寧夏吳忠市金積水源地地下水水質影響因素的多元統計分析

寧夏吳忠市金積水源地地下水水質影響因素的多元統計分析摘要：

本文通過對寧夏吳忠市金積水源地地下水水質數據的分析，探討了影響地下水水質的主要因素。基于多元統計分析方法，采用主成分分析、因子分析和聚類分析等方法，最終篩選出7個影響地下水水質的主要因素，即總硬度、氯離子、硒、硝酸鹽、氟化物、鉛和鎘元素。研究結果對于保護金積水源地地下水水質，保障社會經濟發(fā)展，提供了重要的理論依據和實踐指導。

關鍵詞：地下水水質；主成分分析；因子分析；聚類分析；金積水源地

一、引言

地下水是人類的重要的生活和生產用水源，在中國約占總水資源的30%~40%。但是隨著人口增加、工業(yè)、農業(yè)等發(fā)展，地下水污染問題日益嚴重。為了保護地下水資源和維護水生態(tài)系統的穩(wěn)定性，需要開展地下水水質研究，探索地下水水質變化的原因和機理，提出可行的保護和治理措施，保障經濟社會發(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)，為保護該地區(qū)地下水資源的安全穩(wěn)定，必須對其水質狀況進行深入的研究。本文對金積水源地地下水水質影響因素進行了研究，采用主成分分析、因子分析和聚類分析等統計方法，探究了影響地下水水質的主要因素。

二、材料和方法

2.1實驗站點和采樣

本次調查選擇金積水源地地下水較為豐富的12個采樣點，采取現場分析儀器和實驗室分析儀器相結合的方法對地下水進行現場采樣和實驗室分析。在現場采樣時選擇不同地段、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，共計采集到24個地下水樣品。每個樣品采集2L，進行現場分析參數為：溫度、PH值、電導率、溶解氧，離線檢測項目有：總硬度、氯離子、硒、硝酸鹽、氟化物、鉛和鎘元素。樣品采集后送實驗室分析。

2.2數據處理分析

對實驗室分析數據，按照《地下水水質標準》(GB/T14848—2017)建立數據表，并利用Excel軟件進行數據處理和統計分析，包括平均值、標準差、極值、偏度系數等統計指標的計算。對地下水水質影響因素進行主成分分析、因子分析和聚類分析等多元統計方法進行研究。所有數據處理均采用SPSS軟件。

三、結果和分析

3.1地下水水質的現狀

通過現場采樣和實驗室分析結果，得到如下表格。從中可以看出，各采樣點地下水總硬度、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地下水水質因素分析

3.2.1主成分分析

主成分分析是一種將原來大量指標轉化為少數幾個綜合指標的一種統計方法。經因子分析和對原始數據的對數和倒數轉換后得到主成分分析的結果，如下圖所示?？梢钥闯?，抽取4個主成分可以解釋了綜合90.74%的變異信息，其中第一個主成分可以解釋42.44%的變異信息，第二個主成分解釋了27.03%的信息；第三個主成分解釋了13.67%的信息，第四個主成分解釋了7.60%的信息。

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

3.2.2因子分析

通過因子分析，得到了六個指標的歸類情況，如下表所示。

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

3.2.3聚類分析

通過聚類分析，將12個采樣點分為3類，如下表所示。

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

四、結論

通過對吳忠市金積水源地地下水水質影響因素的多元統計分析，得到以下結論：

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的主要因素。

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

3.因子分析根據綜合考慮將6個因素劃分為6個污染指標，包括農業(yè)源污染指標、工業(yè)源污染指標、重金屬污染指標、硬水指標、化肥施用指標和水源污染指標。

4.通過聚類分析，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。

本研究結果可為保護吳忠市金積水源地地下水資源提供一定的參考，對地下水資源的開發(fā)和利用具有一定的指導意義。此外，本研究的結果也反映出了地下水水質受到多種因素的影響，包括自然因素和人類活動等多方面因素。例如，地形地貌、水文地質條件、降雨量、氣溫等自然因素會對地下水水質產生影響；而農業(yè)、工業(yè)、城市化等人類活動也會對地下水水質造成不同程度的影響。因此，為保護地下水資源，需要綜合考慮多方面因素，采取系列措施加以治理和保護。

具體而言，可采取以下措施：一是加強環(huán)境監(jiān)測和評估，及時發(fā)現并防范污染源的產生和擴散；二是加強水資源管理和保護，包括加強水資源規(guī)劃、管理和監(jiān)管力度，限制和防止過度開采地下水資源；三是加強科學技術支持和研發(fā)，探索可持續(xù)發(fā)展的地下水資源利用模式和技術，在提高水資源利用效率的同時，減少水資源的損耗和污染。

總之，本研究的結果為保護吳忠市金積水源地地下水資源提供了科學的依據和指導，對于推進地下水管理和保護，促進可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義和價值。同時，也需要繼續(xù)開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保護地下水資源。例如，可以通過建立污染物排放標準、加強工業(yè)企業(yè)排放管控、推廣清潔生產技術、發(fā)展循環(huán)經濟等手段來減輕地下水資源的污染和負荷。同時，也可以通過建立水資源補償機制、加強生態(tài)修復和保護、發(fā)展水資源替代技術等途徑來緩解地下水資源的短缺和壓力。

需要注意的是，在治理和保護地下水資源的過程中，需要重視社會參與和合作。政府、企業(yè)、科研機構、民間組織、居民等各方應該加強溝通與協調，形成合力共同推動地下水治理和保護工作。此外，還應該加強公眾的環(huán)保意識和水資源節(jié)約意識，提高人們對于資源的珍惜和對環(huán)境的尊重，從而實現地下水資源的可持續(xù)利用和保護。

綜上所述，保護地下水資源是一項長期且緊迫的任務。需要采取綜合性的措施和策略，在加強監(jiān)測和管理、促進科技創(chuàng)新、強化法律法規(guī)建設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，并為人類的健康、經濟和社會發(fā)展做出積極的貢獻。此外，在保護地下水資源的過程中，也需要特別關注一些重點區(qū)域和重點問題。例如，地下水超采區(qū)是地下水資源面臨的一個突出問題。這些區(qū)域的地下水資源已經被過度開采，導致地下水位下降、水質下降、地面沉降等問題。對于這些地區(qū)，需要采取控制開采量、加強水資源補給和保護、推動水權管理等措施來解決問題，以保障地下水資源的可持續(xù)利用。

另外，農業(yè)產生的污染也是地下水資源面臨的重要問題。農業(yè)生產中的農藥、化肥、獸藥等化學物質，容易滲入地下水中導致水質問題。為了解決這個問題，可以采取加強農藥使用管理、推廣有機農業(yè)、優(yōu)化農業(yè)種植結構等措施，減輕農業(yè)對地下水資源的壓力。

總之，保護地下水資源是全社會共同努力的重要任務，需要各方面的共同參與和合作。在應對地下水資源面臨的問題和挑戰(zhàn)的過程中，需要依據不同地區(qū)和不同情況制定相應的措施和策略，采取多種手段和方法來解決問題并促進地下水資源的可持續(xù)利用。只有通過全面、協調、可持續(xù)的方式，才能保護好地下水資源，為實現可持續(xù)發(fā)展目標做出積極的貢獻。此外，還應該加強公眾教育和意識提高，讓公眾了解地下水資源的重要性、保護地下水資源的措施和方法，以及自己如何可以為保護地下水資源做出貢獻。政府、媒體、學校、社會團體等各方面可以共同開展宣傳教育活動，提高公眾對地下水資源保護的意識和行動。

同時，要加強監(jiān)管和執(zhí)法，建立健全的地下水資源保護監(jiān)管和執(zhí)法機制，加大對地下水資源非法開采、污染和浪費行為的查處力度。為了有效監(jiān)控和保護地下水資源，也需要建立先進的監(jiān)測技術和設施，實時掌握地下水資源的狀況和變化，發(fā)現問題及時采取應對措施。

此外，在地下水資源保護方面，國家間還需要加強合作。地下水污染和