基于SPSS的龍里地區(qū)巖溶地下水影響因素分析

張 榮

(貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽 550025)

龍里地區(qū)地處黔中腹地，東鄰黔東南州，西交貴陽市，轄龍里、貴定、惠水縣、貴陽市、都勻市3縣2市，總面積約2 397 km2。區(qū)內(nèi)出露地層主要有二疊系、三疊系、泥盆系等，巖性以碳酸鹽巖為主。區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育強烈，巖溶峽谷深切，峽谷兩岸發(fā)育地下河、溶洞，因此地表及大氣污染物極易直接進(jìn)入地下水系統(tǒng)，造成該區(qū)地下水的污染[1]。

近年來，多元統(tǒng)計分析廣泛被應(yīng)用于水文地球化學(xué)研究，并取得較好的效果，已成為研究水化學(xué)時空變化特征和識別化學(xué)組分來源的有效工具[2]。多元統(tǒng)計法通過對大量原始數(shù)據(jù)的重要信息進(jìn)行集中提取，揭示水樣指標(biāo)之間復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，定量揭示地下水的分類和各種地下水水化學(xué)組分的形成規(guī)律，從眾多的因子指標(biāo)中歸納出影響水化學(xué)特征的主要因素。因子分析和聚類分析已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于水文地球化學(xué)研究。崔健[3]等利用因子分析等方法對渾河沖洪積扇淺層地下水的水質(zhì)影響因素進(jìn)行分析，指出影響該區(qū)域地下水水質(zhì)的4個因素均與人類活動密切相關(guān)。蔣勇軍[4]等利用因子分析確定巖溶流域水質(zhì)的影響因子。張偉敬[5]等通過R型因子分析得出地下水中的NO3-主要來源于人類活動。

本文以龍里地區(qū)作為研究對象，綜合運用聚類分析、因子分析等方法，以期揭示研究區(qū)巖溶地下水水化學(xué)組分的影響因素，對保護(hù)當(dāng)?shù)氐牡叵滤Y源起到重要作用。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省黔南州北部境內(nèi)，屬亞熱帶溫濕氣候，四季分明，降雨集中于4-9月份，區(qū)內(nèi)地下水類型主要為碳酸鹽巖裂隙溶洞水、基巖裂隙水、松散巖類孔隙水3種類型，其中溶洞水為該區(qū)主要地下水類型。區(qū)內(nèi)發(fā)育巖溶峽谷、殘丘、峰林等地貌類型，地形主要受新構(gòu)造運動控制。出露地層以碳酸鹽巖地層為主，主要巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，泥質(zhì)白云巖、白云巖，砂巖、石英砂巖。

研究區(qū)中部為貴州一級剝蝕面在黔中地區(qū)的殘留部分——龍里高山草原。沿著草原四周分布有以冶煉、化工廠、機械廠為代表的工礦業(yè)；區(qū)內(nèi)人口分布較為分散，多為依水而建的村落，產(chǎn)生的生活污水大多直接排入地表徑流中。以上因素對該區(qū)地下水環(huán)境產(chǎn)生了較大的影響。

2 實驗與方法

2.1 樣品采集及分析測試

圖1 水樣點分布圖

2.2 研究方法

聚類分析(HCA)是將相似程度較高的指標(biāo)聚合為一類，直至將所有指標(biāo)聚合完畢[6]。結(jié)果通過聚類樹狀圖表現(xiàn)出來。Q型聚類分析只是將樣品進(jìn)行分類處理，本次分析采用組間聯(lián)接方法和平方歐式距離對數(shù)據(jù)進(jìn)行Q型聚類。

因子分析(FA)是一種降維的方法，在水文地球化學(xué)研究中，R型因子分析能夠把具有錯綜關(guān)系的變量歸納為幾個公共因子，用以揭示水化學(xué)組分之間的關(guān)系[7]。本次研究基于SPSS19.0軟件。

3 結(jié)果與討論

3.1 聚類分析

利用SPSS19.0軟件，采用組間聯(lián)接方法和平方歐式距離對數(shù)據(jù)進(jìn)行Q型聚類分析，得到聚類分析樹狀圖(圖2)。可見，當(dāng)類間距離<15時，分類效果較好，樣品可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3類。

從圖2中可知，第Ⅰ類水樣點主要分布于農(nóng)村散戶區(qū)，該區(qū)工業(yè)及人類活動較少，水質(zhì)相對較好。第Ⅱ類水樣點分布于城鎮(zhèn)區(qū)，該區(qū)工礦企業(yè)較為發(fā)達(dá)，分布冶煉廠、化工廠、機械廠等工礦業(yè)，工業(yè)廢水的隨意排放現(xiàn)象較為嚴(yán)重。第Ⅲ類水樣點分布于居民生活生產(chǎn)區(qū)，區(qū)內(nèi)種植大量油菜花及水稻等農(nóng)作物，農(nóng)藥化肥的施用及生活污水的排放使該區(qū)地下水質(zhì)受到輕微污染。

3.2 因子分析

本次利用SPSS19.0軟件對該區(qū)水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，得出相關(guān)系數(shù)矩陣，見表1。通過原始數(shù)據(jù)計算出相關(guān)系數(shù)矩陣的貢獻(xiàn)率、特征值、累計方差貢獻(xiàn)率。根據(jù)累計方差貢獻(xiàn)率選取3個主要因子，累計貢獻(xiàn)率為74.073%，反映了總樣本74.073%的信息量。

圖2 聚類分析樹狀圖

表1 地下水化學(xué)成分相關(guān)系數(shù)矩陣

表2 旋轉(zhuǎn)因子荷載矩陣

4 結(jié) 論

1) 聚類分析將區(qū)內(nèi)地下水進(jìn)行空間分類，反映了不同地區(qū)地下水化學(xué)成分的特征。該區(qū)Ⅰ類水樣點主要分布于農(nóng)村散戶區(qū)，工業(yè)及人類活動較少，水質(zhì)相對較好。Ⅱ類水樣點分布于城鎮(zhèn)區(qū)，該區(qū)工礦企業(yè)較為發(fā)達(dá)，分布冶煉廠、化工廠、機械廠等工礦業(yè)，工業(yè)廢水的隨意排放現(xiàn)象較為嚴(yán)重。Ⅲ類水樣點分布于居民生活生產(chǎn)區(qū)，區(qū)內(nèi)種植大量油菜花及水稻等農(nóng)作物，農(nóng)藥化肥的施用及生活污水的排放使該區(qū)地下水質(zhì)受到輕微污染。