Analiza geostatystyczna toksyczności osadów

ANALIZAGEOSTATYSTYCZNATOKSYCZNOŚCIOSADÓWDENNYCHZATOKIGDAŃSKIEj
MariaSkauradszun
promotor:Prof.UG,drhab.JacekUrbański
WPROWADZENIE
Osadydenneodgrywająbardzoważ nąrolęwekosystemachś rodowiskwodnych.Stanowią
miejsceż yciawieluorganizmó w,uczestnicząwprocesiecyrkulacjipierwiastkó w,aletakż e
kumulujązanieczyszczeniapochodzącezeź ró dełantropogenicznych.Wosadachdennych
zachodząliczneprocesybiogeochemiczne,wwynikuktó rychpowstawać mogąnowezwiązki,
bardziejlubmniejtoksyczne.Wieluznichnadalniejesteś mywstanieidenty ikować .
Tradycyjnepodejś ciedooszacowania
jakoś ciosadó wdennych,oparte
naanalizachinstrumentalnych
wybranychsubstancji
chemicznych,moż ebyć niewystarczające.Pomiar
toksycznoś cijestogó lną
ocenądziałaniawszystkich
substancjiobecnych
wosadachdennych
naorganizmy.Uzupełnia
więcchemiczneanalizy
poszczegó lnychsubstancji
omiaręichpołączonego
działanianaorganizmy.
IEKSPLORACYJNAANALIZADANYCH-cd.
IIINTERPOLACJADANYCH-cd.
Wartoś ciodstającelokalnie
wystąpiływdwó chmiejscach:
napołudniuodCyplaHelskiego
Normal QQPlot
Transformation:w
Log
orazwmiejscustykupiaskó
zosadamimulistymi(szarepola
namapieVoronoi).Obapunkty
wykazująspecy iczne,odmienne
właś ciwoś ci,wynikającezich
lokalizacji,dlategowdalszych
analizachichniepominięto.
MIN
MAX
MEAN
STD
Ztechnikstochastycznychuż ytokriginguzwyczajnego, IDW Layer
0.0303 99.8522 12.0574 15.0962
0.2239 79.3272 11.6903 14.5676
polecanegodobadań ś rodowiskowych,gdyż zakłada, LPI
RBF
-15.4989 107.6362 11.0619 16.5728
ż elokalneś redniemogąró ż nić sięodś redniejpopulacj. Kriging-default
-4.757 102.748 11.1607 15.3697
Kriging-moreneighbors
-0.684 100.4033 11.305 13.559
Wprzypadkuzastosowaniaustawień standardowych Kriging-trendremoval
-2.348 99.8792 12.0998 15.3655
-1.8717 99.1934 12.4259 15.0462
programuuzyskanyś rednibłądinterpolacjibyłpodobnej Cokriging
wielkoś cijakzastosowanychwcześ niejmetoddeterministycznych(RBF).Zwiększenieliczby
„sąsiadó w”orazusunięcietrenduniepozwoliłonauzyskanieniż szegobłęduś redniego(kolejno:
0.59i0.57).Najniż szybłądinterpolacji(0.01)uzyskanopoprzezzastosowaniecokriginu
idołączeniedoobliczeń danychoprocentowejzawartoś cimateriiorganicznejwosadzie
(wspó łczynnikkorelacjizezmiennąparametrutoksycznoś ciwynosił0.94).
Voronoi Map
Type: Cluster
4.61
2.9
1.2
-0.51
-2.21
-3.91
-2.66
-2.13
-1.06
-0.53
0
0.53
1.06
1.6
2.13
2.66
IIIMAPYPRAWDOPODOBIEŃSTWA
IIINTERPOLACJADANYCH
Mapyprawdopodobień stwaikwantyliwykonanozzastosowaniemcokrigingu.Osadytoksyczne
ibardzotoksycznewystępujązprawdopodobień stwemwiększymniż 60%wś rodkowejczęś ci
ZatokiGdań skiejiGłębiGdań skiej.Wykonanamapakwantylipokazujewartoś citoksycznoś ci
osadó wdennych,któ rezprawdopodobień stwem95%występująwbadanymrejonie.
METODYKA
Materiałemdobadań byłpowierzchniowyosaddenny.Toksycznoś ćmierzonotestem
Microtox,któ rywykorzystujemorskiebakteriebioluminescyjneVibrio ischeri.Substancje
niebezpiecznewpró bcepowodujązmniejszenieichś wieceniaproporcjonalniedostopnia
toksycznoś cibadanejpró bki.Wery ikacjimetodydokonywano
naroztworzesiarczanucynkuVI,wedługproceduryreferencyjnej.
Wynikianalizwyraż onojakoEC50–procentowestęż eniepró bki
powodujące50%spadekluminescencji.Doocenystanuś rodowiska
stosujesięskalęKwanaiDutkę,dlaktó rejosadtoksycznywykazuje
wartoś ćEC50poniż ej2%,aosadbardzotoksycznyponiż ej1%.
Analizęgeostatystycznąprzeprowadzonozuż yciemprogramuArcGIS(Esri)zrozszerzeniem
GeostatiticalAnalyst.Wykonanoeksploracyjnąanalizadanych(rozkładdanych,trend,mapy
Voronoi).Interpolacjędanychprzeprowadzonozzastosowaniemmetoddeterministycznych
(metodaodwrotnychodległoś ci,lokalnychwielomianó worazradialnychfunkcjibazowych)
jakistochastycznych(krigingzwyczajny:zustawieniamistandardowymi,zwiększeniem
liczby„sąsiadó w”,usunięciemtrenduicokriging).Dodatkowązmiennąuż ytądocokrigingu
byłazawartoś ćmateriiorganicznejwosadzie.Wykonanomapyprawdopodobień stwa
wystąpieniaosadutoksycznego.Walidacjainterpolacjipolegałanawydzieleniuzezbioru
danychlosowejgrupy(20%),przeprowadzeniuanaliznapozostałejczęś cizmiennych,oraz
okreś leniuś redniegobłęduanalizynapodstawiewydzielonegopodzbioru.
Zzastosowanychtechnikdeterministycznych,
najniż szybłądinterpolacjiwykazałametoda
radialnychfunkcjibazowych(RBF).Metodata
jestzbliż onadometodyodwrotnychodległoś ci
(IDW)jednakwartoś ciprzewidywanemogą
wniejprzekraczać lokalnemaksimaiminima.
InterpolacjemetodamiIDWorazlokalnych
wielomianó w(LPI)wykazałyzbliż onyś redni
błąd(kolejno:2.75oraz2.50).
WYNIKI
IEKSPLORACYJNAANALIZADANYCH
WNIOSKI
1.Przeprowadzoneanalizygeostatystycznepozwoliłynawskazaniecokrigingu,jakonajlepszej
metodyinterpolacjizmiennychś rodowiskowych,któ rewykazująsilnąkorelacjęzparametrem
pomocniczym(ś rednibłądinterpolacji:0.01%).
2.Metodyinterpolacjiopartenajednymparametrze(EC50)dałyprzybliż onyś rednibłądanalizy
(0.19-0.50%),któ rydlawieluinterpretacjiś rodowiskowychmoż ebyć zadowalający.
3.Toksycznoś ćosadó wdennychBasenuGdań skiegowykazujewzrostwrazzoddalaniemsięod
liniibrzegowejizbliż aniemdogłębszychregionó w.
4.ToksyczneosadywystępująwrejonachGłębiGdań skiejorazczęś ciś rodkowejZatokiGdań skiej,
(P>80%).
Literatura:
Normal QQPlot
Transformation: Log
Dataset
4.61
2.9
1.2
-0.51
-2.21
-3.91
-2.66
-2.13
-1.6
-1.06
-0.53
0
Standard Normal Value
Dataset : tox Attribute: EC50
0.53
1.06
1.6
2.13
2.66
Eksploracyjnaanalizadanychwykazała
log-normalnyrozkładbadanejzmiennej
orazwystąpieniedwó chtrendó w:
zpołudniowegozachodunapó łnocny
wschó dorazzpó łnocnegozachodu
napołudniowywschó d.X-kształtny
charaktertrendumoż ewynikać zaró wno
zezmiangłębokoś cijakiwystąpienia
barierywpostacipó łwyspuHelskiego.
Pracadyplomowazrealizowananastudiachpodyplomowych
„Geogra iczneSystemyInformacyjne–GIS”(edycja2012/13)–CentrumGISWydziałuOiG,UniwersytetGdański
BodnarL.,2010.TheuseofArcGISGestatisticalAnalystExploratorySpatialDataAnalysisandanintegrated
regionalizationofColoradoprecipitationandelevationdata.TexasA&MUniversity.
HartlM.G.J.,vanPeltF.N.A.M.,2005.Developmentandapplicationofsedimenttoxicitytestsforregulatory
purposes.WaterEncyclopedia.ISBN0-471-44164-3.
JohansonK.,verHoefJ.M.,KrivoruchkoK.,2003.ArcGIS9.UsingArcGISGeostatisticalAnalyst.ESRI.
KarickhoffS.W.,BrownD.S.,ScottT.A.,1979.Sorptionofhydrophobicpollutantsannaturalsorbents.
WaterResearchVol.13,241-248.
McGrathD.,ZhangCh.,CartonO.T.,2004.Geostatisticalanalysesandhazardassessmentonsoillead
inSilverminesarea,Ireland.EnvironmentalPollution127,239-248.
SahebjalalE.,2012.ApplicationofGeostatisticalAnalysisforEvaluatingVariationinGroundwater
Characteristics.WorldAppliedSciencesJournal18(1),135-141.
UrbańskiJ.,2012.GISwbadaniachprzyrodniczych.WydawnictwoUniwersytetuGdań skiego.
Wersjaelektroniczna