基于SPSS的龍里地區巖溶地下水影響因素分析

張 榮

(貴州大學 資源與環境工程學院，貴陽 550025)

龍里地區地處黔中腹地，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。區內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。區內巖溶發育強烈，巖溶峽谷深切，峽谷兩岸發育地下河、溶洞，因此地表及大氣污染物極易直接進入地下水系統，造成該區地下水的污染[1]。

近年來，多元統計分析廣泛被應用于水文地球化學研究，并取得較好的效果，已成為研究水化學時空變化特征和識別化學組分來源的有效工具[2]。多元統計法通過對大量原始數據的重要信息進行集中提取，揭示水樣指標之間復雜的內在聯系，定量揭示地下水的分類和各種地下水水化學組分的形成規律，從眾多的因子指標中歸納出影響水化學特征的主要因素。因子分析和聚類分析已經被廣泛地應用于水文地球化學研究。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影響因素進行分析，指出影響該區域地下水水質的4個因素均與人類活動密切相關。蔣勇軍[4]等利用因子分析確定巖溶流域水質的影響因子。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，以期揭示研究區巖溶地下水水化學組分的影響因素，對保護當地的地下水資源起到重要作用。

1 研究區概況

研究區位于貴州省黔南州北部境內，屬亞熱帶溫濕氣候，四季分明，降雨集中于4-9月份，區內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，其中溶洞水為該區主要地下水類型。區內發育巖溶峽谷、殘丘、峰林等地貌類型，地形主要受新構造運動控制。出露地層以碳酸鹽巖地層為主，主要巖性為灰巖、白云質灰巖，泥質白云巖、白云巖，砂巖、石英砂巖。

研究區中部為貴州一級剝蝕面在黔中地區的殘留部分——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；區內人口分布較為分散，多為依水而建的村落，產生的生活污水大多直接排入地表徑流中。以上因素對該區地下水環境產生了較大的影響。

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聚合為一類，直至將所有指標聚合完畢[6]。結果通過聚類樹狀圖表現出來。Q型聚類分析只是將樣品進行分類處理，本次分析采用組間聯接方法和平方歐式距離對數據進行Q型聚類。

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

3 結果與討論

3.1 聚類分析

利用SPSS19.0軟件，采用組間聯接方法和平方歐式距離對數據進行Q型聚類分析，得到聚類分析樹狀圖(圖2)。可見，當類間距離<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村散戶區，該區工業及人類活動較少，水質相對較好。第Ⅱ類水樣點分布于城鎮區，該區工礦企業較為發達，分布冶煉廠、化工廠、機械廠等工礦業，工業廢水的隨意排放現象較為嚴重。第Ⅲ類水樣點分布于居民生活生產區，區內種植大量油菜花及水稻等農作物，農藥化肥的施用及生活污水的排放使該區地下水質受到輕微污染。

3.2 因子分析

本次利用SPSS19.0軟件對該區水化學數據進行因子分析，得出相關系數矩陣，見表1。通過原始數據計算出相關系數矩陣的貢獻率、特征值、累計方差貢獻率。根據累計方差貢獻率選取3個主要因子，累計貢獻率為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 地下水化學成分相關系數矩陣

表2 旋轉因子荷載矩陣

4 結 論

1) 聚類分析將區內地下水進行空間分類，反映了不同地區地下水化學成分的特征。該區Ⅰ類水樣點主要分布于農村散戶區，工業及人類活動較少，水質相對較好。Ⅱ類水樣點分布于城鎮區，該區工礦企業較為發達，分布冶煉廠、化工廠、機械廠等工礦業，工業廢水的隨意排放現象較為嚴重。Ⅲ類水樣點分布于居民生活生產區，區內種植大量油菜花及水稻等農作物，農藥化肥的施用及生活污水的排放使該區地下水質受到輕微污染。