Evaluating threshold radial and adaptive fill secondary sampling methods for contaminated soil sampling efficienty

The purpose of the work was to compare effectiveness of common secondary sampling methods for assessing the distribution of soil pollution. The study case is based on an example of assessing the spatial distribution of soil contamination with lead in Slawkow area (Upper Silesian Industrial Region). This comparison was made in regard to both precision of the spatial estimation and minimization the cost of measuring campaign. The special attention was given to the often applied secondary sampling designs such as threshold radial (also known as adaptive cluster sampling) and adaptive fill sampling. These two methods were tested in typical municipal and suburban environment in Slawkow area. The work contains also detailed statistical and geostatistical analysis of the above-mentioned contamination, and elaboration of series of its spatial distributions using numerous alternative sampling designs. The determined sampling plans make it possible to find compromise between ecological and financial aspects. A combination of the obtained results with the legal regulations in force concerning concentrations of heavy metals in soils are the basis for reliably estimation the ecological hazard arising from the soil contamination with lead in the Slawkow area. The results of performed analyses show that better efficiency in terms of cost and precision of measuring campaign gives rather coarser preliminary sampling design followed by appropriate secondary sampling then use the one-stage very dense measuring grid.

Celem pracy było porównanie efektywności wybranych metod opróbkowania dodatkowego, wykonywanego w celu wyznaczenia rozkładu zanieczyszczenia gleby. Studium przypadku dotyczyło wyznaczania rozkładu przestrzennego zanieczyszczenia gleby ołowiem w okolicach Sławkowa (Górnośląski Okręg Przemysłowy). Głównymi kryteriami efektywności metod opróbkowania dodatkowego były oceny dokładności rozkładu przestrzennego oraz koszty kampanii pomiarowej. Szczególną uwagę zwrócono na często stosowane opróbkowanie dodatkowe metodami uzupełniania promieniowego (zwanego również adaptacyjnym opróbkowaniem klastrowym) oraz wypełniania adaptacyjnego. Te dwie metody były przetestowane w typowym miejskim i podmiejskim środowisku, na terenie Sławkowa i w jego okolicach. Praca zawiera również statystyczną i geostatystyczną analizę omawianego zanieczyszczenia gleby, określenie jego ciągłości przestrzennej, a także wyznaczenie serii rozkładów przestrzennych zanieczyszczenia gleby ołowiem z wykorzystaniu wyżej wymienionych metod opróbkowania dodatkowego. Wyznaczone sieci pomiarowe pozwoliły na znalezienie kompromisu pomiędzy aspektem ekologicznym a finansowym. Rezultaty analizy statystycznej i geostatystycznej wraz z obowiązującymi uregulowaniami prawnymi dotyczącymi zawartości metali ciężkich w glebie są podstawą do rzetelnego określenia potencjalnego ryzyka ekologicznego wynikającego z zanieczyszczenia gleb ołowiem w okolicach Sławkowa. Rezultaty wykonanych analiz pokazują, że lepszą skuteczność określaną kosztem i precyzją kampanii pomiarowej daje rzadsze opróbkowanie wstępne uzupełnione odpowiednim opróbowaniem dodatkowym niż jednoetapowa kampania pomiarowa z gęstą siecią pomiarową.