AquaChem

Baza de date

AquaChem a fost construit in jurul bazei de date individualizabile MS Access configurabil astfel incat sa contina peste 1000 de caractersitici numerice per proba (ex.: elemente chimice, concentratii de gaz, compozitii izotopice, parametri fizici, etc.). Parametri pot fi sistematizati in urmatorele categorii:

• Parametrii de descriere a locului de probare (identificare (ID), suprafata, localizare, geologie, stb.)
• Parametrii de descriere a probei (identificare (ID), data probarii, beneficiar, tip de apa, cod laborator, etc.)
• Parametri masurati: se poate selecta dintr-o lista de peste 350 substante chimice anorganice si organice si parametri fizico-chimici (pH, conductivitate, etc.), gaze, izotopi.
• Parametri modelarii: indicele de saturatie si activitatea PHREEQC

Fiecare grup de parametri contine parametri predefiniti, care pot fi folositi pentru generarea de structuri de date particularizate in functie de necesitatile particulare de probare si de prezentare a datelor. Baza de date inclusa contine principalii cationi si anioni precum si paroprietatile lor chimice. Se pot adauga usor parametri noi in baza de date.

Introducerea si importarea datelor

AquaChem contine tabele usor de folosit, inclusiv liste predefinite de selectie pentru introducerea manuala a tutoror datelor de proiect.  In multe situatii insa, datele folosite in AquaChem vor trebui importate din fisiere asigurate de catre clienti, un laborator, sau de o alta aplicatie. Aceasta este o metoda mult mai practica in cazul lucrului cu seturi mari de date.

AquaChem e capabil sa importe mai multe sute sau mii de date din fisiere .TXT, .PRN, .CSV sau MS Excel. Formatul fisierelor de date poate fi diferit de cel utilizat in AquaChem. Chiar denumirea substantelor poate diferi in fisierul-sursa de denumirea campurilor din tabelele AquaChem. AquaChem poseda optiuni multiple de recunoastere a formatelor fisierelor de date, iar prin numerele CAS adauga automat numele aflate in fisierul-sursa la denumirea campurilor bazei de date. La fel, pot fi importati si parametri de calitatea apei din reglementarile legale.

Editare

Exportarea datelor

• Exportul datelor, rapoartelor si tabelelor in format MS Excel
• Exportul seturilor de date XYZ
• Exportul punctelor de probare si a atributelor acestora in fisiere ESRI TM (.SHP)
• Fisierele .SHP exporatte pot fi folosite in alte aplicatii de gen (ex. HydroGeo Analyst)

Inlocuirea datelor

Pot fi rulate comenzi de cautare si inlocuire globale pentru orice proba sau loc de probare care nu contine valori numerice, sau comenzi de inlocuire a anumitor valori numerice. Astfel de exemplu, tabelele pot fi completate cu valori constante. De pilda, pentru substante chimice date pot fi introduse valori limita de detectie, etc.

AquaChem foloseste valori frecvent masurate (cationi, anioni) pentru calcularea parametrilor hidrochimici aditionali (tipul apei, anioni, cationi, balanta ionilor, continut dizolvat total, duritatea apei, bazicitatea, raporturi des folosite si substante minerale dizolvate).

Compararea probelor

Matricea de corelatie

Functia genereaza o matrice de corelatie pentru un numar selectat de parametri ai probelor active. Un algoritm linear de regresie calculeaza coeficientul de regresie (r), panta curbei de regresie si intersectiile acesteia. Este posibila astfel examinarea rapida a identitatii sau deosebirii probelor de apa.

Standarde de calitate a apei

Amestecul probelor

Functia privind amestecul de probe (Mix Samples) genereaza date de compozitie pentru care concentratiile deriva din amestecul, gradual si in proportii date, a doua probe la alegere din baza de date.  Acest tip de analiza este aplicabil in cazul probelor cu concentratii  despre care presupunem ca au luat nastere prin amestecul a trei tipuri diferite de ape (ex. de apa subterana, apa marina si apa dulce). Ca rezultat al analizei, se pot estima proportiile de amestec ale celor trei componenti.

Controlul reliabilitatii

Raportul de reliabilitate face posibila evaluarea valabilitatii datelor analitice. AquaChem contine mai multe teste (rapoarte de ioni, substanta dizolvata totala) care pot atesta veridiciatea analizelor, ceea ce poate fi aplicat in studii privind asigurarea calitatii.

 

Ajuta la determinarea originii posibile a apei. Rezultatele faciliteaza revizia exhaustiva a datelor de calitate a apei pe baza rapoartelor ionice din proba selectata. Daca rezultatul nu corespunde cu cel asteptat, compozitiile masurate vor trebui justificate prin studii mai detaliate bazate pe un set mai mare de probe, prin analize ale acviferului si a matricei minerale completate cu modelare si diagrame.

AquaChem include un sistem de analiza statistica complet.

• Testul Mann-Kendall: test non-parametric destinat stabilirii tendintelor crescatoare si desxctrescatoare
• Regresie lineara: determina curba de regresie a concentratiei in serii temporale
• Test de semnificatie: determina valoarea pantei si intervalul de coinfidenta a concentratiilor in seriile temporale

  Statistici de insumare

• Medie, mediana, interval, minim, maxim, imprastiere, percentile, etc.
• Interval inter-cvartil: calculeaza intervalul dintre percentilelele 75 si 25.
• Intervale de comfidenta: expriuma imtevalul din jurul medianei care contine valoarea actuala a medianei
• Statistici T: calculeaza valoarea t a distributiei Student
• Procente neevidentiate: procentul valorilor sub limita de detectie
• Simetria diustributiei (Skewness): masura gradului de simetrie al unei distriubutii de valori
• Kurtosis: masura gradului de "ascutime" al unei distributii de valori

  Testul valorilor iesite (Outlier)

• Testul valorilor extreme Dixon: cautarea valorilor extreme in cazul unui numar de probe egal su mai mic 25
• Testul de discordanta: determina daca o valoare extrema este o valoare iesita din comun sau nu
• Testul Rosner: cautarea unui humar de cel mult de 10 valori iesite din comun dintr-un grup de valori egal sau mai mare de 25
• Testul Walsh: test non-parametric aplicabil seriilor de valori cu distributie ne-normala: necesita numar mare de probe (>60).

  Teste de normailitate

• Testul de interval Studentizat: compara intervalul valorilor probelor cu intervalul de imporastiere a acestora
• Testul Geary: raportul dintre imprastierea medie si imprastierea normala a valorilor
• Testul Shapiro Wilk: unul din testele cele mai puternice de normalitate recomadat de numeeroase directive EPA
• Testul Agosdino: testeaza ipoteza zero a normalitatii sau log-normnalitatii la n>50

Calcularea coeficientilor de saturatie si activitatilor

PHREEQC calculeaza coeficientii de saturatie si activitatile chimice pentru probele selectate, si apoi le salveaza automat in baza de date AquaChem.

Cu doar cateva click-uri se poate calcula cu ajutorul PHREEQC pH-ul probei selectate. Prin aceasta utilitate se poate estima valoarea unui pH lipsa sau poate fi verificat rezultatul unei anumite masuratori de pH.

Cu doar cateva click-uri se poate calcula cu ajutorul PHREEQC Eh-ul probei selectate. Cateodata este foarte dificil sa se masoare valori Eh in mod direct. In asemenea situatii PHREEQC calculeaza valoarea Eh cu ajutorul ecuatiei Nernst. Fiacare pereche redox, ex. Fe2+/Fe3+, Mn2+/Mn3+, furnizeaza valori Eh individuale valide in conditii de echilibru chimic.

In cazul in care este nevoie de modelarea mai complexa a calitatii apei, AquaChem ofera un link catre o interfata grafica PHREEQC gratuita de pe pagina web a USGS Water Resources Software. Utilizatorul poate alege intre programele USGS PHREEQC-Interactive si PHREEQC for Windows (dezvoltator: Vincent Post). In ambele cazuri probele selectate vor fi transferate de catre AquaChem in interfata grafica PHREEQC.

Este o platforma grafica de utilizator bazata pe PHREEQC-I functionand in ambianta Windows pentru programul PHREEQC. Atat PHREEQC cat si PHREEQC-I sunt programe gratuite dezvoltate de catre USGS si pot fi descarcate de pe pagina web a USGS:

http://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/GWC_coupled/phreeqc/index.html

Capabilitati grafice

Deasemenea, datele–exemplu pot fi detectate si adaugate pe diagrame cu ajutorul unor link-uri puternice. Acesta unealta simpla dar eficienta face posibila aplicarea mai multor metode de interpretare a datelor. In baza de date fiecare valoare este conectata direct la diagrame, astfel incat orice modificare de date se va oglindi automat si in diagrame.

Alte caracteristici comune:

• Axe si unitati de masura integral individualizabile
• Intregul set de fonturi Windows True Type
• Dimesiuni proportinale ale simbolurilor
• Etichetarea avansata a simbolurilor
• Reprezentarea intervalelor de eroare/incertitudine pe diagrame de puncte XY
• Reprezentarea liniilor de marcare a concentratiilor maxime admise sau a limitelor de detectie

Diagramele de puncte X-Y sunt reprezentarile cele mai simple ale datelor geochimice. Sunt grafice simplu de realizat pentru a figura relatiile dintre ioni sau alti parmateri esentiali cu ajutorul carora identificarea si intelegerea corelatiilor se realizeaza foarte usor. Se pot aplica scari lineare si logaritmice pentru axele x si y, iar fiecare component (x sau y) poate fi modificat prin inmultire cu o constanta. Exista posibiltatea reprezentarii raporturilor si sumelor pe ambele axe.

Diagramele de puncte pot reprezenta toate valorile din baza de date activa sau doar grupuri de valori selectate. Simbolurile de reprezentare a valorilor (culoarea si forma) pot fi modificate dupa plac. Valorile punctuale evidentiate pe diagrame corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Diagrama Langelier-Ludwig corespunde ariei de proiectie a diagramnelor Piper si Durov. Grupele de cationi si anioni selectate sunt figurate in procente meq. Suma anionilor apare pe axa x, cea a cationilor pe axa y, ambele axe fiind scalate intre 0-50 meq%.

Pe diagrama Langelier-Ludwig pot fi figurate toate elementele majore dar, spre deosebire de diagramele Piper si Durov, se folosesc raporturi relative in loc de valori absolute.

Diagrama Langelier-Ludwig reprezinta toate valorile din baza de date activa sau doar grupuri de valori selectate. Simbolurile de reprezentare a valorilor (culoarea si forma) pot fi modificate dupa plac.

Cu ajutorul diagramei Wilcox se poate constata rapid daca apa probata este sau nu adecvata pentru irigare. Diagrama figureaza parametrul „pericol de Na” (Sodium Hazard, SAR) (axa Y) in functie de conductivitatea electrica (Salinity Hazard) (axa X) a probelor. Conductivitatea electrica apare pe o scara logaritmica prestabilita.

Campul diagramei Wilcox are urmatoarele parti componente:

Conductivitatea electrica (us/cm):

• C1: mica (0 - 249)
• C2: medie (250 - 749)
• C3: mare (750 - 2249)
• C4: foarte mare (2250 - 5000)

Valorile SAR sunt impartite in categoriile:

• S1: mica
• S2: medie
• S3: mare
• S4: foarte mare

Graficele de geotermometrie se foloseesc pentru testarea calitatii evaluarilor temperaturii rezervoarelor de ape subterane in conditiile geologice si hidrogeologice ale ariei cercetate.

Diagrama standard de covariatie a izotopilor O si H din probele de apa are figurata, linia apei meteorice. Pe axa x este reprezentata valoarea izotopului ¹⁸0, iar pe axa Y pe cea a ²H. Linia apei meteorice este data de ecuatia ²H - 8,2 + 10,8 x ¹⁸0. Probele de apa de precipitatii si majoritatea probelor de apa freatica se situeaza pe sau aproape de aceasta linie. In cazul probelor care se proiecteaza in alte sectoare ale diagramei, devierea de linia apei meteorice furnizeaza informatii importante asupra proceselor care au schimbat raportul izotopic (ex. evaporarea, amestecul cu apa marina, etc.).

Vizualizeaza stastisticile sintetice ale parametrilor selectati din baza de date. Diagrama consta in boxe corespunzatoare intervalului intercuantil si prelungirea acestora sub forma de „mustati” corespunzatoare intervalului intreg de valori aranjate intr-o succesiunea temporala.

Vizualizeaza stastisticile sintetice ale parametrilor selectati din baza de date corespunzatoare masuratorilor efectuate in acelasi loc de probare. Se pot figura urmatoarele analize statistice:

• Valori minime masurate
• Q1: primul cvartil (percentilul 25): 25% din valori sa gasesc sub aceasta valoare
• Q2: al doilea cvartil (mediana): 50% din valori se gasesc sub aceasta valoare
• Q3: al treilea cvartil (percentilul 75): 25% din valori se gasesc deasupra aceastei valori
• Valori maxime masurate

Vizualizeaza stastisticile sintetice ale parametrilor selectati din baza de date corespunzatoare masuratorilor efectuate in diverse locuri de probare. Se pot figura urmatoarele analize statistice

• Valori minime masurate
• Q1: primul cvartil (percentilul 25): 25% din valori sa gasesc sub aceasta valoare
• Q2: al doilea cvartil (mediana): 50% din valori se gasesc sub aceasta valoare
• Q3: al treilea cvartil (percentilul 75): 25% din valori se gasesc deasupra aceastei valori
• Valori maxime masurate

Cea mai frecventa aplicare a histogramelor de frecventa se refera la analiza distributei populatiei de valaori in cadrul unor intervale definite. Un mare numar de adte poiate fi reprezentat fara ca diagram sa se aglomereze. Frecventa de distributie a valorilor in intervalelel date poate fi exprimata ca numar sau ca procent de valori.

Histograma de frecventa poate figura toate probele din baza de date selectata sau doar grupuri de valori din aceasta. Intervalele se aleg intr-un numar de 10 sau mai mare, iar probele individuale din cadrul intervalelor stabilite se identifica in functie de valoarea lor pe axa x. Valorile punctuale evidentiate pe histograme corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in
toate celelalte diagrame.

Diagrama cuantilelor identifica valorile ierarchizate, de la minim la maxim, prin apartenenta lor la domeniile definite de liniile corespunzatoare valorilor Q25, medianei si Q75. Cuantilelel se folosesec la stabilirea faptului daca doua date provin din populatii cu distributie identica sau nu. Pe o asemenea diagrama punctele reprezinta cuantilele datelor. Daca panta liniei rezultate este aproape de 1, atunci se verifica ipoteza distributiei identice.

Aceasta diaagrama se foloseste la evidentierea proportiei relative a probelor care depasesc anumite valori-limita prestabilite, cum ar fi cele de calitatea apei. Diagrama construieste cate o coloana sintetica pentru fiecare valoare-limita.

Diagrama Piper prezinta procentul meq a principalilor ioni – anioni si cationi – in doua triunghiuri de baza.  Toti anionii si toti cationii se insumeza la 100%, iar punctele de proiectie ale valorilor din cele 2 diagrame triunghiulare se priecteaza pe o retea vecina. Se pot citi interconexiuni si informatii utile pentru un numar mare de probe. Principalul scop al diagramelor Piper este figurarea grupelor de date si identificarea probelor cu compozitii identice sau asemanatoare.

Pe o diagrama Piper se pot reprezenta toate probele bazei de date activate sau grupuri de probe dupa preferinta. Simbolurile (culoarea si forma) pentru probe pot fi modificate dupa plac. Exista si alte optiuni, cum ar fi includerea unor constante de inmultire a valorilor masurate pentru evitarea aglomerarii punctelor in apropierea liniei de baza. Valorile evidentiate pe diagrame corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Diagrama Durov este o varianta a diagramei Piper, care reprezinta procentul meq a principalilor ioni – anioni si cationi – in doua triunghiuri de baza. Toti anionii si cationii se insumeza la 100%, iar punctele de proiectie ale valorilor din cele 2 diagrame triunghiulare se priecteaza pe o retea patrata cu laturile perpendiculare pe cea de a 3-a axa a triunghiurior. Citirea diahramei permite obtinerea informatii utile pentru un numar mare de probe. Principalul scop al diagramelor Durov este figurarea grupelor de date si identificarea probelor cu compozitii identice sau asemanatoare.

Pe o diagrama Durov se pot reprezenta toate probele bazei de date activate sau grupuri de probe dupa preferinta. Simbolurile (culoarea si forma) pentru probe
pot fi modificate dupa plac. Exista si alte optiuni, cum ar fi includerea unor constante de inmultire a valorilor masurate pentru evitarea aglomerarii punctelor in apropierea liniei de baza. Valorile evidentiate pe diagrame corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Diagramele ternare sunt utile deasemenea pentru determinarea relatiilor dintre grupe de probe si identificarea tendintelor de variatie. Intrucat foloseste un numar mai mic de parametri si nu proiecteaza datele pe retea, interepretarea lor este mai greoaie decat a diagramelor Piper si Durov. Ionii sunt reprezentati prin procente de concentratie, dar pot fi folosite si alte unitati de masura decat meq%.

Pe diagramele ternare se pot reprezenta toate probele bazei de date activate sau grupuri de probe dupa preferinta. Simbolurile (culoarea si forma) pentru probe pot fi modificate dupa plac. Exista si alte optiuni, cum ar fi includerea unor constante de inmultire a valorilor masurate pentru evitarea aglomerarii punctelor in apropierea liniei de baza. Valorile evidentiate pe diagrame corespund valorilor
evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Diagramele semilogaritmice au fost concepute pentru reprezentarea concentratiilor masurate in meq/l ale principalilor ioni simultan cu diferitele tipuri hidrochimice de ape. Avantajul, in comparatie cu diagramele tternare, este ca sunt reproduse concentratii reale in valoare absoluta.

Pe diagramele Schoeller se pot reprezenta toate probele bazei de date activate sau grupuri de probe dupa preferinta. Pe axa X se pot reprezenta10 parametri diferiti, iar simbolurile (culoarea si forma) pentru probe pot fi modificate dupa preferinta. Punctele evidentiate pe diagrame corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Diagrama ternara Giggenbach (K, Mg, Na) este divizata in 3 campuri:

1 - ape neevoluate in lungul bazei
2 - ape partial evoluate in zona centrala si
3 - ape complet echilibrate in lungul curbeio de sus

In functie de locul de proiectie a compozitiei probelor se poate determina starea de echilibru a sistemului apa-roca pe baza concentratiilor ionilor de a K, Mg si Na.

Diagramele radiare se realizeaza pentru probe individuale si ca atare sunt utile la compararea grafica a mai multor probe pe baza concentratiioor acestora in anioni si cationi. Pe baza configuratiei  acestor diagrame se poate stabili usor care sunt probele cu compozitie identica si sunt extrem de utile cand se doreste prezentarea faciesurilor chimice ale apelor subterane pe harti.

Diagramele Stiff se construiesc pentru probe individuale si sunt utilizabile pentru compararea grafica a mai multor probe pe baza concentratiilor cationilor si anionilor selectati. Din alura diagramei Stiff se poate determina rapid care sunt probele cu aceeasi compozitie, ele fiind extrem de utile in reprezentarea probelor de apa pe harti chiar in punctele lor de probare.

Rolul diagramelor circulare este de a reprezenta raporturile cantitative dintre concentratiile ionilor principali (sau a oricaror combinatii ale acestora) selectati din probe. Similar diagramelor Stiff si radiare, cu ajutorul diagramelor circulare se pot compara raporturile cantitative dintre parametrii selectati ai mai multor probe. Culorile si modelele de fill pentru identificarea probeleor pot fi schimbate la discretia utilizatorului.

Acest tip de diagrama este idemntic cu profilul local de foraj prin reprezentarea variatiei parametrului masurat cu adancimea. Pot fi reprezentate toate probele bazei de date sau doar grupuri de probe selectate. Deasemenea, culoarea si forma simbolurilor sunt individualizabile.  Valorile evidentiate pe diagrame corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Acest tip de diagrama face posibila urmarirea variatiei in timp a parametrilor fizici si chimici pentru mai multe locuri de probare. Folosirea acestei diagrame face parte din metodologia standard de interpretare a proceselor hidrochimice si hidrogeologice ale apelor naturale.

Seria de timp poate reprezenta toate probele bazei de date sau doar grupuri de probe selectate. Simbolurile (culoarea si forma) pentru probe pot fi modificate dupa plac.Valorile evidentiate pe diagrame corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Acest tip de diagrama  face posibila urmarirea variatiei in timp a mai multor parametri fizici si chimici ai probei provenite dintr-un loc de probare dat.  Folosirea acestei diagrame face parte din metodologia standard de interpretare a proceselor hidrochimice si hidrogeologice ale apelor naturale.

Simbolurile (culoarea si forma) pentru probe pot fi modificate dupa plac. Valorile evidentiate pe diagrame corespund valorilor evidentiate in baza de date si vor apare evidentiate si in toate celelalte diagrame.

Acest grafic reprezinta dsatele statistice caracteristicile ale intervalului dat de probare sub forma unei coloane. Intervalul de timp poate fi ales sub forma de ani saz luni. Valorile insumate ale intervalului pot fi reprezentate ca minimul, maximul, cvantilele  sau imprastierea valorilor individuale.

Locatiile de probare pot fi reprezentate pe diagrame de tip X-Y. Pot fi importate harti detaliate ale localitatilor sub variate formate raster cum sunt JPG, BMP, TIF, etc. Plasarea diagramelor de calitate apei pe asemenea harti ofera posibilitati de vizualizare ilustrativa pe parcursul analizei rezultatelor analitice. Culoarea si forma simbolurilor sunt individualizabile. Deasemenea, pe harti pot fi figurate ocurentelel diverselor tipuri de ape, iar simboluriloe pot fi dimensionate si colorate in functie de concentratiile vizualizate. Locatiile de probare evidentiate desemneaza probele selectate din baza de dsate activa care sunt evidentiate in acelasi timp si in diagramele active.

Reprezentari pe harti AutoCAD DXF

Locatiile de probare pot fi reprezentate pe diagrame de tip X-Y. Pot fi importate harti detaliate in format AutoCAD DXF. Plasarea diagramelor de calitate apei pe asemenea harti ofera posibilitati de vizualizare ilustrativa pe parcursul analizei rezultatelor analitice.  Culoarea si forma simbolurilor sunt individualizabile. Deasemenea, pe harti pot fi figurate ocurentelel diverselor tipuri de ape, iar simboluriloe pot fi dimensionate si colorate in functie de concentratiile vizualizate. Locatiile de probare evidentiate desemneaza probele selectate din baza de dsate activa care sunt evidentiate in acelasi timp si in diagramele active.

Rapoartele si figurile grafice realizate cu ajutorul AquaChem  sunt imprimate de catre orice imprimanta sub Windows NT/2000/XP. Driverul de imprimanta face posibila dimensionarea obiectelor grafice in numar nelimitat astfel incat acestea sa incapa pe o singura pagina. Aceasta optiune este avantajoasa in special la compararea diagramelor  Stiff si radiare continand un numar mare de probe precum si a grupurilor de probe reprezentate pe mai multe diagrame diferite.

Diagramele pot fi imprimate pe pagioni goale sau poate fi ales un sablon preexistent in care pot fi redate si detalii de proiect. Deasemenea, pot fi inserate titlul proiectului si descrierea diagramelor. AquaChem face posibila
individualizarea paginilor si realizarea unor sabloane proprii. Diagramele pot fi
imprimate pe pagioni goale sau poate fi ales un sablon preexistent in care pot
fi redate si detalii de proiect. Deasemenea, pot fi inserate titlul proiectului si descrierea diagramelor. AquaChem face posibila individualizarea paginilor si realizarea unor sabloane proprii.