Введение
Вода имеет большое значение для всего живого на Земле, является обязательным условием существования человека и его главной составной частью.
Зачастую под качеством воды понимают просто степень ее загрязнения. Однако с более общей точки зрения, при оценке качества воды важно не только превышение концентраций определенных ингредиентов, но и их занижение.
Исходные данные
Имеется база данных замеров показателей состояния водных источников. Данные по качеству воды – это совокупность записей водных характеристик, которые содержат значения таких показателей как: мутность, температура, щелочность, окисляемость, уровень pH и т.д.
Исходные данные представляют собой таблицы со сведениями о качестве водных ресурсов. Каждая запись в таблице – это замер показателей качества воды, сделанный в определенную дату. Замеры на различных водозаборах проводились ежедневно в течение нескольких лет.
Задачи анализа данных о состоянии воды
1. Прогнозирование свойств и состава воды
Экологическое состояние водных объектов регистрируется посредством непрерывного мониторинга. Кроме того, определяется тенденция изменения физико-химических свойств воды во времени – как по сезонам года, так и в многолетнем аспекте.
В процессе анализа и обработки данных по воде возникают следующие задачи: выявление закономерностей изменения водных характеристик, описание наблюдаемых зависимостей и предсказание их будущих значений.
При изучении данных по воде стоит иметь в виду, что на водные источники воздействует окружающая среда. Это воздействие проявляется в изменении климата и солнечной активности, и возможно, в других внешних факторах. Таким образом, специфика данных по воде заключается в том, что они формируются под влиянием извне.
Несмотря на очевидную необходимость, вряд ли стоит ожидать практической пользы от возможных прогнозов. Даже если будущие состояния водных объектов будут предсказаны точно и достоверно, с трудом верится, что эти сведения будут услышаны политиками и, в случае необходимости, доведены до населения.
2. Системный подход в оценке качества воды
Наблюдение лишь за состоянием воды не позволяет устанавливать причины образования воды того или иного качества. Для понимания данного механизма применим системный подход, который позволит учесть воздействие внешних причин и факторов. Роль среды в формировании компонентов воды должна быть обязательно учтена, поскольку среда является сложно устроенной биологической системой, активно влияющей на содержание поступающих в нее веществ.
Влияние окружающей среды может быть учтено в виде климатические показателей местности, в число которых входят: уровень осадков, температура воздуха, относительная влажность, точка росы и т.д.
В виде предварительной гипотезы, можно также предположить, что не все измеряемые параметры воды и климата необходимы для отражения основных функций и свойств, образующих структуру системы.
Ожидаемое значение системного подхода заключается в том, что будет установлена структура системы «вода – факторы среды» и некоторые механизмы преобразования действующих извне факторов в количественные значения тех или иных компонентов воды.
Применение системного подхода в оценке качества питьевой воды подразумевает разработку моделей систем показателей для воды разного качества, а также структурно-функциональный анализ этих моделей. Расчет моделей может сопровождаться введением некоторого интегрального показателя качества.
Ожидается, что созданные модели функционирования рассматриваемых систем позволят разработать алгоритмы управления качеством питьевой воды. А моделирование окружающей среды поможет описать влияние качества воды на живые организмы (потребителей).
Заключительные замечания
Известно, что в процессе поставки питьевой воды осуществляется непрерывный мониторинг качества и проводятся соответствующие очистные мероприятия. Однако фактическое качество воды на уровне потребителя не контролируется. В связи с этим имеет смысл разработать распределенную систему контроля, которая позволит оценить уровень загрязнения воды, подаваемой жителям какой-либо местности. Такого рода система может состоять из набора датчиков в водопроводных сетях, размещенных с учетом характера исследуемой местности. При этом возникает ряд проблем: сколько датчиков установить для покрытия местности, в каких точках оптимальным образом разместить эти датчики и по какому алгоритму рассчитать их местоположения.
Подводя итог, подчеркнем, что вопросы обеспечения населения качественной питьевой водой носят важный характер. Потому что любое загрязнение сетей распространения воды воздействует на огромное число людей и может стать причиной вспышек инфекционных заболеваний. Кроме того, промышленные предприятия, активно использующие водные ресурсы, могут понести существенные убытки при ненадлежащем качестве воды.
Решение задач оценки степени защищенности населения, разработки системы обнаружения загрязнений и прогнозирования будущих характеристик водных источников способно оказать существенную помощь специалистам по охране окружающей среды в анализе данных по воде и их интерпретации.
Литература:
- Пименова А.Р. Оценка качества воды и ее влияние на адаптационные возможности организма коров // Агроэкологические проблемы техногенного региона: тезисы докл. Всерос. конф. (Кемерово, 17 июня - 2 июля 2006 г.). – Кемерово, 2006. – С. 125-128.
- Krause A., Guestrin C. Optimizing Sensing: From Water to the Web // Computer. 2009. Vol. 42. № 8. P. 38-45.
- Monis R.D., Naumova E.N., Levin R. Temporal Variation in Drinking Water Turbidity and Diagnosed Gastroenteritis in Milwaukee // American Journal of Public Health. 1996. Vol. 86. № 2. P. 237-239.
