Сезонно-просторова динаміка ентропійно-зваженої оцінки якості поверхневих вод України
Анотація
У статті розглянуто підхід до оцінювання якості поверхневих вод України на основі ентропійно-зваженого індексу з урахуванням сезонної та просторової динаміки. В умовах посилення антропогенного тиску та кліматичних змін зростає актуальність удосконалення методик екологічного моніторингу, що базуються на об’єктивному врахуванні варіабельності гідрохімічних параметрів. Ентропія, як кількісна міра невизначеності, застосовується для зважування інформативності кожного показника якості води, дозволяючи створити більш чутливий і достовірний інтегральний індекс, ніж традиційний. Для аналізу використано відкриті дані державного моніторингу якості води за понад 540 пунктами спостережень у річкових басейнах України (Дніпро, Дністер, Дунай, Дон, Вісла, Південний Буг, Приазов’я та Причорномор’я). Було враховано п’ять сезонних періодів (зима, весна, межень, мілководдя, осінь) і 10 ключових гідрохімічних показників. Розраховані значення ентропійно-зваженого індексу класифікувались за семикласною шкалою, що дозволило виявити найбільш забруднені регіони та періоди. Результати демонструють чітку сезонну диференціацію: найчистіша вода спостерігається взимку та навесні, тоді як найбільш критичні значення фіксуються у період мілководдя та восени. Особливо забрудненими виявились басейни Південного Бугу, Причорномор’я та Приазов’я, що потребує пріоритетного екологічного втручання. Ентропійно-зважений індекс продемонстрував високу чутливість до просторово-часових змін, виявивши вплив як природних (гідрологічні умови), так і техногенних факторів (промислові та сільськогосподарські скиди). Проведено картографування результатів, що дозволяє візуалізувати екологічний стан річкових систем та сприяє прийняттю рішень у сфері водної політики. Запропонована методика має потенціал для впровадження в системи екологічного моніторингу та планування заходів з управління якістю води на регіональному рівні.
Завантаження
Посилання
Mahato, M.K., Singh, G., Singh, P.K., Singh, A.K., & Tiwari, A.K. (2017). Assessment of mine water quality using heavy metal pollution index in a coal mining area of Damodar River Basin, India. Bull Environ Contam Toxicol. DOI: https://doi.org/10.1007/s00128-017-2097-3
Pandey, H.K., Tiwari, V., Kumar, S., Yadav, A., & Srivastava, S.K. (2020). Groundwater quality assessment of Allahabad smart city using GIS and water quality index. Sustain Water Resour Manag. DOI: https://doi.org/10.1007/s40899-020-00375-x
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. DOI: https://doi.org/10.1007/s11631-013-0631-5
Shweta, T., Bhavtosh, S., Prashant, S., & Rajendra, D. (2013). Water quality assessment in terms of water quality index. Am J Resour. DOI: https://doi.org/10.12691/ajwr-1-3-3
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 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.11.049
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 DOI: 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. DOI: 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, DOI: https://doi.org/10.1080/19648189.2016.1150895
Singh, K.R., Goswami, A.P., Kalamdhad, A.S., & Kumar, B. (2019) Development of irrigation water quality index incorporating information entropy. Environ Dev Sustain 22:3119–3132. DOI: https://doi.org/10.1007/s10668-019-00338-z
Muangthong, S., & Shrestha, S. (2015). Assessment of surface water quality using multivariate statistical techniques: case study of the Nampong River and Songkhram River, Thailand. Environ Monit Assess, 187(9):548. DOI: 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. DOI: 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. DOI: https://doi.org/10.1155/2010/451304
Ashby, W. (1959). Introduction to cybernetics. M.: IL. 432 p. DOI: 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. DOI: 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. DOI: https://doi.org/10.1007/s10653-019-00393-5
Abdus-Salam, M.O., Akinsanya, Y.O., Salami, I.O. et al. (2024). Entropy-weighted water quality index assessment of groundwater in Ibadan metropolis, Southwestern Nigeria. Discov Water 4, 121. DOI: 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 Resources 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. DOI: https://doi.org/10.3390/hydrology12040068
Li, P., Karunanidhi, D., Subramani, T. et al. (2021). Sources and Consequences of Groundwater Contamination. Arch Environ Contam Toxicol 80, 1–10. DOI: https://doi.org/10.1007/s00244-020-00805-z
Gorgij, A.D., Kisi, O., Moghaddam, A.A. et al. (2017). Groundwater quality ranking for drinking purposes, using the entropy method and the spatial autocorrelation index. Environ Earth Sci 76, 269 DOI: 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. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106229
Adimalla, N. (2021). Application of the Entropy Weighted Water Quality Index (EWQI) and the Pollution 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. DOI: 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. DOI: 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 Studies. Environ. Process. 5, 363–383. DOI: https://doi.org/10.1007/s40710-018-0297-4
Ganiyu, S.A., Oyadeyi, A.T., Rabiu, J.A. et al. (2022). Hydrogeochemical categorization and quality assessment of shallow groundwater sources in typical urban slum and peri-urban areas of Ibadan, Southwest Nigeria. Environ Earth Sci 81, 111. DOI: https://doi.org/10.1007/s12665-022-10237-8
Oyelakin, J.F., Ahmad, S.M., Aiyelokun, O.O. et al. (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. DOI: https://doi.org/10.1007/s42108-020-00090-5
Mama, A.C., Bodo, W.K.A., Ghepdeu, G.F.Y., Ajonina, G.N. and 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. DOI: https://doi.org/10.4236/ojms.2021.113008
Umwali, E.D., Kurban, A., Isabwe, A. et al. (2021). Spatio-seasonal variation of water quality influenced by land use and land cover in Lake Muhazi. Sci Rep 11, 17376. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-96633-9
Ubuoh, E.A., Nwogu, F.U., Ossai-Abeh, E. et al. (2024). Evaluation of hydro-chemical facies and surface water quality dynamics using multivariate statistical approaches in Southern Nigeria. Sci Rep 14, 31600. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: https://doi.org/10.57111/econ/2.2024.08
Gavkalova, N., Kyrychenko, Y. (2023). Scientific-theoretical basis of the territorial development strategy. Economic Development, 22, 31–37. DOI: 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 syndrome caused by COVID-19. Proceedings of MPSESM-XIII Conference. https://ceur-ws.org/Vol-2649/paper1.pdf
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. DOI: 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. DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580216
Bezsonnyi, V., Tretyakov, O., Sherstyuk, M., Nekos, A. (2022). Thermodynamic aspects of the systems approach in ecology. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University, Series 'Geology. Geography. Ecology', (57), 268–281. DOI: https://doi.org/10.26565/2410-7360-2022-57-20
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. DOI: https://doi.org/10.26565/2410-7360-2023-58-23
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. DOI: 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 Environment, Monitoring 2023. DOI: 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, Monitoring 2022. DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580218
Bezsonnyi, V., Plyatsuk, L., Zhuravskij, M., Tretyakov, O., Ponomarenko, R. (2023). Integrated assessment of the Dnipro Reservoir pollution sources. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 32(3), 461–473. DOI: 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 Donets. Journal of Geology, Geography and Geoecology, 30(4), 622-631. DOI: https://doi.org/10.15421/112157.
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
