Ентропійно-зважена модель оцінювання екологічної безпеки поверхневих вод України
Анотація
Мета. Розробка та апробація адаптивної ентропійно-зваженої моделі, що дозволяє усунути суб’єктивність традиційних індексних методів та врахувати просторово-часову мінливість гідрохімічних показників для підвищення ефективності управління екологічною безпекою річкового басейну.
Методи. Методологія базується на розрахунку ентропійно-зваженого індексу якості води (EWQI), де вага кожного фізико-хімічного параметру визначається за допомогою ентропії Шеннона.
Результати. Проаналізовано дані спостережень понад 540 пунктів моніторингу в межах основних річкових басейнів України для п’яти сезонних фаз гідрологічного циклу з картографічною візуалізацією результатів розрахунків. Встановлено чітку залежність якості води від гідрологічного режиму. Найкращий екологічний стан зафіксовано в зимовий та весняний періоди (басейни Дунаю, Вісли) завдяки природному розбавленню забруднень. Критичне погіршення якості спостерігається у маловодний та осінній періоди, коли індекси забруднення досягають екстремальних значень, особливо в басейнах Південного Бугу, річок Причорномор’я та Приазов’я (класи «дуже брудна» та «надзвичайно брудна» вода). Просторовий аналіз локалізував зони найвищого антропогенного ризику, підтвердивши неефективність самоочищення річок у промислово навантажених регіонах під час межені.
Висновки. Запропонована модель продемонструвала високу чутливість до сезонних змін та антропогенного навантаження; забезпечує наукове підґрунтя для переходу до адаптивного управління водними ресурсами, дозволяючи пріоритизувати водоохоронні заходи та оптимізувати систему моніторингу відповідно до періодів максимального екологічного ризику.
Завантаження
Посилання
Sutadian, A.D., Muttil, N., Yilmaz, A.G., & Perera, B.J.C. (2018) Development of a water quality index for rivers in West Java Province, Indonesia. Ecol Indic, 85:966–982 https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.11.049
Mahato, M.K., Singh, G., Singh, P.K., Singh, A.K., & Tiwari, A.K. (2017). Assessment of mine water qual-ity using heavy metal pollution index in a coal mining area of Damodar River Basin, India. Bull Environ Contam Toxicol. https://doi.org/10.1007/s00128-017-2097-3
Sajil Kumar, P.J., & James, E.J. (2013). Development of Water Quality Index (WQI) model for the groundwater in Tirupur district, South India. Chin J Geochem 32:261–268. https://doi.org/10.1007/s11631-013-0631-5
Pandey, H.K., Tiwari, V., Kumar, S., Yadav, A., & Srivastava, S.K. (2020). Groundwater quality assess-ment of Allahabad smart city using GIS and water quality index. Sustain Water Resour Manag. https://doi.org/10.1007/s40899-020-00375-x
Shweta, T., Bhavtosh, S., Prashant, S., & Rajendra, D. (2013). Water quality assessment in terms of water quality index. Am J Resour. https://doi.org/10.12691/ajwr-1-3-3
Sutadian, A.D., Muttil, N., Yilmaz, A.G., & Perera, B.J.C. (2016). Development of river water quality indices – a review. Environ Monit Asses, 188(1):58 https://doi.org/10.1007/s10661-015-5050-0
Amiri, V., Rezaei, M., & Sohrabi, N. (2014). Groundwater quality assessment using entropy weighted water quality index (EWQI) in Lenjanat. Iran Environ Earth Sci. https://doi.org/10.1007/s12665-014-3255-0
Mrunmayee, M., Sahoo, K.C., Patra, J.B., Swain & K.K. Khatua (2017) Evaluation of water quality with application of Bayes' rule and entropy weight method, European Journal of Environmental and Civil Engineering, 21:6, 730-752, https://doi.org/10.1080/19648189.2016.1150895
Singh, K.R., Goswami, A.P., Kalamdhad, A.S., & Kumar, B. (2019) Development of irrigation water qual-ity index incorporating information entropy. Environ Dev Sustain 22:3119–3132. https://doi.org/10.1007/s10668-019-00338-z
Muangthong, S., & Shrestha, S. (2015). Assessment of surface water quality using multivariate statisti-cal techniques: case study of the Nampong River and Songkhram River, Thailand. Environ Monit As-sess, 187(9):548. https://doi.org/10.1007/s10661-015-4774-1
Kadam, A.K., Wagh, V.M., Muley, A.A., Umrikar, B.N., & Sankhua, R.N. (2019). Prediction of water quality index using artificial neural network and multiple linear regression modelling approach in Shivganga River basin, India. Model Earth Syst Environ 5:951–962. https://doi.org/10.1007/s40808-019-00581-3
Li, P., Qian, H., & Wu, J. (2010). Groundwater quality assessment based on improved water quality index in Pengyang County, Ningxia, Northwest China. J Chem, 7(S1): S209–S216. https://doi.org/10.1155/2010/451304
Ashby, W. (1959). Introduction to cybernetics. M.: IL. 432 p. https://doi.org/10.1080/00048405785200161
Amiri, V., Rezaei, M., & Sohrabi, N. (2014). Groundwater quality assessment using entropy weighted water quality index (EWQI) in Lenjanat, Iran. Environmental Earth Sciences, 72(9), 3479–3490. https://doi.org/10.1007/s12665-014-3255-0
Subba Rao, N., Sunitha, B., Adimalla, N., & Chaudhary, M. (2020). Quality criteria for groundwater use in Telangana state, India, through ISD, EWQI and PCA. Environmental Geochemistry and Health, 42(2), 579–599. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00393-5
Abdus-Salam, M.O., Akinsanya, Y.O., Salami, I.O. …& Gbadamosi, M. O. (2024). Entropy-weighted water quality index assessment of groundwater in Ibadan metropolis, Southwestern Nigeria. Discov Wa-ter,4, 121. https://doi.org/10.1007/s43832-024-00157-y
Mashala, M. J., Dube, T., & Ayisi, K. K. (2025). Seasonal and Spatial Dynamics of Surface Water Re-sources in the Tropical Semi-Arid Area of the Letaba Catchment: Insights from Google Earth Engine, Landscape Metrics, and Sentinel-2 Imagery. Hydrology, 12(4), 68. https://doi.org/10.3390/hydrology12040068
Gorgij, A.D., Kisi, O., Moghaddam, A.A.& Taghipour, A. (2017). Groundwater quality ranking for drinking purposes, using the entropy method and the spatial autocorrelation index. Environ Earth Sci., 76, 269 https://doi.org/10.1007/s12665-017-6589-6
Islam, A. R. M. T., Mamun, A. A., Rahman, M. M., & Zahid, A. (2020). Simultaneous comparison of modified-integrated water quality and entropy weighted indices: Implication for safe drinking water in the coastal region of Bangladesh. Ecological Indicators, 113, 106229. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106229
Li, P., Karunanidhi, D., Subramani, T. & Srinivasamoorthy, K. (2021). Sources and Consequences of Groundwater Contamination. Arch Environ Contam Toxicol, 80, 1–10. https://doi.org/10.1007/s00244-020-00805-z
Adimalla, N. (2021). Application of the Entropy Weighted Water Quality Index (EWQI) and the Pollu-tion Index of Groundwater (PIG) to Assess Groundwater Quality for Drinking Purposes: A Case Study in a Rural Area of Telangana State, India. Arch Environ Contam Toxicol, 80, 31–40. https://doi.org/10.1007/s00244-020-00800-4
Egbueri, J. C., Ameh, P. D., & Unigwe, C. O. (2020). Integrating entropy-weighted water quality index and multiple pollution indices towards a better understanding of drinking water quality in Ojoto area, SE Nigeria. Scientific African, 10, e00644. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2020.e00644
Adimalla, N., Li, P. & Venkatayogi, S. (2018). Hydrogeochemical Evaluation of Groundwater Quality for Drinking and Irrigation Purposes and Integrated Interpretation with Water Quality Index Stud-ies. Environ. Process. 5, 363–383. https://doi.org/10.1007/s40710-018-0297-4
Ganiyu, S.A., Oyadeyi, A.T., Rabiu, J.A. & Jegede, O. A. (2022). Hydrogeochemical categorization and quality assessment of shallow groundwater sources in typical urban slum and peri-urban areas of Iba-dan, Southwest Nigeria. Environ Earth Sci 81, 111. https://doi.org/10.1007/s12665-022-10237-8
Oyelakin, J.F., Ahmad, S.M., Aiyelokun, O.O., Odetoyinbo, A. O. & Layi-Adigun, B. O. (2021). Water quality assessment of groundwater in selected potable water sources for household use in Ibadan, Southwest, Nigeria. Int J Energ Water Res. 5, 125–132. https://doi.org/10.1007/s42108-020-00090-5
Mama, A.C., Bodo, W.K.A., Ghepdeu, G.F.Y., Ajonina, G.N. & Ndam, J.R.N. (2021). Understanding Seasonal and Spatial Variation of Water Quality Parameters in Mangrove Estuary of the Nyong River Using Multivariate Analysis (Cameroon Southern Atlantic Coast). Open Journal of Marine Science, 11, 103-128. https://doi.org/10.4236/ojms.2021.113008
Bezsonnyi, V., Tretyakov, O., Sherstyuk, M., & Nekos, A. (2022). Thermodynamic aspects of the sys-tems approach in ecology. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series 'Geology. Geog-raphy. Ecology', (57), 268–281. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2022-57-20 (In Ukrainian)
Bezsonnyi, V. (2023). Use of the entropy approach in water resource monitoring systems. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series 'Geology. Geography. Ecology', (58), 302–320. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2023-58-23 (In Ukrainian)
Bezsonnyi, V., & Nekos, A. (2023). Analysis of the environmental risk of water bodies in conditions of military danger. Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, Monitoring 2023. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520153
Bezsonnyi, V., Plyatsuk, L., Ponomarenko, R., & Tretyakov, O. (2023). Assessment of ecological safety of a surface water object. Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Envi-ronment, Monitoring 2023. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520155
Bezsonnyi, V. (2022). Assessment of environmental risks from the impact of domestic and industrial effluents. Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, Monitor-ing 2022. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580218
Bezsonnyi, V., Plyatsuk, L., Zhuravskij, M., Tretyakov, O., & Ponomarenko, R. (2023). Integrated as-sessment of the Dnipro Reservoir pollution sources. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 32(3), 461–473. https://doi.org/10.15421/112341
Bezsonnyi, V., Ponomarenko, R., Tretyakov, O., Asotsky, V., & Kalynovskyi, A. (2021). Regarding the choice of composite indicators of ecological safety of water in the basin of the Siversky Do-nets. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 30(4), 622-631. https://doi.org/10.15421/112157.
Umwali, E.D., Kurban, A., Isabwe, A….& Sabirhazi, G. (2021). Spatio-seasonal variation of water qual-ity influenced by land use and land cover in Lake Muhazi. Sci Rep 11, 17376. https://doi.org/10.1038/s41598-021-96633-9
Ubuoh, E.A., Nwogu, F.U., Ossai-Abeh, E. Ikwuemesi, J. C., Oke, A. O. & Umoh, J. D. (2024). Evalua-tion of hydro-chemical facies and surface water quality dynamics using multivariate statistical ap-proaches in Southern Nigeria. Sci Rep 14, 31600. https://doi.org/10.1038/s41598-024-77534-z
Zhang, J., Hao, Z., Liu, X., Wang, B., Guo, W., & Yan, J. (2024). Surface Water Quality Evaluation and Pollution Source Analysis at the Confluence of the Wei River and Yellow River, China. Water, 16(14), 2035. https://doi.org/10.3390/w16142035
Piddubna, L., Dybach, I., Krasovskiy, V., Pliekhanov, K., & Mogylevskyi, R. (2024). Analysis of the impact of digital development on a country’s economic growth. Economic Development, 23, 38–46. https://doi.org/10.57111/econ/2.2024.38
Teslenko, A., Chernukha, A., Bezuglov, O., Bogatov, O., Kunitsa, E., Kalyna, V., Katunin, A., Kobzin, V., & Minka, S. (2019). Construction of an algorithm for building regions of questionable decisions for devices containing gases in a linear multidimensional space of hazardous factors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5, 42–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181668
Malyarets, L., Iastremska, O., Barannik, I., & Larina, K. (2024). Assessment of structural changes in stable development of the country. Economic Development, 23, 8–16. https://doi.org/10.57111/econ/2.2024.08
Bezsonnyi, V., Plyatsuk, L., Ponomarenko, R., Asotskyi, V., Tretyakov, O., & Zhuravskij, M. (2023). Integrated assessment of the surface source of water supply according to environmental-risk indicators. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 32(3), 461–473. https://doi.org/10.15421/112341
Bezsonnyi, V., Nekos, A. (2022). Modeling of the oxygen regime of the Chervonooskilsky reservoir. Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, Monitoring 2022. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580216
Gavkalova, N., & Kyrychenko, Y. (2023). Scientific-theoretical basis of the territorial development strategy. Economic Development, 22, 31–37. https://doi.org/10.57111/econ/1.2023.31
Guryanova, L., Yatsenko, R., Dubrovina, N., Babenko, V., & Gvozditskyi, V. (2021). Machine learning methods and models, predictive analytics and applications: Development trends in the post-crisis syn-drome caused by COVID-19. Proceedings of MPSESM-XIII Conference. Retrieved from https://ceur-ws.org/Vol-2649/paper1.pdf
Авторське право (c) 2025 Безсонний В. Л.
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
