Porównanie wybranych statystycznych metod analizy danych hydrogeochemicznych na przykładzie kenozoicznych poziomów wodonośnych w obszarze zlewni Gwdy

• Autorzy: Kotowski T.

Warianty tytułu

EN

Comparison of selected statistical methods of hydrogeochemical data analysis exemplified by Cenozoic aquifers within the Gwda River basin

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaprezentowano porównanie wybranych metod wnioskowania statystycznego, stosowanych w badaniach hydrogeochemicznych. Metody statystyczne zostały zastosowane w celu wstępnej identyfikacji procesów formowania składu chemicznego wód poziomów mioceńskiego i głębokiego plejstoceńskiego na obszarze zlewni Gwdy. W rezultacie przeprowadzonej analizy skupień otrzymano trzy grupy (skupienia) czynników kształtujących skład chemiczny wód podziemnych. W wyniku analizy składowych głównych i analizy czynnikowej wyróżniono zbiory dwóch czynników kształtujących skład chemiczny wód podziemnych. Wszystkie zastosowane metody okazały się wrażliwe na występowanie anomalii hydrogeochemicznych. Z tego względu, w przypadku analizy skupień i analizy składowych głównych, niemożliwe było dokonanie w pełni poprawnego opisu chemizmu wód podziemnych w obszarze badań. Najlepsze rezultaty osiągnięto przy zastosowaniu analizy czynnikowej. Wyniki analiz statystycznych odniesiono do rezultatów dodatkowych badań: składu izotopowego wody, stężeń siarczanów, trytu oraz badań mikrobiologicznych. Zastosowane metody statystyczne okazały się pomocne, jednakże interpretacja uzyskanych, szczególnie zróżnicowanych danych, jest utrudniona.

EN

Comparison of selected methods of hydrogeochemical statistical analysis is presented in the paper. Statistical methods were applied to initially identify the formation processes of groundwater chemical composition within the Gwda river basin. As a result of a cluster analysis, three cluster sets of factors forming the chemical composition of the groundwater were distinguished. A set of two factors forming the chemical composition of the groundwater was distinguished as a result of a principal component analysis and a factor analysis. All the statistical methods used were found out to be susceptible upon hydrogeochemical anomalies. The observed susceptibility of the cluster analysis and the principal component analysis allowed a fully correct description of the formation of the groundwater chemical composition in the study area. The best results were achieved using the factor analysis, but this method is also susceptible upon the anomaly cases. The results of the statistical analysis were compared with the research results of additional factors such as the isotopic composition of water and concentrations of sulfates and tritium. The statistical methods appeared to be helpful. However, the interpretation of research results without the additional factors is intractable, especially in the case of hydrogeochemical anomalies.

Słowa kluczowe

PL

hydrogeochemia; analiza skupień; analiza składowych głównych; analiza czynnikowa

EN

hydrogeochemistry; cluster analysis; principal component analysis; factor analysis

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 447
• Strony: 15--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kotowski T.

• Uniwersytet Rolniczy, Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 24/28

Bibliografia

• [1] BALCER M., JANKOWSKI M., 2000 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Człuchów wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [2] BARTLETT M.S., 1954 — A note on the multiplying factors for various chi-squared approximations. J. Royal Statistical Soc, Ser. B, 16: 296-298.
• [3] BIELEC B., OPERACZ T., 2004 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Łubowo wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [4] BIELECKA H., 2004 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Czaplinek wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [5] CATTELL R.B., 1966 — The scree test for the number of factors. Multivariate Behavior. Res., 1: 245 276.
• [6] COMREY A.L., 1973 — A first course in factor analysis. Academic Press, New York.
• [7] GULER C., THYNE G.D., MCCRAY J.E., TUNER A.K., 2002 — Evaluation of graphical and multivariate statistical methods for classification of water chemistry data. Hydrogeol. J 10:455-474.
• [8] JAYAKUMAR R., SIRAZ L., 1997 — Factor analysis in hydrogeochemistry of coastal aquifers — a preliminary study. Environ. Geol., 31: 174-177.
• [9] KACHNIC J., KOTOWSKI T., 2004a — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Wysoka wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [10] KACHNIC M., KOTOWSKI T., 2004b — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Złotów wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [11] KAISER H.F., 1958 — The varimax criterion for analytic rotation in factor analysis. Psychometrika, 23: 187-200.
• [12] KOTOWSKI T., 2005 — Chemizm wód podziemnych w północnej części GZWP 127. W: Współczesne problemy hydrogeologii (red. A. Sadurski, A. Krawiec), 12: 353-361. Wyd. UMK, Toruń.
• [13] KOTOWSKI T., 2007 — Skład izotopowy wody oraz siarczanów w głębokim plejstoceńskim poziomie wodonośnym w obrębie struktury kopalnej w pobliżu Wysokiej (Pojezierze Krajeńskie). W: Współczesne problemy hydrogeologii (red. A. Szczepański, E. Kmiecik, A. Żurek), 13, 2: 95-103. Wyd. AGH, Kraków.
• [14] KOTOWSKI T., 2008 — Chemizm wód podziemnych w regionalnym systemie krążenia wód podziemnych w zlewni Gwdy (praca doktorska). UMK, Toruń.
• [15] KOTOWSKI T., BURKOWSKA A., 2009 — Geneza siarczanów w głębokim plejstoceńskim poziomie wodonośnym w rejonie Wysokiej na podstawie badań izotopowych i mikrobiologicznych. Biul. Państw. Inst. Geol., 436: 273-280.
• [16] KOTOWSKI T., KACHNIC M., 2007 — Formowanie składu chemicznego wód podziemnych w warstwach miocenu i plejstocenu w rejonie występowania głębokiej doliny kopalnej w pobliżu Wysokiej (Pojezierze Krajeńskie). Biul. Państw. Inst. Geol., 427: 47-60.
• [17] KRAWIEC A., 2004 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Jastrowie wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [18] KRECZKO M., 2004a — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Biały Bór wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [19] KRECZKO M., 2004b — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Koczała wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [20] KRECZKO M., PRUSSAK W., 2004 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Bobolice wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [21] LILLIEFORS H. W., 1967 — On the Kolmogorov-Smirnov test for normality with mean and variance unknown. J. American Statist. Ass., 62: 399-402.
• [22] MACIOSZCZYK A., 1975 — Zastosowanie analizy czynnikowej, sposób R do interpretacji danych hydrogeochemicznych. Biul. Geol. Wydz. Geol. UW, 20: 47-68.
• [23] MALINOWSKA-PISZ A., 2004 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Tuczno wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [24] MARCINEK U., 2004a — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Nadarzyce wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [25] MARCINEK U., 2004b — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Szwecja wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [26] MARCINEK U., 2004c — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Wałcz wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [27] MASŁOWSKA M., 1999 — Charakterystyka litologiczna glin zwałowych północno-zachodniej Polski. Prz. Geol , 47,10: 920-926.
• [28] POMIANOWSKA H., 2004 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Krajenka wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geo1. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [29] PRUSSAK E., 2004a — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Czarne wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [30] PRUSSAK E., 2004b — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Przechlewo wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [31] PRUSSAK E., 2004c — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Rzeczenica wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [32] PRUSSAK E., 2004d — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Szczecinek wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [33] PRUSSAK E., PRUSSAK W., 2004a — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Debrzno wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geo1.,Warszawa [dokument elektroniczny].
• [34] PRUSSAK E., PRUSSAK W., 2004b — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Okonek wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [35] ROZPORZĄDZENIE Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (DzU nr 61, poz. 417, 2002).
• [36] RUBIN K., RUBIN H., 2004 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Sulinowo wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [37] RUIZ F., GOMIS V., BLASCO P., 1990 — Application of factor analysis to the hydrogeochemical study of a coastal aquifer. J. Hydrol., 119: 169-177.
• [38] SHAPIRO S.S., WILK M.B., CHEN H.J., 1968 — A comparative study of various tests for normality. J. American Statist. Ass., 63: 1343-1372.
• [39] STANISZ A., 2007 — Przystępny kurs statystyki z zastosowaniem STATISTICA PL na przykładach z medycyny, 3 — Analizy wielowariantowe. StatSoft Polska, Kraków.
• [40] STRYCZYŃSKI A., 2000 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Szamocin wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [41] TABACHNICK B.G., FIDELL L.S., 1996 — Using multivariate statistics (3rd edition). Happer & Row, New York.
• [42] USUNOFF E. J., GUZMAN-GUZMAN A., 1989 — Multivariate analysis in hydrochemistry: an example of the use of factor and correspondence analyses. Ground Water, 27: 27-34.
• [43] WIJURA A., 2004a — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Piła wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [44] WIJURA A., 2004b — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Stara Lubianka wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [45] WIJURA A., 2004c — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Śmiłowo wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].
• [46] WIŚNIOWSKI Z., 1998 — Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50 000, arkusz Barwice wraz z objaśnieniami. Centr. Arch. Geol. Państw. Inst. Geol., Warszawa [dokument elektroniczny].