閘壩調控下地下水污染驅動因子辯析

劉文龍 張蕭漢 劉琳 高如楓

摘 要：通過水文地質勘探、原位監測和樣品測試數據等手段，運動SPSS統計軟件，對大伙房水庫渾河閘壩上游東北側謨家堡水源井附近淺層地下水氮元素含量進行多元回歸分析。依據閘壩蓄水與放水情況，影響井內水位并結合研究區地下水形成環境和水文地質條件構建了三氮含量的多元回歸模型方程。該模型顯示，在渾河沿岸水源井研究區內，非標準化系數為負，離河邊距離越遠、三氮越低。說明隨著不同水源井與河邊距離不同，河岸距離與三氮值是負相關趨勢;同理通過回歸模型分析，非標準化系數為正，地下水位越低、三氮越低。說明地下水位與三氮含量的成正相關趨勢。結合地下水污染治理的新型評價方法，現象與結果也符合實際趨勢。

關鍵詞：地下水污染;SPSS;氮元素;相關性分析

沈陽地區兩大主要水系分別是渾河和遼河。流經城區分別有渾河、南運河、新開河等，沈陽市市區有水質監測數據的全國重要江河湖泊水功能區有 13 個之多。導致沈陽市區水環境質量不達標的原因，分析其造成的多方面原因，是因為水環境承載逐漸接近臨界狀態，總結水環境質量不達標的影響因素可以歸為自然條件因素和社會經濟發展因素兩種。沈陽市近些年經濟發展迅速，追逐經濟發展的同時環保意識以及配套的污染防治與治理跟不上，在有限的水環境承載能力前提下，主要河道均處在環境承載臨界狀態[1]。

SPSS （ Statistical Package for the Social Science） 是由美國SPSS公司自 20 世紀 80 年代初開發的大型統計學軟件包[2]，可以方便地規范和融合搜集到的原始數據，實施的是從簡單的描述性統計分析到復雜的時序分析等多種方法，通過數據建模的方法，返回分析得到有意義的結果，已逐漸成為當今世界上最流行、最具有權威性和最受歡迎的統計軟件之一，廣泛應用于我國的各個領域。[3]

1.研究區概況

確定研究區域為閘壩上游東北側水源井附近。根據現場條件設計四組采樣點（井），用取樣器和測繩對地下水進行取樣，監測斷面的鉆孔底泥利用土壤采集器進行取樣。研究區域位于位于渾河中下游，依靠著渾河一傍河區地下水水源地。研究區的地理經緯坐標：東經123°15′00″～123°30′00″，北緯41°42′00″～41°47′30″。研究區西臨沈大高速公路，東至鐵路線，南到渾河北岸，北到細河南岸，面積約為36km2。該研究區分布著大約60口水源井，每月總供水量150萬噸以上，是沈陽市市政的主要供水水源之一。研究區交通便利，鐵路、省級公路、沈大高速公路均通過研究區。

該研究區含水層為潛水含水層，區域受氨氮污染水位埋深約為10m左右，平均厚度約為30m左右，巖性主要為中粗砂、粗砂夾礫石，滲透系數為60-80m/d。該潛流帶的含水層地下水通過渾河入滲和地下側向徑流補給，同渾河水力聯系密不可分，以徑流排泄和人工開采為主要排泄方式。[7]

經過已有資料及數據資料，現地面高程約為35.50m。每口水源井孔深分別是1號井42.7m，2號井38.2m，3號井40.5m，4號井43.5m。研究區域內，水源井間距平均為5m左右。在沈陽市豐水期的期間，各水源井內地下水位標高分別是27.95m、23.82m、23.50m、22.03m。根據等水位線圖資料分析顯示，在豐水期期間，該渾河研究區域內，河水水位高于地下水。距離河岸越遠，水位越低呈遞減趨勢，河水補給地下水。

2.地下水污染評價

2.1樣品采集與檢測

基于地下水污染的調查，綜合分析了研究區水文地質條件、土地利用類型、污染源類型等因素后，以面上控制和局部加密為原則，以每 100 km2 為一組取 10 組樣為技術要求（ 其中地下水樣應占 90% 以上） ，進行樣品采集工作的選取條件是，具有代表性和易于操作為前提。

2.2三氮濃度時空變化規律

通過以往數據分析和檢測，距離渾河較遠的取樣井中地下水氨氮的濃度一般很低，低于氨氮的Ⅲ類水質標準。在渾河近岸地區的水源井中，氨氮的濃度在0.35～9.40mg/L之間，超過了氨氮的Ⅲ地下水類水質標準，其中，傍河觀測井的氨氮濃度最高，從研究區域整體數據測量觀察來看，渾河近岸的水源井中氨氮的濃度較高，在距離渾河較遠的取樣井中氨氮濃度一般較低。[8]

3 SPSS22.0多元線性回歸分析

本研究利用 SPSS22.0軟件的多元回歸分析功能，通過對樣品測試結果的數理統計分析。多元回歸分析是研究單個因變量（ y） 和多個自變量（ x） 之間數量變化規律，并通過一定的數學 表達式來描述這種關系，進而確定一個或幾個自變量的變化對因變量的影響程度。簡約地講，可以理解為用一種確定的函數關系去近似代替比較復雜的相關關系。

第一步導入數據，進行分析設置。

第二步觀察得到的R方和顯著性。R方是指擬合優度，代表著自變量對因變量能否解釋的最大程度。由表1，.962即說明自變量對因變量解釋程度96.2%，解釋程度較高，變量選取較為合理。R方評價標準是一般研究0.3以上可以接受，前沿研究可以放寬到0.1以上。顯著性是看系數，模型中所有變量系數的T檢驗sig值都接近或小于0.01，說明這些變量對模型的貢獻是顯著的。

第三步觀察得到的DW值和VIF值。

DW值檢驗的是自相關性，觀察德賓沃森值，1.5-2.5則可以接受，最理想狀態是2，越接近2說明變量的自相關性越不明顯，模型設計得越好。由圖1，德賓沃森值為2.313，較為接近2，說明變量自相關性較不明顯，模型設計較為合理。

VIF是檢驗共線性，需要在5以下，由表2知VIF均小于5，說明變量沒有共線性，可以使用。

第四步看殘差分布。理想狀態下殘差分布是以正態形式分布的，是一種隨機的分布。不是正態分布時可以增加變量，可能還有其他重要影響因素存在。還可能是數據較少，導致殘差值沒有呈現正態分布。

經過檢驗分析，最終能夠得到多元回歸模型方程。首先觀察表中的非標準化系數（B），數值是負數，說明該自變量與因變量是負向影響，即離河邊距離越遠、三氮越低;數值為正，說明兩者是正向影響的，也就是說地下水位越低、三氮越低。

接下來根據B值寫出方程：y=619.665+0.019×地下水位-0.62×離河邊距離

3.結論

經過檢驗分析，得到多元回歸模型方程。SPSS表中的非標準化系數（B），數值是負數，表示該自變量與因變量是負向影響，即離河邊距離越遠、三氮越低;數值為正，兩者是正向影響的，即可說明隨著地下水位越低、三氮越低。

參考文獻：

[1]聶曉林.沈陽市水資源可持續利用研究[D]. 武漢： 湖北工業大學，2012.

[2]崔健，王曉光，馬宏偉，李霄，劉強，代雅建，楊澤.沈陽市淺層地下水污染驅動因子辨析[J].地下水，2016，38（06）：22-24.

[3]侯國華. 傍河區地下水氨氮污染修復的PRB技術研究及工程有效性分析[D].中國地質大學（北京），2014.