Ентропійно-зважена модель оцінювання екологічної безпеки поверхневих вод басейну річки Південний Буг
Анотація
Метою дослідження є кількісне оцінювання екологічної безпеки поверхневих вод басейну річки Південний Буг на основі ентропійно-зваженої моделі (EWQI), що враховує просторово-часову мінливість гідрохімічних показників та їх інформаційну значущість. Було сформовано базу даних спостережень за 2020–2024 роки для 36 постів моніторингу та проведено нормування 12 основних показників якості води відповідно до ДСТУ 4808:2007. Ентропійні ваги розраховано за формулами Шеннона для визначення інформаційного внеску кожного параметра у загальний рівень забруднення. У результаті побудовано інтерактивні карти EWQI на основі OpenStreetMap для теплого (квітень–вересень) і холодного (жовтень–березень) періодів, а також карту сезонних змін ΔEWQI. Просторовий аналіз показав чіткий градієнт погіршення якості води вниз за течією – від чистих (класи II–III, EWQI ≤ 1,0) у верхів’ях до забруднених і дуже брудних (класи V–VII, EWQI > 3,0) у пригирловій частині. Середній рівень EWQI зріс із 1,85 у холодний період до 2,46 у теплий, що вказує на сезонне погіршення якості води на 33 %. Найбільший внесок у підвищення індексу мають амоній (22 %), фосфати (18 %) та БСК₅ (15 %), що відображає домінування біогенного й органічного забруднення. Аналіз головних компонент (PCA) показав, що три фактори – органічне навантаження, біогенне збагачення та мінералізація – пояснюють понад 80 % дисперсії даних. Просторова кластеризація дозволила виділити чотири типи екологічного стану річкових ділянок і зони критичного ризику в межах Миколаївської та Вознесенської ділянок. Основними обмеженнями дослідження є нерівномірна сезонна вибірка та обмежена кількість показників токсикологічного класу. Однак запропонована методологія може бути розширена шляхом інтеграції з геоінформаційними системами, машинним навчанням і супутниковими даними. Практична цінність моделі полягає у її придатності для автоматизованого оцінювання, картографування та управління якістю води у межах державної системи екологічного моніторингу. Наукова новизна полягає у поєднанні ентропійно-зваженого підходу, просторово-сезонного аналізу та факторної інтерпретації гідрохімічних процесів, що дозволяє підвищити об’єктивність оцінки екологічної безпеки водних екосистем.
Завантаження
Посилання
Bezsonnyi, V. L. (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). 1–5. DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.2022580218
Bezsonnyi, V. L., Ponomarenko, R. V., Tretyakov, O. V., Asotsky, V. V., & Kalynovskyi, A. Y. (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. https://doi.org/10.15421/112157
Bezsonnyi, V. L., Plyatsuk, L. D., Ponomarenko, R. V., Asotskyi, V. V., Tretyakov, O. V., & Zhuravskij, M. 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., 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
Pesce, S. F., & Wunderlin, D. A. (2000). Use of water quality indices to verify the impact of Cordoba city (Argentina) on Suquia River. Water Research, 34(11), 2915–2926. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00036-1
Malovanyy, M., Boiaryn, M., Biedunkova, O., Voloshyn, V., & Netrobchuk, I. (2025). The The impact of the ecological sustainability of landscapes on the formation of the hydro-ecological state in the upper part of the Prypiat River basin. Ecological Questions, 36(2), 1–21. https://doi.org/10.12775/EQ.2025.018
Malovanyy, M. S., Boіaryn, M., Muzychenko, O., & Tsos, O. (2022). Assessment of the environmental state of surface waters of right-bank tributaries of the upper reaches of the Pripet River by macrophyte index MIR. Journal of Water and Land Development, (55), 97–103. http://doi.org/10.24425/jwld.2022.142310
Rylskyi, O. F., Dombrovskiy, K., Masikevych, Y., Masikevych, A., & Malovanyy, M. (2023). Evaluation of Water Quality of the Siret River by Zooperiphyton Organisms. Journal of Ecological Engineering, 24(6), 294–302. https://doi.org/10.12911/22998993/163166
Ponomarenko, R., Plyatsuk, L., Hurets, L., Polkovnychenko, D., Grigorenko, N., Sherstiuk, M., & Miakaiev, O. (2020). Determining the effect of anthropogenic loading on the environmental state of a surface source of water supply. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(10(105)), 4-10. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.206125
Liou, S.-M., Lo, S.-L., & Wang, S.-H. (2004). A generalized water quality index for Taiwan. Environmental Monitoring and Assessment, 96(1–3), 35–52. https://doi.org/10.1023/B:EMAS.0000031715.83752.a1
Said, A., Stevens, D. K., & Sehlke, G. (2004). An innovative index for evaluating water quality in streams. Environmental Management, 34(3), 406–414. https://doi.org/10.1007/s00267-004-0210-y
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
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
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
Bezsonnyi, V., Plyatsuk, L., Ponomarenko, R., Tretyakov, O. (2023). Assessment of ecological safety of a surface water object [Mon23-155 Summary]. XVII International Scientific Conference “Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment”. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520155
Havryshko, M., Popovych, O., Yaremko, H., Tymchuk, I., Malovanyy, M. (2022). Analysis of prospective technologies of food production wastewater treatment. Ecological Engineering & Environmental Technology, 23(2), 33–40. https://doi.org/10.12912/27197050/145201
Ugnenko, E. B., Yurchenko, V. O., Sorochuk, N. I., Melnikova, O. G., & Viselga, G. (2019). Study of treatment efficiency of wastewater collected from the surface of roads by natural zeolite. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708(1), 012035. https://doi.org/10.1088/1757-899X/708/1/012035
Iurchenko, V., Tsytlishvili, K., Malovanyy, M. (2022). Wastewater treatment by conversion of nitrogen-containing pollution by immobilized microbiocenosis in a biodisk installation. Ecological Questions, 33(2), 21–30. https://doi.org/10.12775/EQ.2022.017
Shtepa, V., Plyatsuk, L., Ablieieva, I., Hurets, L., Sherstiuk, M., Ponomarenko, R. (2020). Substantiation of the environmental and energy approach of improvement of technological regulations of water treatment systems. Ecology and Environmental Technology, 11, Technology Audit and Production Reserves, 135/1. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2020.196948
Horoshkova, L., Menshov, O., Maslov, D., & Horoshkov, S. (2025). Environmental assessment of the war impact on the surface waters of the Dnipro River in the Zaporizhzhia City. In 18th International Conference Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment (pp. 1–5). European Association of Geoscientists & Engineers. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2025510052
Bezsonnyi V., Nekos A. Analysis of the environmental risk of water bodies in conditions of military danger. Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment. 17th International Conference 7–10 November 2023. Kyiv, Ukraine, Volume 2023, P. 1–5. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2023520153
Menshov, O., Horoshkova, L., Golub, A., & Horoshkov, S. (2025). Magnetic studies of sediments and soils as a tool for detection of dangerous geodynamic exogenic processes on the example of the Khortysya reserve. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 1(108), 15-21. https://doi.org/10.17721/1728-2713.108.02
Menshov, O., Horoshkova, L., Horoshkov, S., & Dindaroglu, T. (2025). Comprehensive model of heavy metals content and magnetic properties of soil and sediments of lakes of Khortysya reserve. Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 2(109), 51-58. https://doi.org/10.17721/1728-2713.109.07
Hapich, H., Andrieiev, V., Kovalenko, V., Hrytsan, Yu., & Pavlychenko, A. (2022). Study of fragmentation impact of small riverbeds by artificial waters on the quality of water resources. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (3), 185. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-3/185
Hapich, H., Andrieiev, V., Kovalenko, V., Hrytsan, Yu., & Pavlychenko, A. (2022). Study of fragmentation impact of small riverbeds by artificial waters on the quality of water resources. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (3), 185. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-3/185
Horoshkova, L., Studinska, G., Mamchur, V., Menaker, A., & Menshov, O. (2024). Assessment of the impact of the Russian-Ukrainian war on the agrarian potential in Kherson region. Ekonomika APK, 31(6), 10-26. https://doi.org/10.32317/ekon.apk/6.2024.10
Zhang, D., Shi, J. X., Xu, H., Jing, Q., Pan, X., Liu, T., Wang, H., & Hou, H. (2020). A GIS-based spatial multi-index model for flood risk assessment in the Yangtze River Basin, China. Environmental Impact Assessment Review, 83, 106397. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2020.106397 .
Bekele Emiru, K., Ren, Y., Zuo, S., Molla, A., Mekonnen Seka, A., & Ju, J. (2025). Combining spectral water index with band for surface water area extraction by using Google Earth Engine (GEE) and ArcGIS in the southern low mountain and hilly areas of China. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 39, 101650. https://doi.org/10.1016/j.rsase.2025.101650
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. 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. 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. 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
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
