張 榮

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

龍里地區(qū)地處黔中腹地，東鄰黔東南州，西交貴陽(yáng)市，轄龍里、貴定、惠水縣、貴陽(yáng)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(qiáng)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(lái)，多元統(tǒng)計(jì)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(shí)空變化特征和識(shí)別化學(xué)組分來(lái)源的有效工具[2]。多元統(tǒng)計(jì)法通過(guò)對(duì)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(lèi)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(lèi)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(duì)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(gè)因素均與人類(lèi)活動(dòng)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(guò)R型因子分析得出地下水中的NO3-主要來(lái)源于人類(lèi)活動(dòng)。

本文以龍里地區(qū)作為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用聚類(lèi)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(duì)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(lèi)型主要為碳酸鹽巖裂隙溶洞水、基巖裂隙水、松散巖類(lèi)孔隙水3種類(lèi)型，其中溶洞水為該區(qū)主要地下水類(lèi)型。區(qū)內(nèi)發(fā)育巖溶峽谷、殘丘、峰林等地貌類(lèi)型，地形主要受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(jí)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(jī)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(duì)該區(qū)地下水環(huán)境產(chǎn)生了較大的影響。

2 實(shí)驗(yàn)與方法

2.1 樣品采集及分析測(cè)試

圖1 水樣點(diǎn)分布圖

2.2 研究方法

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

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(cuò)綜關(guān)系的變量歸納為幾個(gè)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(lèi)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Q型聚類(lèi)分析，得到聚類(lèi)分析樹(shù)狀圖(圖2)?？梢?jiàn)，當(dāng)類(lèi)間距離<15時(shí)，分類(lèi)效果較好，樣品可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3類(lèi)。

從圖2中可知，第Ⅰ類(lèi)水樣點(diǎn)主要分布于農(nóng)村散戶區(qū)，該區(qū)工業(yè)及人類(lèi)活動(dòng)較少，水質(zhì)相對(duì)較好。第Ⅱ類(lèi)水樣點(diǎn)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(jī)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(lèi)水樣點(diǎn)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(duì)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(jiàn)表1。通過(guò)原始數(shù)據(jù)計(jì)算出相關(guān)系數(shù)矩陣的貢獻(xiàn)率、特征值、累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。根據(jù)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率選取3個(gè)主要因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率為74.073%，反映了總樣本74.073%的信息量。

圖2 聚類(lèi)分析樹(shù)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(lèi)分析將區(qū)內(nèi)地下水進(jìn)行空間分類(lèi)，反映了不同地區(qū)地下水化學(xué)成分的特征。該區(qū)Ⅰ類(lèi)水樣點(diǎn)主要分布于農(nóng)村散戶區(qū)，工業(yè)及人類(lèi)活動(dòng)較少，水質(zhì)相對(duì)較好。Ⅱ類(lèi)水樣點(diǎn)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(jī)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(lèi)水樣點(diǎn)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。