Факторно-кластерне профілювання якості вод Південного Бугу
DOI:
https://doi.org/10.26565/2410-7360-2026-64-24Ключові слова:
поверхневі води, Південний Буг, гідрохімічний профіль, державний моніторинг, органічне забруднення, біогенні речовини, мінералізація, ГДК, кластеризація, індекс забрудненняАнотація
Метою дослідження є факторно-кластерне та нормативно-індексне профілювання багаторічних гідрохімічних рядів річок басейну Південного Бугу для виділення ділянок із домінуванням органічного, біогенного або мінералізаційно-сольового забруднення та ранжування пунктів державного моніторингу за рівнем гідрохімічного ризику. Вихідною базою стали оброблені дані державного моніторингу поверхневих вод Держводагентства за 2003–2026 рр. Використано розрахунок середніх багаторічних концентрацій, сезонних профілів, частоти та кратності перевищення нормативних орієнтирів, модифікований нормативний індекс I6, аналіз головних компонент і кластеризацію за блоковими гідрохімічними профілями. Методична схема адаптує сучасний індексно-факторно-кластерний підхід до умов багаторічних моніторингових рядів. У межах басейну Південного Бугу відібрано 5654 записи з 95 пунктів спостережень за період з 13.01.2003 до 18.03.2026. Після контролю фізико-хімічної правдоподібності вилучено 57 очевидно технічних значень. За господарсько-побутовими орієнтирами найчастіші перевищення встановлено для ХСК (42,9 % проб), перманганатної окиснюваності (40,8 %) і БСК5 (14,8 %). За рибогосподарськими орієнтирами найбільш проблемними є БСК5 (60,4 %), ХСК (42,9 %), сульфати (42,4 %), перманганатна окиснюваність (40,8 %), нітрити (31,5 %) та амонійний азот (18,8 %). Кластеризація 48 репрезентативних пунктів виділила органічно-кисневий профіль (43 пункти), мінералізаційно-сольовий профіль (3 пункти) та біогенний профіль (2 пункти). Найвищий нормативний індекс I6 за господарсько-побутовими орієнтирами характерний для нижньої частини Південного Бугу в районі Бузького лиману, р. Інгул у м. Миколаїв, а також верхніх ділянок Південного Бугу нижче м. Хмельницький. Наукова новизна полягає у поєднанні багаторічного басейнового профілювання з нормативною інтерпретацією частоти перевищень і індексним ранжуванням пунктів моніторингу. Практичне значення результатів полягає у визначенні пріоритетних ділянок для поглибленого контролю, уточнення програм моніторингу та планування водоохоронних заходів.
Посилання
1. Bezsonnyi, V., & Nekos, A. (2023). Analysis of the environmental risk of water bodies in conditions of military danger. 17th International Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, Monitoring 2023. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520153
2. Bezsonnyi, V., Plyatsuk, L., Ponomarenko, R., & Tretyakov, O. (2023). Assessment of ecological safety of a surface water object. 17th International Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, Monitoring 2023. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520155
3. Bezsonnyi, V. (2022). Assessment of environmental risks from the impact of domestic and industrial effluents. 16th International Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, Monitoring 2022. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580218
4. Gupta, S., & Gupta, S. K. (2021). A critical review on water quality index tool: Genesis, evolution and future directions. Ecological Informatics, 63, 101299. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2021.101299
5. Chidiac, S., El Najjar, P., Ouaini, N., El Rayess, Y., & El Azzi, D. (2023). A comprehensive review of water quality indices (WQIs): History, models, attempts and perspectives. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 22, 349-395. https://doi.org/10.1007/s11157-023-09650-7
6. Mogane, L. K., Masebe, T., Msagati, T. A. M., & Ncube, E. (2023). A comprehensive review of water quality indices for lotic and lentic ecosystems. Environmental Monitoring and Assessment, 195, 926. https://doi.org/10.1007/s10661-023-11512-2
7. Akhtar, N., Syakir Ishak, M. I., Ahmad, M. I., Umar, K., Md Yusuff, M. S., Anees, M. T., Qadir, A., & Ali Almanasir, Y. K. (2021). Modification of the Water Quality Index (WQI) process for simple calculation using the Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) method: A review. Water, 13(7), 905. https://doi.org/10.3390/w13070905
8. Muniz, D. H. F., & Oliveira-Filho, E. C. (2023). Multivariate statistical analysis for water quality assessment: A review of research published between 2001 and 2020. Hydrology, 10(10), 196. https://doi.org/10.3390/hydrology10100196
9. El Azhari, H., Cherif, E. K., Sarti, O., Azzirgue, E. M., Dakak, H., Yachou, H., Esteves da Silva, J. C. G., & Salmoun, F. (2023). Assessment of surface water quality using the Water Quality Index (IWQ), multivariate statistical analysis (MSA) and Geographic Information System (GIS) in Oued Laou Mediterranean Watershed, Morocco. Water, 15(1), 130. https://doi.org/10.3390/w15010130
10. Wang, Z., Jia, D., Song, S., & Sun, J. (2023). Assessments of surface water quality through the use of multivariate statistical techniques: A case study for the watershed of the Yuqiao Reservoir, China. Frontiers in Environmental Science, 11, 1107591. https://doi.org/10.3389/fenvs.2023.1107591
11. Yao, R., Wang, X., Chen, J., & Liu, S. (2022). Hydrochemical analysis, principal component analysis and clustering for water quality evaluation: A case study in the Northern Sichuan Basin. Frontiers in Environmental Science, 10, 907872. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.907872
12. Mammeri, A., Tiri, A., Belkhiri, L., Salhi, H., Brella, D., Lakouas, E., Tahraoui, H., Amrane, A., & Mouni, L. (2023). Assessment of surface water quality using Water Quality Index and discriminant analysis method. Water, 15(4), 680. https://doi.org/10.3390/w15040680
13. Barrie, A., Agodzo, S. K., Frazer-Williams, R., Awuah, E., & Bessah, E. (2023). A multivariate statistical approach and water quality index for water quality assessment for the Rokel River in Sierra Leone. Heliyon, 9(6), e16196. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e16196
14. Gaur, N., Sarkar, A., Dutta, D., Gogoi, B. J., Dubey, R., & Dwivedi, S. K. (2022). Evaluation of water quality index and geochemical characteristics of surface water from Tawang India. Scientific Reports, 12, 11698. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14760-3
15. Zhalmagambetova, U., Assanov, D., Neftissov, A., Biloshchytskyi, A., & Radelyuk, I. (2024). Implications of Water Quality Index and multivariate statistics for improved environmental regulation in the Irtysh River Basin (Kazakhstan). Water, 16(15), 2203. https://doi.org/10.3390/w16152203
16. Akiner, M. E., Chauhan, P., & Singh, S. K. (2024). Evaluation of surface water quality in the Betwa River Basin through the Water Quality Index model and multivariate statistical techniques. Environmental Science and Pollution Research, 31, 18871-18886. https://doi.org/10.1007/s11356-024-32130-6
17. Roy, B. N., Roy, H., Rahman, K. S., Mahmud, F., Bhuiyan, M. M. K., Hasan, M., Bhuiyan, A.-A. K., Hasan, M., Mahbub, M. S., Jahedi, R. M., & Islam, M. S. (2024). Principal component analysis incorporated water quality index modeling for Dhaka-based rivers. City and Environment Interactions, 23, 100150. https://doi.org/10.1016/j.cacint.2024.100150
18. Hammoumi, D., Al-Aizari, H. S., Alaraidh, I. A., Okla, M. K., Assal, M. E., Al-Aizari, A. R., Moshab, M. S., Chakiri, S., & Bejjaji, Z. (2024). Seasonal variations and assessment of surface water quality using Water Quality Index (WQI) and Principal Component Analysis (PCA): A case study. Sustainability, 16(13), 5644. https://doi.org/10.3390/su16135644
19. Jo, C. D., Choi, S. Y., & Kwon, H. G. (2024). Statistical analysis of water quality change by total maximum daily load policy stage. Applied Water Science, 14, 176. https://doi.org/10.1007/s13201-024-02239-7
20. Alfaleh, A., Ben Khedher, N., & Alviz-Meza, A. (2023). Is the entropy-weighted water quality index a suitable index for evaluating the groundwater quality in Ha'il, Saudi Arabia? Water Science and Technology, 88(3), 778-797. https://doi.org/10.2166/wst.2023.230
21. Bezsonnyi, V., Tretyakov, O., Plyatsuk, L., Ponomarenko, R., & Davydova, O. (2025). Seasonal and spatial dynamics of entropy-weighted water quality assessment in surface waters of Ukraine. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series Geology. Geography. Ecology, 62, 384-400. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2025-62-29
22. Bezsonnyi, V. (2025). Entropy-weighted model for assessing the environmental safety of surface waters in the Southern Bug river basin. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series Geology. Geography. Ecology, (63), 516-529. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2025-63-38
23. Naddeo, V., Zarra, T., Pervez, M. N., Papamichael, I., Zorpas, A. A., Li, C.-W., Klontza, E., Lekkas, D. F., & Belgiorno, V. (2023). A comparative analysis of ecological status assessment in river water quality under the European Water Framework Directive. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 8, 100477. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2023.100477
24. Wuijts, S., Van Rijswick, H. F. M. W., Driessen, P. P. J., & Runhaar, H. A. C. (2023). Moving forward to achieve the ambitions of the European Water Framework Directive: Lessons learned from the Netherlands. Journal of Environmental Management, 333, 117424. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117424
25. Zhu, M., Wang, J., Yang, X., Zhang, Y., Zhang, L., Ren, H., Wu, B., & Ye, L. (2022). A review of the application of machine learning in water quality evaluation. Eco-Environment & Health, 1(2), 107-116. https://doi.org/10.1016/j.eehl.2022.06.001
26. Uddin, M. G., Rahman, A., Taghikhah, F. R., & Olbert, A. I. (2024). Data-driven evolution of water quality models: An in-depth investigation of innovative outlier detection approaches-A case study of Irish Water Quality Index (IEWQI) model. Water Research, 255, 121499. https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121499
27. State Water Agency of Ukraine. (2026). Surface water monitoring. URL: https://www.davr.gov.ua/monitoring-poverhnevih-vod1 [in Ukrainian]
28. On approval of the Methodology for assigning a surface water body to one of the classes of ecological and chemical status: Order of the Ministry of Environmental Protection of Ukraine No. 5, January 14, 2019. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/z0127-19 [in Ukrainian]
29. On approval of hygienic standards for the quality of water bodies for drinking, domestic and other needs of the population: Order of the Ministry of Health of Ukraine No. 721, May 2, 2022. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/z0524-22 [in Ukrainian]
30. On approval of methodological recommendations for the development of maximum permissible discharge standards for pollutants discharged into water bodies with return waters: Order of the Ministry of Environmental Protection of Ukraine No. 173, March 5, 2021. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/v0173926-21 [in Ukrainian]
31. European Parliament and Council. (2000). Directive 2000/60/EC establishing a framework for Community action in the field of water policy. Official Journal of the European Communities, L327, 1-73. http://data.europa.eu/eli/dir/2000/60/oj
32. APHA, AWWA, & WEF. (2023). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (24th ed.). APHA Press. https://secure.apha.org/imis/ItemDetail?iProductCode=978-087553-2998&CATEGORY=BK
33. ISO. (2018). ISO 5667-3:2024 Water quality - Sampling - Part 3: Preservation and handling of water samples. https://www.iso.org/standard/82273.html
