Συντάχθηκε 03-01-2018 09:34
από Niki Pantelaki
Email συντάκτη: npantelaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: υπάλληλος ΜΗΧΟΠ.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Ορυκτών Πόρων
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Εξεταζόμενος φοιτητής: Παγώνης Αστέριος
Τόπος: Αίθουσα Συνεδριάσεων ΜΗΧΟΠ, Μ3.108
Έναρξη: 10/01/2018 10:00
Λήξη: 10/01/2018 12:00
Θέμα Διπλωματικής Εργασίας: Γεωστατική Ανάλυση Δεδομένων Συγκέντρωσης Τοξικών Βαρέων Μετάλλων στο Έδαφος.
Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:
Καθ. Χριστόπουλος Διονύσιος (επιβλέπων)
Καθ. Γαλετάκης Μιχαήλ
Δρ. Βαρουχάκης Εμμανουήλ (ΕΔΙΠ, ΜΗΠΕΡ)
Περίληψη
Τα βαρέα μέταλλα παρουσιάζουν σημαντικό περιβαλλοντικό ενδιαφέρον κυρίως λόγω της υψηλής τοξικότητάς τους, καθώς επίσης και οικονομικό ενδιαφέρον αφού η χρήση τους είναι απαραίτητη σε ένα μεγάλο εύρος βιομηχανιών. Σημαντικές είναι και οι επιπτώσεις τους στην ανθρώπινη υγεία, γεγονός που καθιστά την μελέτη τους ακόμη πιο σημαντική. Εμφανίσεις βαρέων μετάλλων υπάρχουν σε διάφορες χώρες του κόσμου. Έτσι, ο υπολογισμός των συγκεντρώσεων, των κατανομών και της χαρτογράφησης τέτοιων εμφανίσεων συνιστά πεδίο με εξαιρετικό ερευνητικό ενδιαφέρον και απασχολεί ήδη μεγάλο αριθμό ερευνητικών μελετών.
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την εκτίμηση των κατανομών των συγκεντρώσεων σε μια περιοχή μελέτης στα Ελβετικά Όρη Jura με τη χρήση γεωστατιστικών μεθόδων. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την εκπόνηση της διπλωματικής και αναφέρονται ως Jura Data Set, αποτελούνται από ένα σύνολο μετρήσεων των συγκεντρώσεων επτά βαρέων τοξικών μετάλλων σε μια περιοχή μελέτης, οι οποίες συλλέχθηκαν από το Ελβετικό Κρατικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Λωζάνης.
Η γεωστατιστική ανάλυση των δεδομένων πραγματοποιήθηκε με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού R. Στο περιβάλλον αυτής της γλώσσας αναπτύχθηκε υπολογιστικός κώδικας με χρήση των κατάλληλων εντολών και συναρτήσεων. Η ανάπτυξη του κατάλληλου κώδικα για την επεξεργασία των δεδομένων περιλάμβανε ως προαπαιτούμενο την χρήση ειδικών πακέτων εντολών και συναρτήσεων της σουΐτας RGeostats.
Κατά την εκπόνηση της παρούσας μελέτης, ως πρώτο στάδιο της επεξεργασίας των δεδομένων καθορίστηκε ο υπολογισμός των ιστογραμμάτων καθώς και ο έλεγχος της χωρικής εξάρτησης των δεδομένων μέσω υπολογισμού του εμπειρικού βαριογράμματος για καθένα από αυτά. Εν συνεχεία πραγματοποιήθηκε έλεγχος για την ύπαρξη πιθανών τάσεων καθώς και ανισοτροπίας στα δεδομένα του κάθε βαρέως μετάλλου. Αυτό έγινε μέσω σύγκρισης του τετραγωνικού σφάλματος των τριών θεωρητικών μοντέλων (Σφαιρικό, Εκθετικό, Γκαουσιανό). Η διαδικασία αυτή οδήγησε στην επιλογή του πλέον κατάλληλου θεωρητικού προτύπου, με σκοπό την αποτελεσματική προσαρμογή του εμπειρικού βαριογράμματος.
Ως τελευταίο στάδιο της επεξεργασίας προσδιορίστηκε η εφαρμογή της στοχαστικής μεθόδου χωρικής παρεμβολής Κανονικού Kriging (Ordinary Kriging) για την εκτίμηση της κατανομής της συγκέντρωσης κάθε βαρέως μετάλλου, εντός των ορίων της περιοχής μελέτης. Σε αυτό το στάδιο της γεωστατιστικής ανάλυσης κατασκευάστηκαν χάρτες βασισμένες στις εκτιμήσεις των συγκεντρώσεων σε σημεία του κανάβου μελέτης, ενώ μέσω της διασταυρωτικής επιβεβαίωσης (Cross Validation) αξιολογήθηκε η ακρίβεια των χωρικών μοντέλων.
Κατά την επεξεργασία του συνόλου των δεδομένων παρατηρήθηκε ότι μόνο εκείνα του Χρωμίου και του Νικελίου συμπίπτουν σε ικανοποιητικό βαθμό με την κανονική κατανομή. Έτσι λοιπόν εφαρμόστηκε λογαριθμικός μετασχηματισμός για το σύνολο των υπόλοιπων στοιχείων και με την βοήθεια των ιστογραμμάτων καθώς και των διαγραμμάτων κανονικής πιθανότητας, έγινε σύγκριση μεταξύ της αρχικής και της μετασχηματισμένης μορφής των δεδομένων ώστε να επιλέχθει η καταλληλότερη μορφή των δεδομένων, για καθένα από τα βαρέα μέταλλα.
Στο κυρίως σώμα της διπλωματικής εργασίας παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των δεδομένων Χρωμίου και Ψευδαργύρου, αφού κατά την επεξεργασία διαπιστώθηκε ότι συμβάδιζαν σε μεγαλύτερο βαθμό με την κανονική κατανομή. Η χωρική ανάλυση της κατανομής των υπόλοιπων μετάλλων παρατίθεται στα Παραρτήματα Α και Β.
Κατά την διερεύνηση για την ύπαρξη τάσεων διαπιστώθηκε χαμηλή συσχέτιση μεταξύ των πραγματικών τιμών και των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από την διασταυρωτική επιβεβαίωση, με αποτέλεσμα που υποδεικνύει ότι δεν υπάρχουν ισχυρές τάσεις, ενώ παράλληλα δεν διαπιστώθηκε ύπαρξη ανισοτροπίας στα δεδομένα τόσο του Χρωμίου όσο και του Ψευδάργυρου. Στα εμπειρικά βαριογράμματα που υπολογίστηκαν έγινε προσαρμογή του Εκθετικού θεωρητικού προτύπου και για τα δύο μέταλλα, μετά από τον υπολογισμό των τετραγωνικών σφαλμάτων. Αντίστοιχα το Εκθετικό μοντέλο χρησιμοποιήθηκε στην μέθοδο Kriging για την χωρική παρεμβολή των συγκεντρώσεων και των δύο μετάλλων, ώστε να παραχθούν εκτιμώμενοι χάρτες των συγκεντρώσεων καθώς και χάρτες που απεικονίζουν την αβεβαιότητα των εκτιμήσεων.
