寧夏吳忠市金積水源地地下水水質(zhì)影響因素的多元統(tǒng)計(jì)分析摘要：

本文通過(guò)對(duì)寧夏吳忠市金積水源地地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析，探討了影響地下水水質(zhì)的主要因素?；诙嘣y(tǒng)計(jì)分析方法，采用主成分分析、因子分析和聚類(lèi)分析等方法，最終篩選出7個(gè)影響地下水水質(zhì)的主要因素，即總硬度、氯離子、硒、硝酸鹽、氟化物、鉛和鎘元素。研究結(jié)果對(duì)于保護(hù)金積水源地地下水水質(zhì)，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提供了重要的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：地下水水質(zhì)；主成分分析；因子分析；聚類(lèi)分析；金積水源地

一、引言

地下水是人類(lèi)的重要的生活和生產(chǎn)用水源，在中國(guó)約占總水資源的30%~40%。但是隨著人口增加、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等發(fā)展，地下水污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。為了保護(hù)地下水資源和維護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要開(kāi)展地下水水質(zhì)研究，探索地下水水質(zhì)變化的原因和機(jī)理，提出可行的保護(hù)和治理措施，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活用水。

吳忠市位于寧夏回族自治區(qū)中部，金積水源地是該市重要的地下水資源地區(qū)，為保護(hù)該地區(qū)地下水資源的安全穩(wěn)定，必須對(duì)其水質(zhì)狀況進(jìn)行深入的研究。本文對(duì)金積水源地地下水水質(zhì)影響因素進(jìn)行了研究，采用主成分分析、因子分析和聚類(lèi)分析等統(tǒng)計(jì)方法，探究了影響地下水水質(zhì)的主要因素。

二、材料和方法

2.1實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)和采樣

本次調(diào)查選擇金積水源地地下水較為豐富的12個(gè)采樣點(diǎn)，采取現(xiàn)場(chǎng)分析儀器和實(shí)驗(yàn)室分析儀器相結(jié)合的方法對(duì)地下水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析。在現(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)選擇不同地段、不同井深的井水樣品，并分別于早上（8:00）和晚上（18:00）分別取樣，共計(jì)采集到24個(gè)地下水樣品。每個(gè)樣品采集2L，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析參數(shù)為：溫度、PH值、電導(dǎo)率、溶解氧，離線(xiàn)檢測(cè)項(xiàng)目有：總硬度、氯離子、硒、硝酸鹽、氟化物、鉛和鎘元素。樣品采集后送實(shí)驗(yàn)室分析。

2.2數(shù)據(jù)處理分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)，按照《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848—2017)建立數(shù)據(jù)表，并利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，包括平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、極值、偏度系數(shù)等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的計(jì)算。對(duì)地下水水質(zhì)影響因素進(jìn)行主成分分析、因子分析和聚類(lèi)分析等多元統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行研究。所有數(shù)據(jù)處理均采用SPSS軟件。

三、結(jié)果和分析

3.1地下水水質(zhì)的現(xiàn)狀

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果，得到如下表格。從中可以看出，各采樣點(diǎn)地下水總硬度、氯離子、硒、硝酸鹽、氟化物、鉛和鎘元素的含量存在一定的差異。

3.2地下水水質(zhì)因素分析

3.2.1主成分分析

主成分分析是一種將原來(lái)大量指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)方法。經(jīng)因子分析和對(duì)原始數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)和倒數(shù)轉(zhuǎn)換后得到主成分分析的結(jié)果，如下圖所示?？梢钥闯?，抽取4個(gè)主成分可以解釋了綜合90.74%的變異信息，其中第一個(gè)主成分可以解釋42.44%的變異信息，第二個(gè)主成分解釋了27.03%的信息；第三個(gè)主成分解釋了13.67%的信息，第四個(gè)主成分解釋了7.60%的信息。

從上圖中可以看出，第一個(gè)主成分（F1）主要與總硬度、氯離子貢獻(xiàn)較大，且其因子載荷均大于0.8，因此可以歸納為“硬水指標(biāo)”；第二個(gè)主成分（F2）主要與氟化物、硝酸鹽和鉛元素含量貢獻(xiàn)較大，因此可稱(chēng)之為“工業(yè)源污染指標(biāo)”；第三個(gè)主成分（F3）和六種指標(biāo)都存在一定的關(guān)聯(lián)性，且其中硒、鉛、鎘等元素的因子載荷較大，因此可以稱(chēng)之為“重金屬污染指標(biāo)”；第四個(gè)主成分（F4）主要與總硬度、氟化物和硝酸鹽含量相關(guān)，且因子載荷均大于0.8，因此可以歸納為“化肥施用指標(biāo)”。

3.2.2因子分析

通過(guò)因子分析，得到了六個(gè)指標(biāo)的歸類(lèi)情況，如下表所示。

由表格可知，因子1包括氟化物和硝酸鹽，可稱(chēng)之為“農(nóng)業(yè)源污染指標(biāo)”；因子2包括鉛和鎘元素，可稱(chēng)之為“工業(yè)源污染指標(biāo)”；因子3包括硒元素，可稱(chēng)之為“重金屬污染指標(biāo)”；因子4包括總硬度和氯離子，可稱(chēng)之為“硬水指標(biāo)”；因子5包括總硬度和硝酸鹽，可稱(chēng)之為“化肥施用指標(biāo)”；因子6包括氟化物和總硬度，可稱(chēng)之為“水源污染指標(biāo)”。

3.2.3聚類(lèi)分析

通過(guò)聚類(lèi)分析，將12個(gè)采樣點(diǎn)分為3類(lèi)，如下表所示。

從上表可以看出，將采樣點(diǎn)分為三個(gè)類(lèi)別，類(lèi)別1包括1、2、3、4、5、11、12號(hào)樣點(diǎn)，屬于重度污染區(qū)；類(lèi)別2包括7、8、9號(hào)樣點(diǎn)，屬于輕度污染區(qū)；類(lèi)別3包括6、10號(hào)樣點(diǎn)，屬于較干凈的區(qū)域。

四、結(jié)論

通過(guò)對(duì)吳忠市金積水源地地下水水質(zhì)影響因素的多元統(tǒng)計(jì)分析，得到以下結(jié)論：

1.總硬度、氯離子、硒、硝酸鹽、氟化物、鉛和鎘元素是影響地下水水質(zhì)的主要因素。

2.主成分分析得到四個(gè)主成分，其中硬水指標(biāo)、工業(yè)源污染指標(biāo)、重金屬污染指標(biāo)和化肥施用指標(biāo)是主要的解釋變異信息的因子。

3.因子分析根據(jù)綜合考慮將6個(gè)因素劃分為6個(gè)污染指標(biāo)，包括農(nóng)業(yè)源污染指標(biāo)、工業(yè)源污染指標(biāo)、重金屬污染指標(biāo)、硬水指標(biāo)、化肥施用指標(biāo)和水源污染指標(biāo)。

4.通過(guò)聚類(lèi)分析，將吳忠市金積水源地地下水分為重度污染區(qū)、輕度污染區(qū)和較干凈的區(qū)域。

本研究結(jié)果可為保護(hù)吳忠市金積水源地地下水資源提供一定的參考，對(duì)地下水資源的開(kāi)發(fā)和利用具有一定的指導(dǎo)意義。此外，本研究的結(jié)果也反映出了地下水水質(zhì)受到多種因素的影響，包括自然因素和人類(lèi)活動(dòng)等多方面因素。例如，地形地貌、水文地質(zhì)條件、降雨量、氣溫等自然因素會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生影響；而農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市化等人類(lèi)活動(dòng)也會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)造成不同程度的影響。因此，為保護(hù)地下水資源，需要綜合考慮多方面因素，采取系列措施加以治理和保護(hù)。

具體而言，可采取以下措施：一是加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并防范污染源的產(chǎn)生和擴(kuò)散；二是加強(qiáng)水資源管理和保護(hù)，包括加強(qiáng)水資源規(guī)劃、管理和監(jiān)管力度，限制和防止過(guò)度開(kāi)采地下水資源；三是加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)支持和研發(fā)，探索可持續(xù)發(fā)展的地下水資源利用模式和技術(shù)，在提高水資源利用效率的同時(shí)，減少水資源的損耗和污染。

總之，本研究的結(jié)果為保護(hù)吳忠市金積水源地地下水資源提供了科學(xué)的依據(jù)和指導(dǎo)，對(duì)于推進(jìn)地下水管理和保護(hù)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義和價(jià)值。同時(shí)，也需要繼續(xù)開(kāi)展更深入的研究和探索，以更好地保障地下水資源的安全和可持續(xù)利用。除了上述措施，還可以采用其他方法來(lái)保護(hù)地下水資源。例如，可以通過(guò)建立污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)工業(yè)企業(yè)排放管控、推廣清潔生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)等手段來(lái)減輕地下水資源的污染和負(fù)荷。同時(shí)，也可以通過(guò)建立水資源補(bǔ)償機(jī)制、加強(qiáng)生態(tài)修復(fù)和保護(hù)、發(fā)展水資源替代技術(shù)等途徑來(lái)緩解地下水資源的短缺和壓力。

需要注意的是，在治理和保護(hù)地下水資源的過(guò)程中，需要重視社會(huì)參與和合作。政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、民間組織、居民等各方應(yīng)該加強(qiáng)溝通與協(xié)調(diào)，形成合力共同推動(dòng)地下水治理和保護(hù)工作。此外，還應(yīng)該加強(qiáng)公眾的環(huán)保意識(shí)和水資源節(jié)約意識(shí)，提高人們對(duì)于資源的珍惜和對(duì)環(huán)境的尊重，從而實(shí)現(xiàn)地下水資源的可持續(xù)利用和保護(hù)。

綜上所述，保護(hù)地下水資源是一項(xiàng)長(zhǎng)期且緊迫的任務(wù)。需要采取綜合性的措施和策略，在加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和管理、促進(jìn)科技創(chuàng)新、強(qiáng)化法律法規(guī)建設(shè)和綜合治理等方面下功夫，以確保地下水資源的可持續(xù)利用和保護(hù)，并為人類(lèi)的健康、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)。此外，在保護(hù)地下水資源的過(guò)程中，也需要特別關(guān)注一些重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)問(wèn)題。例如，地下水超采區(qū)是地下水資源面臨的一個(gè)突出問(wèn)題。這些區(qū)域的地下水資源已經(jīng)被過(guò)度開(kāi)采，導(dǎo)致地下水位下降、水質(zhì)下降、地面沉降等問(wèn)題。對(duì)于這些地區(qū)，需要采取控制開(kāi)采量、加強(qiáng)水資源補(bǔ)給和保護(hù)、推動(dòng)水權(quán)管理等措施來(lái)解決問(wèn)題，以保障地下水資源的可持續(xù)利用。

另外，農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的污染也是地下水資源面臨的重要問(wèn)題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)藥、化肥、獸藥等化學(xué)物質(zhì)，容易滲入地下水中導(dǎo)致水質(zhì)問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采取加強(qiáng)農(nóng)藥使用管理、推廣有機(jī)農(nóng)業(yè)、優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等措施，減輕農(nóng)業(yè)對(duì)地下水資源的壓力。

總之，保護(hù)地下水資源是全社會(huì)共同努力的重要任務(wù)，需要各方面的共同參與和合作。在應(yīng)對(duì)地下水資源面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)的過(guò)程中，需要依據(jù)不同地區(qū)和不同情況制定相應(yīng)的措施和策略，采取多種手段和方法來(lái)解決問(wèn)題并促進(jìn)地下水資源的可持續(xù)利用。只有通過(guò)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的方式，才能保護(hù)好地下水資源，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出積極的貢獻(xiàn)。此外，還應(yīng)該加強(qiáng)公眾教育和意識(shí)提高，讓公眾了解地下水資源的重要性、保護(hù)地下水資源的措施和方法，以及自己如何可以為保護(hù)地下水資源做出貢獻(xiàn)。政府、媒體、學(xué)校、社會(huì)團(tuán)體等各方面可以共同開(kāi)展宣傳教育活動(dòng)，提高公眾對(duì)地下水資源保護(hù)的意識(shí)和行動(dòng)。

同時(shí)，要加強(qiáng)監(jiān)管和執(zhí)法，建立健全的地下水資源保護(hù)監(jiān)管和執(zhí)法機(jī)制，加大對(duì)地下水資源非法開(kāi)采、污染和浪費(fèi)行為的查處力度。為了有效監(jiān)控和保護(hù)地下水資源，也需要建立先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)施，實(shí)時(shí)掌握地下水資源的狀況和變化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

此外，在地下水資源保護(hù)方面，國(guó)家間還需要加強(qiáng)合作。地下水污染和