Zastosowanie entropii informacji do oceny sieci monitoringu jakości wód podziemnych

• Autorzy: Kucharek M. , Treichel W.

Warianty tytułu

EN

Assessment of the groundwater quality monitoring network by the information entropy method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono metodę oceny sieci monitoringu jakości wód podziemnych pod kątem ilości informacji, jaką sieć monitoringu jest w stanie dostarczyć do systemu kontroli. Traktując sieć monitoringu jako sygnałowy system komunikacyjny, mający zdolność przekazu informacji hydrologicznej, można do tego systemu zastosować kryteria oceny wykorzystujące pojęcia z teorii informacji Shannona. Podstawowym kryterium jest wartość marginalnej entropii informacyjnej, obliczona dla każdej lokalizacji punktu pomiarowego, która stanowi narzędzie pomiaru ilości informacji zawartych w danych. Na podstawie wartości tego kryterium zaproponowano warianty zmniejszenia liczby punktów pomiarowych w analizowanej sieci monitoringu wód podziemnych zbiornika odpadów poflotacyjnych "Żelazny Most", gromadzącego odpady powstałe w procesie przeróbki rudy miedzi. Zaprezentowano wyniki badań dotyczące pomiarów właściwości fizyczno-chemicznych wody ze 132 piezometrów przedpola wschodniego zbiornika. Badania zostały oparte o kampanię pomiarową wykonaną w 2000 r. W ocenie wzięto pod uwagę zagęszczenie sieci monitoringu wokół składowiska, przy czym analizowany obszar podzielono na trzy strefy, w zależności od odległości od zapory. Przeanalizowano sposób rozmieszczenia punktów pomiarowych, uwzględniając wartość entropii w poszczególnych strefach. Porównano entropię informacyjną na różnych etapach zmniejszania sieci kontrolnej. Wykazano, że prawidłowa ocena funkcjonalności sieci monitoringu wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów poflotacyjnych "Żelazny Most" może w przyszłości pomóc w podejmowaniu decyzji związanych z ograniczeniem jego wpływu na środowisko.

EN

With this method, the groundwater quality monitoring network is assessed in terms of the amount of information that can be supplied to the control system. If we assume that the monitoring network is a signal communication system capable of providing hydrological information, we can use the assessment criteria dealt with in the Shannon information theory. The fundamental criterion derived from this theory is the value of marginal information entropy calculated for each location of the sampling point. These values are assumed to be the measure of the amount of information included in the data. Furthermore, some variants are proposed of how to reduce the number of measuring points in the existing monitoring network. Our study involved the groundwater monitoring network serving a reservoir (called "Żelazny Most") which receives post-flotation contaminants originating in the course of copper ore treatment. The reservoir has been classified as one of the world's largest industrial waste disposal site. The paper shows the results of physicochemical analysis of the groundwater from 132 piezometers located in the E forefield area. Samples were taken in the year 2000. The assessment of the network also included its density. The area under analysis was divided into three zones according to the distance from the barrage. The combination of spacing between the control points was analyzed in terms of the entropy value for each zone. The information entropy values were compared at each stage of reducing the number of the measuring points. A reliable assessment of the performance of the groundwater quality monitoring network will be of considerable help to environmentalists whose decisions about abating the environmental impact due to such industrial waste disposal sites must be based on dependable information.

Słowa kluczowe

PL

entropia informacyjna; sieć monitoringu; wody podziemne; składowisko odpadów

EN

information entropy; monitoring network; groundwater; industrial waste disposal

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 28, nr 3
• Strony: 45--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Kucharek M.

autor

Treichel W.

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Inżynierii Środowiska, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa,

Bibliografia

• 1. N.B. HARMANCIOGLU, N. ALPASLAN: Water quality monitoring network design: A problem of multi-objective decision making. Water Resources Bulletin, 1992, Vol. 28, No. 1, pp. 179-192.
• 2. N.B. HARMANCIOGLU, S.D. OZKUL: Entropy-based design considerations for water quality monitoring networks. In: N.B. Harmancioglu et al. [Eds.]: Integrated Technologies for Environmental Monitoring and InformationProduction, Kluver Academic Publishers, Dordrecht 2003, pp. 119-138.
• 3. D.C. MAYS, B.A. FAYBISHENKO, S. FINSTERLE: Information entropy to measure temporal and spatial complexity ofunsaturated flow in heterogeneous media. Water Resources Research, 2002, Vol. 38, No. 12, 1313, pp. 49.1-49.11.
• 4. Y. MOGHEIR, V:P. SINGH: Application ofinformation theory to groundwater quality monitoring networks. Water Resources Management, 2002, Vol. 16, No. 1, pp. 37-49.
• 5. L.M. NUNES, M.C. CUHNA, L. RIBEIRO: Groundwater monitoring network optimization with redundancy reduction. Journal of Water Resources Planning and Management, 2004, Vol. 130, No. 1, pp. 33-43.
• 6. C.E. SHANNON, W. WEAVER: The Mathematical Theory of Communication. The University of lllinois Press, Urbana, Illinois, 1949.
• 7. A.M. JAGŁOM, LM. JAGŁOM: Prawdopodobieństwoiinformacja. Książka i Wiedza, Warszawa 1963.
• 8. S. SPECZIK, C. BACHOWSKI, A. MIZERA, A. GROTOWSKI: Stan aktualny i perspektywy gospodarki odpadami stałymi w KGHM Polska Miedź SA. Warsztaty Górnicze z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie, Szklarska Poręba 2003, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków 2003.
• 9. Ochrona Środowiska. Biuletyn KGHM Polska Miedź SA, Oddział Hydrotechniczny, 1997-2000.
• 10. J. ZAWADZKI, M. KUCHAREK, W. TREICHEL: Modelowanie przestrzennego rozkładu stężeń jonów cr w wodach podziemnych na przedpolu zbiornika odpadów poflotacyjnych "Żelazny Most". Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2004, t.7, nr 3-4, ss. 381-392.