منبع پایان نامه با موضوع زیست محیطی، چند متغیره، آزمون های آماری، تحلیل مؤلفه های اصلی

دانلود پایان نامه ارشد

گی بین عناصر)
نمودارهای پراکنش (مقایسه متغیرها به صورت دوتایی و یا بررسی رفتار جفت متغیرها در زیر جامعه های آماری مختلف)
آزمون مؤلفه های اصلی (گروه بندی داده و مشخص کردن منشأ عناصر)
آنالیز خوشه ای (گروه بندی عناصر و نمونه ها بر اساس شباهت هایی در منشأ آلودگی و یا رفتار زمین شیمیایی آنها)
عناصر بالقوه سمناک در نمونه های زیست محیطی مانند خاک و رسوب به صورت کاملاً مستقل عمل نکرده و رفتارهای زمین شیمیایی مشابه به نوعی مشخص کننده منشأ آلودگی یکسان و یاشیوه انتقال مشابه آنها در محیط مورد بررسی می‏باشند (Balasubramanian and Qian, 2004).
روش تحلیل مؤلفه های اصلی و آنالیز خوشه ای روشهایی آماری هستند که بطور گسترده برای تعیین منشأ آلودگی عناصر سمناک استفاده شده اند. همچنین از این روشها برای تعیین ارتباط بین نمونه ها و یا متغیرها نیز استفاده شده است. روشهای آماری چند متغیره می‏توانند به طور همزمان تعداد عوامل کنترل کننده تغییرات موجود در داده ها را شناسایی کنند. در روشهای آماری تک متغیره بدلیل تکرار آزمون های آماری مشابه احتمال ایجاد خطا در تحلیل نتایج وجود خواهد داشت؛ درحالیکه در روشهای چند متغیره این مشکل وجود ندارد (Manly, 1997).
برای انجام آزمون های آماری درصورتیکه مقادیر گزارش شده با کمتر از حد آشکارسازی (detection limit)، برای هر عنصر کمتر از 25 درصد کل داده ها باشند در این صورت این مقادیر با نصف مقدار حد تشخیص جایگزین می شود؛ اما در مواردی که بیشتر از 25 درصد داده ها کمتر از حد تشخیص باشند، متغیر مربوطه از مجموع داده ها حذف می شود (Kuppusamy and Gridhar, 2006).
3-12-2-1-روش تحلیل مؤلفه های اصلی (principle component analysis, PCA)
روش تحلیل مؤلفه های اصلی یک روش آماری چند متغیره، برای تعیین تغییرات بین داده ها بوده و کاربرد گسترده ای در مطالعات زیست محیطی دارد. برای مثال این روش در تحلیل نتایج حاصل از آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی (Chen et al., 2007; Kuppusamy and Grirdhar., (2006 ، خاک (Borurka et al., 2005; Zhang, 2006) ،و رسوبات (Emmerson et al .1997; Spencer, 2002) استفاده شده است. روش PCA همچنین برای تفکیک منابع آلودگی از یکدیگر (Kim et al., 2006; Mudge and Duce, 2005)، و شناسایی متغیرهای کلیدی برای اهداف پایش زیست محیطی کاربرد دارد (Shin and Lam, 2001). آزمون PCA روشی برای کاهش تعداد متغیرها و قراردادن آنها در یکسری مؤلفه و یا ضریب جدید می‏باشد. میزان ارزش هر یک از متغیرهای جدید براساس ویژه مقدار (Eingenvalue) آن تعیین می‏شود. هریک از متغیرهای جدید درصدی متفاوتی از واریانس داده ها را به خود اختصاص می‌دهد. بر اساس شاخص Kaiser (1960) مؤلفه ها و یا ضرایبی که دارای ویژه مقدار بزرگتر از یک باشند دارای اهمیت ویژه بوده، و بیشترین درصد واریانس داده ها را به خود اختصاص می‏دهند. در یک سری از داده ها تعداد مؤلفه ها یا ضرایبی وجود دارد که هرکدام درصد کمتری از واریانس داده ها را در مقایسه با مؤلفه قبلی به خود اختصاص داده اند. مقدار ارزش عددی هریک از متغیرهای اولیه در مؤلفه ها یا ضرایب جدید در واقع ضرایب همبستگی بین متغیرهای اولیه با متغیرهای جدید می باشد. امتیازات موجود در هر مؤلفه نشان می‏دهد که متغیرهای اولیه با چه درجه اهمیتی با مؤلفه مذکور مرتبط می‏باشند. از طرفی نمونه های با ترکیب زمین شیمیایی نزدیک بهم امتیازات مشابهی خواهند داشت و می توانند دارای منابع آلودگی و یا رفتار زمین شیمیایی مشابهی برای عناصر بالقوه سمناک نیز باشند. اگر ارزش عددی هر یک از متغیرهای اولیه در هر ضریب یا مؤلفه جدید بزرگتر از6/0 باشد با اهمیت در نظر گرفته می‏شود (Delvalls et al., 1998).
از نظر آماری آزمونPCA براساس شبکه همبستگی و یا شبکه کئوواریانس اجرا می‏شود (Yongming et al., 2006). در بیشتر موارد داده های مربوط به عناصر بالقوه سمناک در مناطق آلوده دارای توزیع آماری با چولگی مثبت می‏باشند (Davies, 1997; Tobias et al., 1997)؛ بنابراین تفاوت زیادی در بزرگی داده ها وجود خواهد داشت. در چنین شرایطی بسته به اینکه شبکه همبستگی و یا شبکه کئوواریانس برای آزمونPCA استفاده شود، نتایج دارای تفاوت های قابل ملاحظه ای خواهند بود .(Farnham et al., 2003)با توجه به تفاوت غلظت عناصر سمناک در نمونه های بررسی شده، در این پژوهش آزمون PCA بر روی ماتریس همبستگی اجرا شد؛ زیرا در این حالت هر متغیر نسبت به واریانس واحدی بهنجارشده، و بطور یکسان در آزمون دخالت داده می‌شود.
بررسی موجود نشان می‌دهد که روش مناسبی برای آماده سازی داده ها قبل از آزمون PCA وجود ندارد (Zitko, 1994). به رغم این موضوع برخی از محققین به بررسی تأثیر فرایند آماده سازی داده‌ها پرداخته‌اند (Reid and Spencer, 2009). تبدیل داده های واقعی به لگاریتم آنها برای دستیابی به جامعه نرمال از جمله این موارد می‌باشد که برخی از محققین قبل از آزمون PCA انجام می‌دهند؛ اما ظاهراً این روش، بویژه برای داده های با چولگی منفی اشتباه است؛ زیرا نرمال کردن داده ها از راه لگاریتم مبنای10، سبب از بین رفتن فاکتورهای آلودگی موجود در داده‌ها شده و تفسیر نتایج را دشوار می‌سازد (Reid and Spencer, 2009). با توجه به موارد ذکر شده، در این پژوهش نیز از داده‌های واقعی در تمام آزمون های آماری استفاده شد.
برای تفسیر بهتر نتایج و روند تغییرات زمین شیمیایی عناصر سمناک در محیط های زمین شناختی از آزمون PCA در دوحالت عادی و چرخش واریماکس استفاده شد. در هریک از این روشها در صورتیکه امتیاز هر متغیر در مؤلفه های جدید بزرگتر از71/0بود، میزان درجه ارتباط عالی و در صورتیکه کمتر از32/0بود درجه ارتباط بسیار ضعیف در نظر گرفته می‏شود(Nowake, 1998; Garcia et al., 1996). بر همین اساس متغیرهای دارای امتیاز کمتر از 5/0در تحلیل نتایج در نظر گرفته نشدند.
برطبق نظرMorrison (1967) مؤلفه های اصلی باید تقریباً75درصد واریانس کل داده ها را به خود اختصاص دهند. استفاده از آزمونPCA واریماکس به دلیل افزایش واریانس مؤلفه های با اهمیت و حذف مؤلفه های نامعتبر، روند واضح‌تری از تغییرات موجود در داده‌ها را نشان خواهد‌ داد (Chakrapani and Subramania,1993; Borovec, 1996).
3-12-2-2-روش آنالیز خوشه ای (Cluster Analysis, CA)
آنالیز خوشه ای روشی مبتنی بر گروه‌بندی نظارت‌نشده (unsupervised) و تعیین شباهت بین متغیرها به صورت خوشه‌هایی مرتبط با یکدیگر است که بیانگر شباهت در منشأ و یا رفتار زمین شیمیایی در محیط مورد نظر می‏باشد. انجام آنالیز خوشه ای بر روی داده‌های بدست آمده از راه آنالیز خوشه بندی مرتبه‌ای (hierarchical) صورت گرفت. مبنای این روش اجرای الگوریتمی خاص بر روی داده‌هاست که با یک متغیر در یک خوشه جدا شروع شده و با ترکیب خوشه ها با یکدیگر تا باقی ماندن تنها یک متغیر ادامه می‌یابد. همانطور که در بحث آزمون مؤلفه‌های اصلی نیز اشاره‌شد، در مناطق معدنی و یا مناطق آلوده توسط فرایندهای انسان‌زاد، توزیع آماری عناصر سمناک توزیع عادی نمی‌باشد؛ بلکه با توجه به ناهمگن بودن محیط، تفاوت ‌های اساسی در مقیاس و بزرگی هر یک از متغیرها وجود دارد. در روش خوشه بندی مرتبه‌ای استاندارد سازی داده‌ها قبل از انجام محاسبه شباهت بین متغیرها (عناصر سمناک) به صورت خودکار انجام می‏شود. نمایش نتایج آزمونPCA بر روی هر سری از داده ها بصورت نمودارهای خوشه ای ارائه شده است.

فصل چهارم

تحلیل داده‌ها و نتایج

4-1-مقدمه

گسیل فلزهای بالقوه سمّی از منابع انسان‌زاد به صورت مواد فرّار و ریز ذرات معلق، و غبار کانیهاست. این گسیلها اغلب با گازهای سمّی مانند گوگرد دیوکسید و فلزات سنگین همراهند. در مناطق مجاور منبع آلاینده تنفس هوای آلوده به این گسیلها منجر به ورود غلظتهای بالا به بدن موجودات زنده می‌شود. فلزهای گسیل شده از راه بارش جوی وارد بوم سامانه‌های زمین می‌شوند. افزون بر این، همراه با خاک و رسوب وارد شبکه‌های غذایی شده و می‌توانند تندرستی جمعیتهای زنده را به خطر اندازند. بدین ترتیب که فلزهای بالقوه سمّی نهشته شده از جو بر روی سطح زمین با خاک آمیخته می‌شوند؛ این فلزها می‌توانند بخشی از تغذیه آبخوانها یا روانابهای سطحی را تشکیل دهند.
بسته به تحرک پذیری عنصر در خاک و ظرفیت گیاهان برای انباشت یک یا چند فلز، یا تفاوت در میزان جذب آنها، فلزهای بالقوه سمّی می‏توانند به شبکه‌های آب و غذا راه یافته و یا پس از ورود به خاک یا آب همراه آن، از راه فرسایش و به صورت حل شده وارد سامانه‌های آبی شوند (مُر و همکاران، 1387).
مطالب بالا عناوین مورد بحث در این فصل را مشخص می‌کند. همانگونه که در فصل سوم شرح داده شد برای بررسی اثرهای زیست محیطی ذوب مس در دشت خاتون آباد از بخشهای مختلف (خاک و غبار کوره ذوب) نمونه‌برداری شد. از آنجا که غبار کوره یکی از منابع اصلی آلاینده محیط زیست منطقه مورد مطالعه محسوب می‌شود، بحث با نتایج بدست آمده از تجزیه شیمیایی غبار کوره آغاز می‌شود. پس از بحث پیرامون غبار کوره و نتایج آن، به ترتیب مباحث آلودگی خاک و نتایج تجزیه‌های انجام شده مطرح می‌شود.
4-1-1- نتایج تجزیه شیمیایی غبار فیلتر دودکش
نمونه‌ غبار برای تجزیه شیمیایی به آزمایشگاه ACMEکانادا و به روش ICP-MS انجام شد. در جدول4-1 نتایج این تجزیه شیمیایی آورده شده است.
وجود ppm 9/2 اورانیم و غلظت کرمppm) 1/87( در غبار دودکش قابل تأمل است. غلظت عناصر مس، آرسنیک، سرب، روی، مولیبدن، آنتیموان در نمونه بسیار بالاست.
با توجه به غلظت بسیار بالای عناصر در نمونه غبار فیلتر انتظار می‌رود گسیل این غبارها به آلودگی وسیع هوا، منابع آب و خاک، و گیاهان منطقه منجر می‌شود. همچنین تنفس هوای آلوده به این ذرات، خطر بزرگی برای کارکنان و ساکنان این منطقه محسوب می‌شود.

جدول4-1- نتایج تجزیه شیمیایی غبار فیلتر (برحسبppm)
غلظت (ppm)
Element
10000
Cu
1119.60
As
1749.83
Pb
10000
Zn
2000
Mo
26.76
Cd
420.42
Sb
1.75
Ag
18.80
Se
0.01
Hg
14.20
Ni
87.10
Cr
2.90
U

توجه به این نکته لازم است که ذرات موجود در غبار دودکش بر طبق اندازه و وزنی که دارند در اثر فرایندهای مختلفی همچون بارش خشک و تر در فواصل مختلف از کوره به زمین باز می‌گردند و بارش خشک مهم‌ترین فرایند نهشت در مناطق آلوده است و بیشتر به توپوگرافی محلی و ساختار پوشش گیاهی وابسته است به گونه‌ای که در مناطق جنگلی فرایند نهشت ناهمگن است (راست منش، 1388).
در بارش خشک فرایندهای زیر دخالت دارند:
برای ذرات بزرگتر از 10 میکرومتر: رسوبگذاری
برای ذرات بزرگتر از 1میکرومتر: متوقف شدن بر روی سطح دریافت کننده
برای ذرات بین 1-1/0 میکرومتر: حمل به شکل آشفته که تحت تأثیر پستی و بلندی سطح و سرعت باد قرار می‌گیرد.
برای ذرات کوچکتر از 1/0 میکرومتر: حرکت براونی (انتشار مولکولی)
وجود جریان باد غالب باعث می‌شود که آلاینده‌ها در یک جهت مشخص حمل شوند در حالیکه جریان متغیر باد که معمولاً در شرایط نزدیک به پایداری جو رخ می‌دهد، باعث می‌شود آلاینده‌ها در یک ناحیه وسیع پخش شوند. وجود جریان باد غالب معمولاً با جریان آشفته هوا و غلظت سطحی کم آلاینده‌ها همراه است. بارش خشک که گاهی جذب سطحی نیز نامیده می‌شود درنتیجه انتقال آلاینده‌ها از جو به سطح زمین توسط جریان آشفته رخ می‌دهد. ازینرو سطح زمین یک مصرفگاه آلاینده‌ها محسوب می‌شود. آهنگ نهشت مواد به سرعت نهشت آنها بستگی دارد، که این نیز به نوبه خود به شدت جریان آشفته یا سرعت باد وابسته است (راست منش، 1388).
همانگونه که در فصل دوم اشاره شد، در دشت خاتون آباد جهت جریان باد غالب شمال و شمال شرق است. ازینرو انتظار می‌رود در این مناطق آلودگی بیشتری مشاهده شود.
همانطور که در فصل اول اشاره شد، در مباحث زیست محیطی ذرات غبار گسیل شده از دودکشها، دو گروه انداز

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه با موضوع زیست محیطی، نمونه برداری، جامعه آماری، چند متغیره Next Entries منبع پایان نامه با موضوع نمونه برداری، زیست محیطی، آلودگی هوا، آلاینده ها