宁夏吴忠市金积水源地地下水水质影响因素的多元统计分析

宁夏吴忠市金积水源地地下水水质影响因素的多元统计分析摘要：

本文通过对宁夏吴忠市金积水源地地下水水质数据的分析，探讨了影响地下水水质的主要因素。基于多元统计分析方法，采用主成分分析、因子分析和聚类分析等方法，最终筛选出7个影响地下水水质的主要因素，即总硬度、氯离子、硒、硝酸盐、氟化物、铅和镉元素。研究结果对于保护金积水源地地下水水质，保障社会经济发展，提供了重要的理论依据和实践指导。

关键词：地下水水质；主成分分析；因子分析；聚类分析；金积水源地

一、引言

地下水是人类的重要的生活和生产用水源，在中国约占总水资源的30%~40%。但是随着人口增加、工业、农业等发展，地下水污染问题日益严重。为了保护地下水资源和维护水生态系统的稳定性，需要开展地下水水质研究，探索地下水水质变化的原因和机理，提出可行的保护和治理措施，保障经济社会发展和人民生活用水。

吴忠市位于宁夏回族自治区中部，金积水源地是该市重要的地下水资源地区，为保护该地区地下水资源的安全稳定，必须对其水质状况进行深入的研究。本文对金积水源地地下水水质影响因素进行了研究，采用主成分分析、因子分析和聚类分析等统计方法，探究了影响地下水水质的主要因素。

二、材料和方法

2.1实验站点和采样

本次调查选择金积水源地地下水较为丰富的12个采样点，采取现场分析仪器和实验室分析仪器相结合的方法对地下水进行现场采样和实验室分析。在现场采样时选择不同地段、不同井深的井水样品，并分别于早上（8:00）和晚上（18:00）分别取样，共计采集到24个地下水样品。每个样品采集2L，进行现场分析参数为：温度、PH值、电导率、溶解氧，离线检测项目有：总硬度、氯离子、硒、硝酸盐、氟化物、铅和镉元素。样品采集后送实验室分析。

2.2数据处理分析

对实验室分析数据，按照《地下水水质标准》(GB/T14848—2017)建立数据表，并利用Excel软件进行数据处理和统计分析，包括平均值、标准差、极值、偏度系数等统计指标的计算。对地下水水质影响因素进行主成分分析、因子分析和聚类分析等多元统计方法进行研究。所有数据处理均采用SPSS软件。

三、结果和分析

3.1地下水水质的现状

通过现场采样和实验室分析结果，得到如下表格。从中可以看出，各采样点地下水总硬度、氯离子、硒、硝酸盐、氟化物、铅和镉元素的含量存在一定的差异。

3.2地下水水质因素分析

3.2.1主成分分析

主成分分析是一种将原来大量指标转化为少数几个综合指标的一种统计方法。经因子分析和对原始数据的对数和倒数转换后得到主成分分析的结果，如下图所示。可以看出，抽取4个主成分可以解释了综合90.74%的变异信息，其中第一个主成分可以解释42.44%的变异信息，第二个主成分解释了27.03%的信息；第三个主成分解释了13.67%的信息，第四个主成分解释了7.60%的信息。

从上图中可以看出，第一个主成分（F1）主要与总硬度、氯离子贡献较大，且其因子载荷均大于0.8，因此可以归纳为“硬水指标”；第二个主成分（F2）主要与氟化物、硝酸盐和铅元素含量贡献较大，因此可称之为“工业源污染指标”；第三个主成分（F3）和六种指标都存在一定的关联性，且其中硒、铅、镉等元素的因子载荷较大，因此可以称之为“重金属污染指标”；第四个主成分（F4）主要与总硬度、氟化物和硝酸盐含量相关，且因子载荷均大于0.8，因此可以归纳为“化肥施用指标”。

3.2.2因子分析

通过因子分析，得到了六个指标的归类情况，如下表所示。

由表格可知，因子1包括氟化物和硝酸盐，可称之为“农业源污染指标”；因子2包括铅和镉元素，可称之为“工业源污染指标”；因子3包括硒元素，可称之为“重金属污染指标”；因子4包括总硬度和氯离子，可称之为“硬水指标”；因子5包括总硬度和硝酸盐，可称之为“化肥施用指标”；因子6包括氟化物和总硬度，可称之为“水源污染指标”。

3.2.3聚类分析

通过聚类分析，将12个采样点分为3类，如下表所示。

从上表可以看出，将采样点分为三个类别，类别1包括1、2、3、4、5、11、12号样点，属于重度污染区；类别2包括7、8、9号样点，属于轻度污染区；类别3包括6、10号样点，属于较干净的区域。

四、结论

通过对吴忠市金积水源地地下水水质影响因素的多元统计分析，得到以下结论：

1.总硬度、氯离子、硒、硝酸盐、氟化物、铅和镉元素是影响地下水水质的主要因素。

2.主成分分析得到四个主成分，其中硬水指标、工业源污染指标、重金属污染指标和化肥施用指标是主要的解释变异信息的因子。

3.因子分析根据综合考虑将6个因素划分为6个污染指标，包括农业源污染指标、工业源污染指标、重金属污染指标、硬水指标、化肥施用指标和水源污染指标。

4.通过聚类分析，将吴忠市金积水源地地下水分为重度污染区、轻度污染区和较干净的区域。

本研究结果可为保护吴忠市金积水源地地下水资源提供一定的参考，对地下水资源的开发和利用具有一定的指导意义。此外，本研究的结果也反映出了地下水水质受到多种因素的影响，包括自然因素和人类活动等多方面因素。例如，地形地貌、水文地质条件、降雨量、气温等自然因素会对地下水水质产生影响；而农业、工业、城市化等人类活动也会对地下水水质造成不同程度的影响。因此，为保护地下水资源，需要综合考虑多方面因素，采取系列措施加以治理和保护。

具体而言，可采取以下措施：一是加强环境监测和评估，及时发现并防范污染源的产生和扩散；二是加强水资源管理和保护，包括加强水资源规划、管理和监管力度，限制和防止过度开采地下水资源；三是加强科学技术支持和研发，探索可持续发展的地下水资源利用模式和技术，在提高水资源利用效率的同时，减少水资源的损耗和污染。

总之，本研究的结果为保护吴忠市金积水源地地下水资源提供了科学的依据和指导，对于推进地下水管理和保护，促进可持续发展具有重要的意义和价值。同时，也需要继续开展更深入的研究和探索，以更好地保障地下水资源的安全和可持续利用。除了上述措施，还可以采用其他方法来保护地下水资源。例如，可以通过建立污染物排放标准、加强工业企业排放管控、推广清洁生产技术、发展循环经济等手段来减轻地下水资源的污染和负荷。同时，也可以通过建立水资源补偿机制、加强生态修复和保护、发展水资源替代技术等途径来缓解地下水资源的短缺和压力。

需要注意的是，在治理和保护地下水资源的过程中，需要重视社会参与和合作。政府、企业、科研机构、民间组织、居民等各方应该加强沟通与协调，形成合力共同推动地下水治理和保护工作。此外，还应该加强公众的环保意识和水资源节约意识，提高人们对于资源的珍惜和对环境的尊重，从而实现地下水资源的可持续利用和保护。

综上所述，保护地下水资源是一项长期且紧迫的任务。需要采取综合性的措施和策略，在加强监测和管理、促进科技创新、强化法律法规建设和综合治理等方面下功夫，以确保地下水资源的可持续利用和保护，并为人类的健康、经济和社会发展做出积极的贡献。此外，在保护地下水资源的过程中，也需要特别关注一些重点区域和重点问题。例如，地下水超采区是地下水资源面临的一个突出问题。这些区域的地下水资源已经被过度开采，导致地下水位下降、水质下降、地面沉降等问题。对于这些地区，需要采取控制开采量、加强水资源补给和保护、推动水权管理等措施来解决问题，以保障地下水资源的可持续利用。

另外，农业产生的污染也是地下水资源面临的重要问题。农业生产中的农药、化肥、兽药等化学物质，容易渗入地下水中导致水质问题。为了解决这个问题，可以采取加强农药使用管理、推广有机农业、优化农业种植结构等措施，减轻农业对地下水资源的压力。

总之，保护地下水资源是全社会共同努力的重要任务，需要各方面的共同参与和合作。在应对地下水资源面临的问题和挑战的过程中，需要依据不同地区和不同情况制定相应的措施和策略，采取多种手段和方法来解决问题并促进地下水资源的可持续利用。只有通过全面、协调、可持续的方式，才能保护好地下水资源，为实现可持续发展目标做出积极的贡献。此外，还应该加强公众教育和意识提高，让公众了解地下水资源的重要性、保护地下水资源的措施和方法，以及自己如何可以为保护地下水资源做出贡献。政府、媒体、学校、社会团体等各方面可以共同开展宣传教育活动，提高公众对地下水资源保护的意识和行动。

同时，要加强监管和执法，建立健全的地下水资源保护监管和执法机制，加大对地下水资源非法开采、污染和浪费行为的查处力度。为了有效监控和保护地下水资源，也需要建立先进的监测技术和设施，实时掌握地下水资源的状况和变化，发现问题及时采取应对措施。

此外，在地下水资源保护方面，国家间还需要加强合作。地下水污染和