO
stosowanym przez WIOŚ do roku 2008. Konieczność posługiwania się statystyką wynikała z
realizacji statutowych obowiązków WIOŚ Kraków, a mianowicie z:
a. obowiązku gromadzenia, przechowywania i (ograniczonego) udostępniania danych
pomiarowych
b. obowiązku kontrolowania wprowadzanych do JAWO danych pomiarowych
c. obowiązku raportowania „o jakości wód powierzchniowych w sieci rzecznej objętej
nadzorem WIOŚ w Krakowie” do organów państwowych i samorządowych
Historycznie, do celów klasyfikacji wód stosowano w Polsce klasyfikację bezpośrednią a do
ocen jakości wód w przekrojach pomiarowych - metody: miarodajną (regresyjną) oraz tzw.
statystyczną.
Metoda bezpośredniaa klasyfikacji jakości wód polegała na oszacowaniu częstotliwości
zachowania norm każdego badanego parametru jakości. Ocenę uzyskiwano na drodze
bezpośredniego porównania pomierzonych wartości parametru (wskaźnika) jakości wody z jego
wielkością dopuszczalną w danej klasie i obliczenia procentu wyników, które nie przekraczają
normy w każdej z klas czystości. Wynikiem oceny jest numer klasy, w której mieści się 90 lub
95% pomierzonych wartości.
Metody miarodajne stosowane były dla celów uzyskania prognozy stanu jakości wód jaki
może pojawić się przy określonym przepływie (np. przy przepływie głównym SWW). W
metodzie stosowany był model regresyjny opisujący związek pomiędzy natężeniami
przepływu wody a towarzyszącymi tym przepływom stężeniami wskaźników opisujących
jakość wody. Stężenia miarodajne uzyskiwane były z modelu regresyjnego dla przepływu
równego SNQ. Warunkiem stosowania metody była dostępność pełnych zbiorów danych
wejściowych tj. wartości pomierzonych przepływów i wskaźników jakości wód. Podstawą
stosowania metody miarodajnej jest założenie, że zmiana składu wody (w przekroju) w danym
miejscu i czasie jest opisana zmiennością natężenia przepływu. Metodę miarodajną można
stosować do obliczania stężeń tych parametrów, których zmienność może być warunkowana
zmianami przepływu. Metoda regresyjna nie była i nie jest stosowana do wskaźników
hydrobiologicznych. Wskaźniki bakteriologiczne ocenia się na podstawie wartości drugiej z
najwyższych, natomiast ocena saprobiologiczna jest najwyższą ze stwierdzonych w okresie
badań.
Jako krzywą regresji opisującą zależność pomiędzy wielkością parametru pomierzonego i
natężeniem przepływu przyjmowano następujące funkcje:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
w których:
y( x ) = ax + b
a
y( x ) = + b
x
a
y( x ) =
x
x
y( x ) =
ax + b
y( x ) = ax b
y( x ) = aebx
a
y( x ) = + bx + c
x
y(x) - stężenie składnika lub wielkość cechy,
x - wielkość przepływu chwilowego,
a, b, c, - stałe określone empirycznie.
Wynikiem obliczeń jest oszacowanie
jakości wód dla dowolnego przepływu
charakterystycznego, w tym również prognozy jakości wód, jaka może pojawić się w najmniej
korzystnym przypadku, gdy przepływ będzie równy SNQ. Podstawą wyboru jednej z siedmiu
wartości stężeń miarodajnych jest maksymalna wielkość współczynnika determinacji liniowej,
który informuje jaki procent zmienności stężeń (y) jest wyjaśniony zmiennością przepływu (x):
n
r2 = 1−
∑ ( y ( x i ) − yˆ ( x i ) )
2
∑ ( y( xi ) − y( xi ))
2
i =1
n
i =1
gdzie:
n - ilość obserwacji,
y ( x i ) - wartości pomierzone,
yˆ ( x i ) - wartości estymowane,
y (x ) - średnia z wartości pomierzonych.
W bazie danych JAWO wybór odbywał się bez udziału użytkownika programu. Na życzenie
użytkownika można było uzyskać graficzną reprezentacje powyższych krzywych regresji, a dla
najlepszej z nich wartość miary dobroci statystycznej doboru oraz zestawienia współczynników
krzywej regresji wyznaczonych empirycznie dla każdego mierzonego parametru (wskaźnika).
Metody statystyczne stosowane były do obliczeń dla zbiorów niepełnych, gdy brak było
pomiarów przepływów chwilowych lub wartości przepływu głównego SNQ. Metody te
pozwalały określić poziom gwarancji zachowania norm jakości wód. Uwzględniały one
obliczenia podstawowych parametrów rozkładu normalnego i logarytmiczno - normalnego tj.:
wartość średnią, wariancję, odchylenie standardowe i współczynnik zmienności próby. O
wyborze jednego z rozkładów decydował współczynnik zmienności próby, gdy był on większy
od 0.2 wówczas odpowiednia zmienna nie podlegała rozkładowi normalnemu. W bazie danych
JAWO wybór typu rozkładu następuje bez udziału użytkownika programu, a wynikiem obliczeń
są:
 stężenia (lub wielkości cech) odpowiadające 95% gwarancji nieprzekraczalności (czyli o
prawdopodobieństwie p = 90%) obliczone wg zależności:
C95 = Cśr ±1.645 δ
w której:
C95 - stężenie (wartości) odpowiadające percentylowi -95,
Cśr - stężenie średnie (wartość oczekiwana),
δ - odchylenie standardowe próby.
stężenia (lub wielkości parametrów) o gwarancji 90% (prawdopodobieństwo
80%)obliczone wg zależności:
C90 = Cśr ± 1.28 δ
w której:
C90 - stężenie (wartości) odpowiadające percentylowi 90,
Cśr - stężenie średnie (wartość oczekiwana),
δ - odchylenie standardowe próby.
•
Zawartość tlenu rozpuszczonego, % nasycenia tlenem oraz miano coli są obliczane na
podstawie dolnej granicy tj. Cśr -1.645 δ (lub Cśr -1.28 δ), natomiast wartość pH jest liczona dla
górnej i dolnej granicy. Metoda statystyczna stosowana była do wszystkich badanych
wskaźników jakości wody.
W przypadku, gdy obliczone wartości stężeń gwarantowanych znacznie różnią się od
maksymalnych wartości zaobserwowanych wówczas należy stosowano uproszczoną metodę
Nesmeraka. Przy obliczeniu stężenia gwarantowanego z prawdopodobieństwem 90% liczba
wykonanych oznaczeń nie może być mniejsza od 11. Sposób obliczeń polega na uszeregowaniu
malejącym wartości pomierzonych, a następnie przyporządkowaniu im empirycznego
prawdopodobieństwa, obliczonego wg zależności:
m−3
p=
n + 0. 4
gdzie:
m - jest liczbą porządkową w szeregu progresywnym,
n - jest rzeczywistą liczbą obserwacji.
Położenie (pozycję) w szeregu uporządkowanym wartości o gwarancji 90% oblicza się na
podstawie liczby obserwacji, wg wzoru:
k = 0.1n + 0. 34
zaokrąglając obliczoną wartość k do liczby całkowitej. Szukana pozycja znajduje się pomiędzy
wyrazami k i k-1.
Metodę stężeń charakterystycznych należy traktować jako uproszczoną metodę statystyczną.
Metoda stężeń charakterystycznych opiera się, w przypadku wskaźników fizykochemicznych, na średnich stężeniach najbardziej niekorzystnych wartości danego parametru
(po odrzuceniu wyniku najgorszego, co najmniej o 200% gorszego od następnego),
porównanych z obowiązującymi normami. Dla wskaźników toksycznych (metale ciężkie,
chlor, formaldehyd, cyjanki, pestycydy, substancje promieniotwórcze) przyjmowany jest
wynik najgorszy. W przypadku wskaźników hydrobiologicznych metoda ta jako podstawę
oceny przyjmuje najgorszy wynik. Podstawą oceny bakteriologicznej jest drugi z kolei wynik
najbardziej niekorzystny.
Metoda stężeń miarodajnych i stężeń charakterystycznych stosowane były do roku 2004. Od
roku 2005 rozporządzeniem Ministra Środowiska wprowadzona została metoda percentyla90. W praktyce realizowana ona była w bazie JAWO w wersji tzw. Metody Nesmeraka. *
3.
STATYSTYKA W DYREKTYWACH I ROZPORZADZENIACH - OGÓLNA
ANALIZA
Rozporządzenia Ministra omówione w Raporcie B-I
stanowią punkt wyjścia dla
projektowania systemów AGIS i BDOJW. Podstawowe cechy Dyrektyw z punktu widzenia
właściwych dla nich skal przestrzennych (obszarów stosowania), skal czasowych
(częstotliwości poboru prób), programów pomiarowych (liczba i zakresów mierzonych
wskaźników) oraz zalecanych statystyk podstawowych – Tab. 3.1, wyznaczają w decydujący
sposób strukturę i funkcjonalność systemów AGIS i BDOJW w zakresie metod klasyfikacji
stanu wód i oceny JCW.
Tab. 3.1 Podstawowe cechy rozporządzeń
No. Rozporządzenie
Skala
stosowania
Liczba
wskaź
ników
Biol 5
Hydro
10
CH25
1
Rozporządzenie
Ministra
20.08.2008 +
projekt
Rozporządzenia
monitoringowego
cała sieć
rzeczna
2
Rozp. W sprawie
kryteriów wyzn.
w. wrażliwych na
zan. zw. azotu ze
źródeł rolniczych
w.zanieczysz 5
czone, w.
zagrożone,
w. w których
występuje
eutrofizacja
Min/Max
częstotliwość
poborów
Diagn (1/6
lat):
B 1/8,
H 1/12
Ch 6/12
Oper
B 1/8
CH 4/12
?/?
Średnia/
Mediana
Min/ Percent
Max yl-95
+/-
+/+
+
-/-
-/-
-/-
3
4
Rozp. w sprawie
wymagań jakim
powinny odp. w.
pow.
wykorzystywane
do zaop. ludności
w wodę
przeznaczoną do
spożycia
Rozp. w sprawie
wymagań jakim
powinny odp. w.
śródlądowe będące
środow. życia ryb
w warunkach
naturalnych.
ujęcia wody
pitnej
44
wody
14
wyznaczone
jako wody
rybne
częst.
-/+
zależna od
kategorii
wody oraz l.
ludności
korzystającej
z ujęcia;
1/12
-/-
+/+
12/52
-/-
-/+
+/-
Analiza Tabeli 3.1 pozwala dostrzec istotne własności dyrektyw, które powodują, że
struktura i sposób projektowania funkcjonalności systemów AGIS i BDOJW w zakresie
metod klasyfikacji stanu wód i oceny JCW muszą uwzględniać szereg reguł i ograniczeń.
Tablica 3.1 jest w istocie tablicą wielowymiarową – w jej obecnej postaci nie uwzględnione
są ograniczenia występujące w tekstach Dyrektyw ani tym bardziej niespójności pomiędzy
Dyrektywami i rozporządzeniami. Dokładne rozpisanie Tabeli 3.1 a w szczególności
rozstrzygniecie sposobu postępowania z ograniczeniami i niespójnościami będzie jednym z
głównych zadań II-go etapu projektu.
W szczególności, przedmiotem prac Etapu II będą:
 określenie zakresu przestrzennej stosowalności poszczególnych dyrektyw w sieci rzecznej
objętej monitoringiem wód WIOŚ w Krakowie. W szczególności
1.
2.
Tylko Rozporządzenia 1 stosowane będą do w całym obszarze sieci rzecznej na
terenie WIOŚ Kraków
Pozostałe Rozporządzenia będą miały charakter lokalny; ich przypisanie do
konkretnych fragmentów sieci rzecznej (podsieci) zostanie wykonane w systemie
AGIS i (następnie) przekazane do systemu BDOJW
 określenie związków przestrzennych pomiędzy obszarami (podsieciami) stosowalności
poszczególnych dyrektyw w sieci rzecznej objętej monitoringiem wód WIOŚ w Krakowie.
Związki te (nakładanie się, uzupełnianie się, itd.) spowodują, że pojawi się szereg
ograniczeń co do możliwości zmniejszania liczby punktów pomiarowych w sieci
monitoringu, np.
1.
2.
Przenoszenie/przesuwanie punktów pomiarowych monitoringu diagnostycznego do
punktów monitoringu celowego będzie możliwe (pod warunkiem nie zaburzania
kryterium lokalizacyjnego określonego przez Rozporządzenie Ministra z dnia 20
sierpnia 2008
Przenoszenie/przesuwanie punktów pomiarowych monitoringu celowego do
punktów monitoringu diagnostycznego nie będzie (w zasadzie) możliwe gdyż p.p.
monitoringu celowego musza być zlokalizowane w odpowiednich dla nich
obszarach chronionych (kąpieliskach, strefach ochrony wód, etc.)
 przypisanie programów pomiarowych dla poszczególnych typów punktów pomiarowych
zgodnie z dyrektywami użytkowymi właściwymi dla poszczególnych typów monitoringu
w sieci rzecznej objętej monitoringiem wód WIOŚ w Krakowie
 określenie związków pomiędzy programami pomiarowymi w aspekcie związków
przestrzennych pomiędzy obszarami stosowalności poszczególnych dyrektyw w sieci
rzecznej objętej monitoringiem wód WIOŚ w Krakowie. Związki te (nakładanie się,
zawieranie się zakresów, uzupełnianie się, itd.) spowodują, że pojawi się szereg
ograniczeń co do możliwości redukcji wysiłku pomiarowego WIOŚ w Krakowie, np.
1.
Integrowanie programów pomiarowych w przypadku integracji/scalania punktów
pomiarowych będzie dopuszczalne przy przestrzeganiu oczywistej zasady, że
wymagania każdej z dyrektyw 1-7 dla wszystkich typów monitoringów
występujących w scalonych punktach pomiarowych będą spełnione (w praktyce
może to oznaczać, że decydująca będzie największa częstotliwość pomiarów
określonego wskaźnika właściwa dla każdego z typów monitoringu)
 inwentaryzacja niezbędnych statystyk oraz weryfikacji kompletności zbioru statystyk,
które stosowane będą zarówno w niniejszym projekcie jak i w systemach AGIS oraz
BDOJW
 algorytmizacja procedur statystycznych dla systemów AGIS i BDOJW dla potrzeb
klasyfikacji stanu wód na odcinkach (podsieciach) mierzonych oraz dla ocen JCW
mierzonych
 opracowanie zupełnie nowych procedur statystycznych oraz ich algorytmizacja dla
systemów AGIS i BDOJW dla potrzeb klasyfikacji stanu wód na odcinkach (podsieciach)
nie mierzonych oraz dla ocen JCW nie mierzonych.
.
4. ROLA STATYSTYKI W SYSTEMACH AGIS I BDOJW
Statystyka jest głównym narzędziem teoretycznym umożliwiającym ilościową i
zintegrowaną charakterystykę dużych zbiorów danych pomiarowych powstających w sieciach
monitoringu wód powierzchniowych. Należy zauważyć, że, generalnie, brak kompletnych
(pełnych, tj. obejmujących także dane hydrologiczne) danych pomiarowych ogranicza
możliwości stosowania niektórych metod oceny jakości wód. Przy braku danych pomiarowych
dotyczących przepływów można stosować jedynie te procedury, które wykorzystują wyniki
analiz jakości wód oraz informację o lokalizacji przekrojów pomiarowo – kontrolnych. Do klasy
takich metod, z konieczności (wobec braku koordynacji polskich baz danych w zakresie ilości i
jakości wód), należą metody statystyczne rozważane w niniejszej pracy badawczej. Zagadnienie
to omówione jest szerzej w rozdziale 5.
W nowopowstających systemach przetwarzania danych pomiarowych, AGIS i BDOJW,
podstawowe parametry statystyczne („statystyki”) danych pomiarowych będą obliczane wg
identycznych (podręcznikowych) wzorów a zbiory mierzonych wskaźników jakości wód
różnić się będą w niewielkim stopniu (z wyjątkiem wskaźników biologicznych) od zbiorów
wskaźników mierzonych do roku 2008. Jednak struktury zbiorów danych pomiarowych w
nowo tworzonych narzędziach informatycznych muszą być inne niż w JAWO. BDOJW
będzie korzystał z obliczanych parametrów statystycznych („statystyk”) w jakościowo
odmienny sposób niż JAWO. Podstawą przyczyną jest wymaganie stawiane przez Ramową
Dyrektywę Wodną by ocenie podlegały wszystkie Jednolite Części Wód (JCW) jakie Polska
zgłosiła w 2005 roku w wyniku akcesji do Unii Europejskiej. Ocena ta głównie bazuje na
pomiarach wskaźników biologicznych w rzekach (oraz jeziorach i zbiornikach wodnych),
które przed akcesją Polski do UE były wykonywane w znacznym mniejszej liczbie punktów
sieci monitoringu wód powierzchniowych oraz w innym zakresie niż wymaga tego RDW.
Dotychczas główną rolę we wspomaganiu klasyfikacji wód powierzchniowych odgrywały
wskaźniki fizyko-chemiczne, które obecnie są tzw. elementami wspomagającymi ocen JCW
(wciąż odgrywają one podstawową rolę w klasyfikacji wód powierzchniowych ze względu na
potrzeby użytkowe tych wód). W tej sytuacji system zbierania, interpretacji danych
pomiarowych JAWO nie mógł spełniać dalej swej roli. Oparty na starej technologii
informatycznej uległ ponadto „przepełnieniu” i został zarzucony. Dane zbierane były w
tymczasowych bazach danych przystosowanych ad hoc przez poszczególne WIOŚe. Ponadto,
w związku z ustaleniem nadmiernej (zdaniem Wykonawcy) liczebności zbioru JCW na
terytorium Polski, powstała sytuacja, w której znaczna część JCW należy do kategorii JCWnm, tj. takich dla których nie istnieją bezpośrednie pomiary wskaźników jakości wód
wewnątrz JCW. W tej sytuacji ustały w ogóle możliwości posługiwania się JAWO jako
systemem dla wykonywania ocen JCW zgodnie z RDW. Wobec fizycznej i ekonomicznej
niemożności rozszerzeni systemu monitoringu wód powierzchniowych na JCW-nm, jedyną
drogą wskazania ocen w JCM-nm jest transformacja przestrzenna informacji o wartościach
danych pomiarowych lub/i parametrów statystycznych z JCW-m do JCW- nm. Ten problem
legł u podstaw decyzji o rozwinięcia analizatora AGIS wykorzystującego możliwości
przenoszenia informacji przestrzennej zawarte w Geograficznych Systemach Informacyjnych
GIS. Algorytmy przenoszenia informacji przestrzennej przetestowane w AGIS zostaną
przeniesione do BDOJW w postaci prostych formuł zawierających w sposób zintegrowany
informacje o przestrzennych zależnościach ocen JCW-nm od pomiarów w sieci punktów
pomiarowych znajdujących się w JCW-m - patrz rozdział 4.
Nowo powstające systemy AGIS i BDOJW wyposażone zostaną w funkcjonalności
wykorzystujące algorytmy statystyczne w celu:


wyznaczanie klasyfikacji rzek (lub ich odcinków) z uwzględnieniem różnych
kategorii/typów potrzeb użytkowych tych ocen
wyznaczanie ocen JCW-m i JCW-nm
Zakres statystyki używanej w AGIS będzie szerszy niż w BDOJW (ze względu na
konieczność dokonywania analiz statystycznych o charakterze przestrzennym) ale wszystkie
metody statystyczne oraz procedury i algorytmy w BDOJW będą identyczne z odpowiednimi
metodami statystycznymi, procedurami i algorytmami stosowanymi w AGIS do realizacji
powyższych funkcjonalności.
Ze względu na kierunek przepływu w sieci rzecznej, wyznaczanie klasyfikacji rzek lub
odcinków rzek (zarówno mierzonych jak i nie mierzonych) dla danego typu potrzeb
użytkowych wymaga wskazania potencjalnego zbioru punktów pomiarowych sieci
monitoringu oraz odpowiadających tym punktom danych pomiarowych na podstawie których
mogą być obliczane statystyki właściwe dla danego typu ocen.
Uwaga: Ogólna metodyka wyznaczania ocen jakości wód w odcinkach rzek (nie mierzonych)
– wykorzystująca liniową formułę przenoszenia informacji, opisana jest w dalszej części
niniejszego rozdziału. Szczegółowy i sformalizowany opis algorytmów wyznaczania
klasyfikacji wód w odcinkach rzek jak i sposoby w jaki wskazywane są/będą odpowiadające
im potencjalne zbiory p.p. sieci monitoringu wraz z odpowiednimi danymi pomiarowymi
będzie przedmiotem prac w etapie II.
Podobnie, ze względu na kierunek przepływu w sieci rzecznej, wyznaczanie oceny JCW
(JCW-m i JCW-nm) wymaga wskazania potencjalnego zbioru punktów pomiarowych sieci
monitoringu oraz odpowiadających tym punktom danych pomiarowych na podstawie których
obliczane mogą być statystyki właściwe dla ocen danej JCW.
Uwaga: Ogólna metodyka wyznaczania ocen JCW jak i sposoby w jaki określane są
odpowiadające im potencjalne zbiory p.p. sieci monitoringu wraz z danymi pomiarowymi
opisana jest w dalszej części rozdziału. Szczegółowy i sformalizowany opis algorytmów ocen
JCW będzie przedmiotem prac w etapie II.
Na obecnym etapie rozpoznania problemu przyjmuje się, że w AGIS istnieć będą trzy
funkcjonalności związane ze statystyką lub korzystające ze statystyki o następujących
nazwach
roboczych:
„STATYSTYKA”,
„OPTYMALIZACJA”
oraz
„FEED_BACK_TO_BDOJW”. Poniżej omówione są jedynie „statystyczne aspekty” AGIS z
pominięciem innych zagadnień.
Funkcjonalność „STATYSTYKA” w AGIS pełnić będzie dwie role: podstawową i
zaawansowaną
i) rola podstawowa (zagłębiona najniżej) polegać będzie na zdolności do: liczenia
różnych statystyk podstawowych dla zadanych ciągów danych pomiarowych (np.
średnich, wariancji, odchyleń standardowych, percentyli etc.) oraz liczenia korelacji
przestrzennych pomiędzy zmiennymi przypisanym rożnym p.p.
ii) rola zaawansowana polegać będzie na zdolności do: liczenia funkcji statystyk takich
jak np. statystyki ekstrapolowane/interpolowane (zwykle w punktach nie mierzonych lub
wirtualnych p.p.), klasyfikacji jakości wód w odcinkach rzek, ocen JCW-m, ocen JCWnm.
Definicja: funkcja statystyk to dowolna funkcja, której argumentami są statystyki policzone
na skończonym zbiorze danych pomiarowych z pewnego okresu w „n” punktach
pomiarowych. Przykładową funkcja statystyk jest wzór
f(x ; Xsr1, Xsr2, ...., Xsrn) = w1(x) Xsr1 + w2 (x) Xsr2 + ....+ wn (x) Xsrn
(*)
który interpoluje wartości średnie zmiennej losowej X (np. wskaźnika) wyznaczonych w „n”
punktach pomiarowych, Xsr1, Xsr2, ...., Xsrn , na podstawie „n” ciągów pomiarowych z
wybranego okresu czasu do punktu „nie mierzonego” zlokalizowanego w x za pomocą
kombinacji liniowej wartości średnich z wagami w1(x) , w2 (x), ... ,wn (x). Wynikiem
zastosowania wzoru (*) jest oszacowanie wartości średniej w punkcie nie-mierzonym o
współrzędnych x. .
Powyższy przykład przybliża sposób w jaki w większości przypadków obliczane będą
oceny w AGIS i w BDOJW. Jednorazowo (lub co pewien dłuższy okres czasu) interpolowane
będą za pomocą wzoru (*) statystyki (średnie, percentyle) z p.p.-mierzonych na p.p.-nie
mierzone. Częściej, bo w momentach wspólnych pomiarów w p.p. -mierzonych,
interpolowane będą wartości wskaźników z p.p.-mierzonych na p.p.-nie mierzone. Ocena
jakości wody w p.p.-nie mierzonym (lub odcinku rzeki do której ten p.p. należy) będzie
wyznaczana analogicznie jak w p.p.-mierzonym tyle, że porównane będą interpolowane
wartości wskaźnika z interpolowaną statystyką. Warunkiem koniecznym by wzór (*) mógł
być stosowany do wyznaczania ocen (w AGIS lub/i w BDOJW) jest uprzednie wyznaczenie
w AGIS wag w1(x) , w2 (x) ... wn (x) tak by spełniały one odpowiednie kryteria
„optymalności” interpolacji. W tym celu AGIS będzie wykorzystywał swoje możliwości w
zakresie dokonywania analiz przestrzennych. Sformułowanie odpowiedniego (-ch) kryterium
(-ów) dla interpolacji oraz dla ocen jakości wody w rzekach i ocen JCW będzie przedmiotem
etapu II-go pracy.
W funkcjonalności „OPTYMALIZACJA” AGIS rozważane będzie zadanie
optymalizacyjne polegające na poszukiwaniu (i znalezienie jeśli istnieje) takiej konfiguracji
punktów pomiarowych wraz z odpowiadającymi im programami pomiarowymi, która
redukować będzie wysiłek pomiarowy WIOŚ z jednoczesnym zachowaniem wymagań RDW
oraz dyrektyw użytkowych. Oznacza to , że w AGIS można będzie rozważać wirtualne (tj.
dowolne i nie istniejące w rzeczywistości) konfiguracje punktów pomiarowych (wraz z
odpowiednimi programami pomiarowymi właściwymi dla ocen lub klasyfikacji) i dla każdej z
tych konfiguracji wyliczać/wyznaczać klasy jakości wód w dowolnych odcinkach rzek lub/i
ocen JCW. Oznacza to konieczność operowania parametrami statystycznymi (i ich funkcjami)
w każdym kroku optymalizacyjnym. Podstawowymi zmiennymi decyzyjnymi będą: liczba
punktów pomiarowych, lokalizacja punktów pomiarowych oraz programy pomiarowe w p.p.
(częstotliwość i zakres pomiarów). Praktycznie wszystkie zmienne decyzyjne są zmiennymi
dyskretnymi z wyjątkiem współrzędnych punktów pomiarowych, które są zmiennymi
ciągłymi. Przestrzeń lokalizacji punktów pomiarowych jest wyznaczona przez topologii
dendrytu skierowanego opisującego sieć rzeczną. Liczba zmiennych decyzyjnych może się
zmieniać; punkty pomiarowe mogą być dodawane lub usuwane (wirtualnie lub w
rzeczywistości), liczba wskaźników programach pomiarowych może się zmieniać; częstość
pomiarów może ulegać zmianie. Podstawowym ograniczeniem dla zmiennymi decyzyjnymi
jest wysokość budżetu przeznaczonego na funkcjonowanie sieci monitoringu wód
powierzchniowych.
Dla każdej wirtualnej konfiguracji punktów pomiarowych. funkcjonalność
OPTYMALIZACJA wyznaczy wagi w1(x), w2 (x) ... wn (x) dla dowolnego punktu „nie
mierzonego” (zlokalizowanego w x) w celu wyznaczenia oceny jakości wody lub JCW na
odcinku rzeki-nie mierz lub w JCW-nie mierz zawierającym ten (nie mierzony) punkt.
Historyczne dane pomiarowe zawarte pochodzące z JAWO muszą być przetransformowane
do BDOJW i zarchiwizowane w nowych strukturach danych jakie obowiązywać będą w
BDOJW. Historyczne dane pochodzące z JAWO po transformacji do BDOJW oraz aktualne
dane pomiarowe gromadzone w BDOJW stanowić będą zbiór danych z których korzystać
będą wspólnie AGIS i BDOJW. W szczególności zbiór ten będzie wykorzystywany przez
AGIS do wyznaczenia funkcji statystyk, np. wag w1(x), w2(x), ... .,wn (x). Naturalnie,
funkcjonalność
„OPTYMALIZACJA”
wykorzystywać
będzie
funkcjonalność
„STATYSTYKA” wielokrotnie, zarówno na poziomie podstawowym jak i zaawansowanym.
Ostatnia z funkcjonalności AGIS, „FEED_BACK_TO_ BDOJW”, polegać będzie na
wyznaczeniu układu wag każdorazowo dla każdej nowej konfiguracji sieci monitoringu (w
szczególności dla konfiguracji startowej !) a następnie na przekazaniu tych wag do BDOJW w
celu umożliwienia dokonywania klasyfikacji wód w sieci rzecznej oraz ocen JCW-m i JCWnm przez BDOJW. O wystąpieniu (możliwości wystąpienia) nowej konfiguracji punktów
pomiarowych w rzeczywistej sieci monitoringu AGIS będzie „informowany” bezpośrednio
przez BDOJW lub operatora BDOJW. Mechanizm informowania o zmianie konfiguracji sieci
oraz o wynikającej z tej zmiany konieczności wyznaczenia przez AGIS nowych wag dla
BDOJW zostaną zdecydowane w Etapie II.
Dla dowolnej planowanej (nowej) konfiguracji punktów pomiarowych funkcjonalność
„FEED_BACK_TO_ BDOJW” będzie realizowana w AGIS poprzez:
a) wczytanie przez AGIS z BDOJW informacji ilościowej opisującej zmianę konfiguracji
b) wczytanie przez AGIS z BDOJW danych pomiarowych niezbędnych do wyznaczenia
wag
c) wyznaczenie nowych wag, które stosowane będą przez BDOJW do klasyfikacji wód w
sieci rzecznej oraz ocen JCW-m i JCW-nm w nowej konfiguracji
d) przekazywaniu do BDOJW nowych wag dla ocen i klasyfikacji odpowiadających
zadanej konfiguracji. Sposób przekazania algorytmów/przepisów obliczania funkcyj
statystyk i ocen lub, po prostu, układów wag z AGIS do BD jest w tej chwili
nieokreślony. Jest to aspekt, który opracowany zostanie w Etapie II-im.
System BDOJW, wyposażony zostanie we wbudowany w jego strukturę prosty kalkulator
statystyczny umożliwiający obliczenie dla wybranego zestawu danych:
• średniej arytmetycznej,
• odchylenia standardowego i wariancji,
• percentyli.
• wartości: maksymalnej i minimalnej ciągu wartości
Również w systemie BDOJW istnieć będą trzy funkcjonalności związane ze statystyką lub
korzystające ze statystyki. Będą one nosiły robocze nazwy: „STATYSTYKA”, „RAPORTY”
oraz „UDOSTĘPNIANIE”.
Funkcjonalność „STATYSTYKA” w BDOJW pełnić będzie dwie role: podstawową i
użytkową
a) rola podstawowa (zagłębiona najniżej) polegać będzie na zdolności do: liczenia
różnych statystyk podstawowych dla zadanych ciągów danych pomiarowych (np.
średnich, wariancji, odchyleń standardowych, percentyli etc.).
b) użytkowa polegać będzie na zdolności do: obliczania klasyfikacji płynących wód
powierzchniowych (dla różnych potrzeb użytkowych) oraz ocen JCW-m i ocen JCWnm.
Funkcjonalność „RAPORTY” korzystać będzie z funkcjonalności „STATYSTYKA” w
celu obliczania „statystyk” przewidywanych w różnego rodzaju raportach, w szczególności w
raportach określonych przez rozporządzenia Ministra.
Funkcjonalność
„UDOSTĘPNIANIE”
korzystać
będzie
z
funkcjonalności
„STATYSTYKA” w celu obliczania „statystyk” ustalonych przez WIOŚ Kraków w związku
z obowiązkiem udostępniania danych, m.in. w Internecie.
Oprócz danych pomiarowych BDOJW będzie również gromadzić historię ocen JCW-m
i JCW-nm dla potrzeb analiz długoterminowych.
5.
ZAGADNIENIA HYDROLOGICZNE ZWIĄZANE ZE STATYSTYKĄ
Wydaje się, że dekompozycja sieci rzecznej na podzlewnie „rzek głównych” (rzek II-go
rzędu), jak każda dekompozycja, ułatwiłaby analizy dokonywane przez AGIS.. Za takim
podejściem przemawiają następujące argumenty:
a)
Ze względów fizycznych sieć rzeczną w Małopolsce (i wszędzie gdzie indziej) można
jednoznacznie zdekomponować na podsieci przypisane (pod)zlewniom rzek głównych
(np. rzek II-go rzędu, tj. bezpośrednich dopływów Wisły). Wszystkie te (pod)zlewnie
stanowią pokrycie obszaru WIOŚ Małopolska z wyjątkiem być może drobnych rzek
granicznych, które można potraktować osobno.
b)
Poszukiwanie (i inne operacje) w sieci rzecznej zdekomponowanej na podsieci jest
znakomicie szybsze gdyż wykonywane jest tylko na tylu podsieciach ilu wymaga
zadanie. W zintegrowanym projekcie obejmującym STATYSTYKĘ, AGIS i BDOJW,
wiele zadań będzie dotyczyło tylko jednej podsieci (zlewni), np. związki statystyczne i
fizycznych (hydrologiczne) będą poszukiwane w pierwszej kolejności w jednej
wybranej zlewni. I odpowiednio do związków pomiędzy punktami pomiarowymi w
określonej podzlewni będą przesuwane, usuwane, dodawane etc. punkty pomiarowe
oraz programy pomiarowe bez rozważania podsieci w innych zlewniach.
c)
Tego typu podejście jest silnym naturalnym nawykiem hydrologów i specjalistów z
WIOŚu i sadzimy, że będzie przez nich dobrze rozumiane. W szczególności możliwe
będzie wówczas wykorzystanie informacji o przepływach (średni miesięcznych) do
znajdowania wag służących do przenoszeni informacji lub posłużenia się tą informacją
jako informacja wspierająca rozważania statystyczne. Naturalnie, decyzja o włączeniu
(nawet w ograniczonym stopniu) informacji hydrologicznej, np. średnich miesięcznych
w przekrojach hydrologicznych IMGiW spowoduje konieczność dodania do AGIS
dodatkowej funkcjonalności („HYDROLOGIA”), która m.in. polegała na
określaniu/wskazywaniu
podzlewni oraz liczeniu pól powierzchni kolejno
zagłębionych podzlewni związanych z podsiecią.
d)
Jeśli wprowadzenie podejścia „dekompozycji zlewniowej” zakończy się sukcesem to
pojawi się mocny argument wiązania tych rozdzielonych do tej chwili informacji o
stanie wód – o jakości i ilości wód w polskich rzekach.
W Etapie II Wykonawcy projektu STATYSTYKA podejmą próbę konceptualnego
włączenia „hydrologii” do analiz oraz ocenią nakład pracy i logistykę pozyskana i
przetwarzania zintegrowanych danych hydrologicznych (średnich miesięcznych wartości
przepływu w przekrojach hydrologicznych) z danymi o jakości powierzchniowych wód
płynących.
6.
PODSUMOWANIE
Podstawowe cechy opracowywanego systemu w aspekcie wykorzystania w nim metod
statystycznych są następujące::
 System składać się będzie z dwóch komponentów – AGIS oraz BDOJW, które (oprócz
innych funkcjonalności) charakteryzować się będą zdolnością do klasyfikowania wód i
wyznaczania ocen JCW w obszarze objętym monitoringiem wód WIOŚ Kraków
 Klasyfikacja jakości wód oraz oceny JCW będą miały charakter ilościowy dzięki
zastosowaniu metod i narzędzi statystyki
 Klasyfikacja jakości wód oraz oceny JCW w „mierzonych” odcinkach rzek w obydwóch
systemach, AGIS i BDOJW, realizowane będą zgodnie z Ramową Dyrektywą Wodną oraz
Rozporządzeniem Ministra - Rozporządzenie Ministra z dnia 20 sierpnia 2008r (Dz.U. z
2008r Nr 162 poz.1008) „w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jakości jednolitych części
wód” oraz, dodatkowo, zgodnie z dyrektywami użytkowymi i odpowiednimi
rozporządzeniami właściwych ministrów (patrz Raport B-I).
 W systemie AGIS rozważane i testowane będą ponadto nowe metody klasyfikacji jakości
wód oraz oceny JCW zgodnie z RDW
 Klasyfikacja jakości wód oraz oceny JCW w „nie mierzonych” odcinkach rzek wymagają
przestrzennego przeniesienia informacji (o mierzonych wskaźnikach lub/i parametrach
statystycznych dotyczących tych wskaźników)
 W projekcie rozważane i testowane będą (w AGIS) dwie metody rozwiązania problemu
klasyfikacji jakości wód oraz oceny JCW w odcinkach rzek „nie mierzonych”: a)
przeniesienie informacji o wartościach wskaźników i ich statystyk z punktów
„mierzonych” do punktów „nie mierzonych” a następnie dokonywania klasyfikacji oraz
wyznaczenia ocen w punktach „nie mierzonych” tak jak w punktach „mierzonych”, b)
dokonywania klasyfikacji oraz ocen w punktach „mierzonych” a następnie przeniesienie
klasyfikacji i ocen z punktów „mierzonych” do punktów „nie mierzonych”; związki
przestrzenne pomiędzy punktami pomiarowymi będą również badane metodami
statystycznymi
 W projekcie rozważona zostanie możliwość i podjęta zostanie próba włączenia do nowo
powstającego systemu dodatkowo informacji hydrologicznej w formie przepływów
głównych miesięcznych.
W niniejszym raporcie ograniczono się do analizowania wyłącznie aspektów i zmian
strukturalnych jakie Ramowa Dyrektywa Wodna wprowadza w zbiorach danych
pomiarowych monitoringu wód co do sposobu ich gromadzenia, przetwarzania, raportowania
i udostępniania. W Etapie I nie analizowano bezpośrednio samych danych – ich własności
statystyczne będą badane a następnie wykorzystywane w II-im etapie projektu do definiowana
algorytmów statystycznych oraz projektowania tych funkcjonalności nowo tworzonych
systemów (AGIS i BDOJW), które statystykę wykorzystują (patrz rozdział 4). W tym celu
zostaną wykorzystane jedyne dostępne dostatecznie „bogate” zbiory danych - historyczne
zbiory danych pomiarowych jakości wód zawarte w bazie danych JAWO. Wstępne
rozpoznanie bazy danych JAWO wskazuje, że wykorzystanie tych danych do celów analizy
statystycznej uwzględniające przestrzenny charakter danych wymaga wykonania uprzedniej
transpozycji tych danych do systemu AGIS. Tylko bowiem w systemie typu GIS możliwe jest
uzupełnienie informacji o punktach pomiarowych (ich lokalizacji znanej z JAWO) o
dodatkowe informacje o związkach przestrzennych tych punktów z Jednolitymi Częściami
Wód oraz o relacjach przestrzennych tych punktów między sobą w topologii sieci rzecznej.
Historyczne dane pomiarowe będą także wykorzystywane w AGIS do różnego rodzaju analiz
statystycznych. Transpozycja danych historycznych z JAWO do AGGIS jest także
niezbędnym krokiem na drodze do transpozycji końcowej polegającej na przeniesieniu
danych pomiarowych z bazy danych JAWO do BDOJW. Dane historyczne z bazy danych
JAWO będą pełnić rolę danych archiwalnych BDOJW. Transpozycja historycznych danych
pomiarowych z JAWO do AGIS będzie miała miejsce w Etapie II a transpozycja
historycznych danych pomiarowych z JAWO do BDOJW będzie miała miejsce w Etapie III.