基于SPSS的龙里地区岩溶地下水影响因素分析

张 荣

(贵州大学 资源与环境工程学院，贵阳 550025)

龙里地区地处黔中腹地，东邻黔东南州，西交贵阳市，辖龙里、贵定、惠水县、贵阳市、都匀市3县2市，总面积约2 397 km2。区内出露地层主要有二叠系、三叠系、泥盆系等，岩性以碳酸盐岩为主。区内岩溶发育强烈，岩溶峡谷深切，峡谷两岸发育地下河、溶洞，因此地表及大气污染物极易直接进入地下水系统，造成该区地下水的污染[1]。

近年来，多元统计分析广泛被应用于水文地球化学研究，并取得较好的效果，已成为研究水化学时空变化特征和识别化学组分来源的有效工具[2]。多元统计法通过对大量原始数据的重要信息进行集中提取，揭示水样指标之间复杂的内在联系，定量揭示地下水的分类和各种地下水水化学组分的形成规律，从众多的因子指标中归纳出影响水化学特征的主要因素。因子分析和聚类分析已经被广泛地应用于水文地球化学研究。崔健[3]等利用因子分析等方法对浑河冲洪积扇浅层地下水的水质影响因素进行分析，指出影响该区域地下水水质的4个因素均与人类活动密切相关。蒋勇军[4]等利用因子分析确定岩溶流域水质的影响因子。张伟敬[5]等通过R型因子分析得出地下水中的NO3-主要来源于人类活动。

本文以龙里地区作为研究对象，综合运用聚类分析、因子分析等方法，以期揭示研究区岩溶地下水水化学组分的影响因素，对保护当地的地下水资源起到重要作用。

1 研究区概况

研究区位于贵州省黔南州北部境内，属亚热带温湿气候，四季分明，降雨集中于4-9月份，区内地下水类型主要为碳酸盐岩裂隙溶洞水、基岩裂隙水、松散岩类孔隙水3种类型，其中溶洞水为该区主要地下水类型。区内发育岩溶峡谷、残丘、峰林等地貌类型，地形主要受新构造运动控制。出露地层以碳酸盐岩地层为主，主要岩性为灰岩、白云质灰岩，泥质白云岩、白云岩，砂岩、石英砂岩。

研究区中部为贵州一级剥蚀面在黔中地区的残留部分——龙里高山草原。沿着草原四周分布有以冶炼、化工厂、机械厂为代表的工矿业；区内人口分布较为分散，多为依水而建的村落，产生的生活污水大多直接排入地表径流中。以上因素对该区地下水环境产生了较大的影响。

2 实验与方法

2.1 样品采集及分析测试

图1 水样点分布图

2.2 研究方法

聚类分析(HCA)是将相似程度较高的指标聚合为一类，直至将所有指标聚合完毕[6]。结果通过聚类树状图表现出来。Q型聚类分析只是将样品进行分类处理，本次分析采用组间联接方法和平方欧式距离对数据进行Q型聚类。

因子分析(FA)是一种降维的方法，在水文地球化学研究中，R型因子分析能够把具有错综关系的变量归纳为几个公共因子，用以揭示水化学组分之间的关系[7]。本次研究基于SPSS19.0软件。

3 结果与讨论

3.1 聚类分析

利用SPSS19.0软件，采用组间联接方法和平方欧式距离对数据进行Q型聚类分析，得到聚类分析树状图(图2)。可见，当类间距离<15时，分类效果较好，样品可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3类。

从图2中可知，第Ⅰ类水样点主要分布于农村散户区，该区工业及人类活动较少，水质相对较好。第Ⅱ类水样点分布于城镇区，该区工矿企业较为发达，分布冶炼厂、化工厂、机械厂等工矿业，工业废水的随意排放现象较为严重。第Ⅲ类水样点分布于居民生活生产区，区内种植大量油菜花及水稻等农作物，农药化肥的施用及生活污水的排放使该区地下水质受到轻微污染。

3.2 因子分析

本次利用SPSS19.0软件对该区水化学数据进行因子分析，得出相关系数矩阵，见表1。通过原始数据计算出相关系数矩阵的贡献率、特征值、累计方差贡献率。根据累计方差贡献率选取3个主要因子，累计贡献率为74.073%，反映了总样本74.073%的信息量。

图2 聚类分析树状图

表1 地下水化学成分相关系数矩阵

表2 旋转因子荷载矩阵

4 结 论

1) 聚类分析将区内地下水进行空间分类，反映了不同地区地下水化学成分的特征。该区Ⅰ类水样点主要分布于农村散户区，工业及人类活动较少，水质相对较好。Ⅱ类水样点分布于城镇区，该区工矿企业较为发达，分布冶炼厂、化工厂、机械厂等工矿业，工业废水的随意排放现象较为严重。Ⅲ类水样点分布于居民生活生产区，区内种植大量油菜花及水稻等农作物，农药化肥的施用及生活污水的排放使该区地下水质受到轻微污染。