Optimizing sampling frequency using variograms on the example of the Kis-Balaton Water Protection System
Abstract
In every case when an environmental system is monitored an optimal temporal sampling frequency must be determined, to avoid wasting environmental, financial and human resources. In course of the study the aim was to suggest an optimal sampling frequency for the Kis-Balaton Water Protection System (KBWPS). It is a mitigation wetland with the main purpose to protect the water quality of Lake Balaton (the largest shallow freshwater lake in Central Europe) by retaining its nutrient loads arriving through the River Zala. As a first step trend removal was performed on time series of the KBWPS concerning four sampling sites and three daily sampled parameters for the years 1993-2007, then using variogram analysis the optimal temporal sampling frequency was determined. Nutrient load estimation was used as a verification tool. The verified result of the variogram analysis pointed towards a three day sampling frequency for the whole KBWPS in case of total phosphorous and total nitrogen parameters. This means that the actual sampling could be rarefied if the aim of the monitoring is nutrient load estimation.
References
Buonaccorsi, J. P. (2010): Measurement error: models, methods, and applications. - Chapman & Hall/CRC, Boca Raton, FL, USA 451 p.
Clement, A. (2004): A foszforterhelés meghatározása és csökkentésének hatása sekély tavak foszforforgalmára. Ph.D. disszertáció (kézirat)
Cleveland, W. S. & Devlin, S. J. (1988): “Locally Weighted Regression: An Approach to Regression Analysis by Local Fitting,” – Journal of the American Statistical Association 83: 596–610.
Cleveland, W. S. (1979): “Robust Locally Weighted Regression and Smoothing Scatterplots,” – Journal of the American Statistical Association 74: 829–836.
Füst, A. (1997): Geostatisztika. - Eötvös Kiadó, Budapest 232 p.
Füst, A. & Geiger, J. (2010): Monitoring tervezés és értékelés geostatisztikai módszerekkel -1.: Szakértői véleményen alapuló, ún. Ihazoló mintázás geostatisztikai támogatása. – Földtani Közlöny 140(3): 303–312.
Füst, A. (2004): Short Course of Geostatistics (kézirat). - Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Informatika Tanszék, Gödöllő, 56 p.
Hatvani, I. G., Kovács, J., Barcza, M., Kovácsné, Sz. I., Jakusch, P. & Bernáth, Gy. (2011): Adatelemző módszerek alkalmazásának feltételei és lehetőségei a felszíni és felszín alatti víz védelmében. In: Bunyevácz, J., ifj. Csonka, P., Fodor, I. & Gálosi-Kovács, B. (szerk.): A fenntartható fejlődés, valamint a környezet-és természetvédelem összefüggései a Kárpát-medencében; e-könyv. MTA Pécsi Akadémiai Bizottság, Pécs. (ISBN: 978-963-7068-10-2)
Kovács, J., Hatvani, I.G., Korponai, J. & Kovácsné, Sz. I. (2010): Morlet wavelet and autocorrelation analysis of long term data series of the Kis-Balaton Water Protection System (KBWPS). – Ecological Engineering 36: 1469–1477.
Kovács, J., Korponai, J., Kovácsné, Sz.I. & Hatvani, I.G. (2012): Introducing sampling frequency estimation using variograms in water research with the example of nutrient loads in the Kis-Balaton Water Protection System (W Hungary). – Ecological Engineering 42: 237–243.
Lotz, Gy. (1988): A Kis-Balaton Vízvédelmi Rendszer. Hidrológiai Tájékoztató Október 20 – 22
Matheron, G. (1965): Les Variables Regionaliées et leur Estimation. Masson at Cie. Editeurs, Paris, 305 p.
Molnár, S. & Füst, A. (2002): Környezet-informatikai modellek I. - Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Kar, Informatika Tanszék, Gödöllő, 81 p.
Molnár, S., Füst, A., Szidarovszky, F. & Molnár, M. (2010): Környezetinformatikai modellek II. - Szent István Egyetem, Gödöllő, 191 p.
Oliver, M. A. (2010): An Overview of Geostatistics and Precision Agriculture. In: Oliver, M. A. (szerk.): Geostatistical Applications for Precision Agriculture. Springer, London, pp. 1–34.
Pintér, J. & Somlyódy L. (1986): Water quality monitoring in lakes and tributaries. – Integrated design of Hydrological Networks (Proceedings of the Budapest Symposium Hungary, 2-10. July 1986). IAHS Publ. no. 158.
Pomogyi, P. (szerk.) (1991): A Kis-Balaton Védőrendszer kémiai, biológiai, anyagforgalmi vizsgálatai, Összefoglaló jelentés az 1985-1990 közötti kutatásokról. – Nyugat-dunántúli Vízügyi Igazgatóság, Szombathely-Keszthely, 258 p.
Raisin, G. W., Mitchell, D. S. & Croome, R. L. (1997): The effectiveness of a small constructed wetland in ameliorating diffuse nutrient loadings from an Australian rural catchment. – Ecological Engineering 9(1-2): 19–35.
Tátrai, I., Matyás, K., Korponai, J., Paulovits, G. & Pomogyi, P. (2000): The role of the Kis-Balaton Water Protection System in the control of water quality of Lake Balaton. – Ecological Engineering 16: 73–78.
Van Straten, G. & Herodek, S. (1982): Estimation of algal growth parameters from vertical primary production profiles – Ecological Modelling 15(4): 287–311.
