利用GIS與數(shù)理統(tǒng)計分析晉江市淺層地下水化學(xué)特征及成因

黃耀裔，蘇建云

(泉州師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，福建 泉州 362000)

地下水作為水循環(huán)系統(tǒng)環(huán)境的一個組成部分以及淡水資源的重要來源之一，對生態(tài)、地表環(huán)境等具有維持功能，同時也是人類生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源，地下水作為應(yīng)急水源也可以在一定程度上緩解水資源供需矛盾［1］.但在開采前先調(diào)查其各種化學(xué)組分含量和特征，可有助于了解水質(zhì)情況，提高水資源可持續(xù)發(fā)展利用［2-6］.查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對地下水的研究方法通常是在對地下水化學(xué)成分定量分析基礎(chǔ)上分析其成因、機(jī)理等.近年來世界各國不同地區(qū)對地下水的大量研究成果表明對于數(shù)據(jù)采集量大的區(qū)域規(guī)律總結(jié)，數(shù)理統(tǒng)計法結(jié)合地理信息技術(shù)(GIS)是一種快速有效的手段［7-10］.數(shù)理統(tǒng)計法是以概率論為基礎(chǔ)，運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究其規(guī)律性的一種方法.而地理信息系統(tǒng)是分析、處理和挖掘海量與地理空間位置相關(guān)的數(shù)據(jù)的一種通用的技術(shù)［11］.目前，GIS廣泛應(yīng)用于水資源方面的研究，但多主要應(yīng)用于對水環(huán)境綜合評價或者系統(tǒng)開發(fā)方面的研究，應(yīng)用GIS的空間分析、地統(tǒng)計等功能對水地球化學(xué)方面的研究相對較少.在面對眾多水樣測試樣品采用，數(shù)理統(tǒng)計較其它可迅速地認(rèn)識地下水化學(xué)成分特性，結(jié)合GIS將分析結(jié)果可視化或者進(jìn)一步通過GIS的空間疊置分析、地統(tǒng)計等功能進(jìn)行二次分析其演化規(guī)律.

目前晉江市居民生活飲用水主要來源于市政自來水與地下井水，在農(nóng)村地區(qū)則主要以用戶自行打井為主，因此分析研究該區(qū)地下水的化學(xué)成分、空間分布、演變特征有助于了解地下水環(huán)境質(zhì)量及與環(huán)境間的關(guān)系.根據(jù)地下水測試數(shù)據(jù)，利用SPSS統(tǒng)計軟件對水中的物化指標(biāo)、常量離子等進(jìn)行描述統(tǒng)計、相關(guān)分析、因子分析等，統(tǒng)計分析其水地球化學(xué)成分特征及成因，再通過GIS可視化其水地球化學(xué)成分空間分布特征，進(jìn)而揭示其形成過程與作用機(jī)理.為今后該市地下水資源的綜合評價、合理開發(fā)利用，環(huán)境保護(hù)等具有重要的理論和實(shí)際意義.

1 研究區(qū)總體概況

1.1 自然地理及淺層地下水概況

晉江市(24°30'-24°54'N，118°24'-118°43'E)位于福建省泉州市的東南測，三面臨海.研究區(qū)總面積為721.7 km2.地勢西北部較高，東南部較低，由低山丘陵向臺地、平原呈階梯狀逐漸下降過渡臺地起伏和緩，頂部平坦，分布于丘陵的周圍，位于從低山丘陵向平原過渡的階梯狀地帶，平原主要分布沿海.根據(jù)氣象局資料，氣候?qū)倌蟻啛釒駶檯^(qū)，年均氣溫20～21℃，年均日照2130 h，年均降雨量911～1231mm.

境內(nèi)地下水的賦存及分布規(guī)律主要受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、氣象水文、植被土壤、人為因素等多種因素控制.根據(jù)賦存條件、含水特征及富水程度，可劃分為松散巖類空隙水、風(fēng)化帶碎屑巖類孔隙裂隙水和基巖裂縫水三大類型，主要以松散巖類孔隙水為主.松散巖類孔隙水主要包含第四系的海相砂層、沖洪積相砂層、砂礫石層孔隙水，主要賦存于具有良好存儲空間、透水性好、沉積顆粒粗大、結(jié)構(gòu)較松散的沖洪積相、海相砂層、砂礫石層中，地下水以泉的形式向溝谷排泄或以潛流形式補(bǔ)給松散巖類孔隙水;風(fēng)化帶碎屑巖類孔隙裂隙水分布在山前坡麓和波狀起伏的紅土臺地，補(bǔ)給源主要以大氣降水為主，基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給為輔;基巖裂隙水包括風(fēng)化帶孔隙、裂隙水和一般造裂隙水，近臺地和基巖接受風(fēng)化帶孔隙裂縫降水及基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，地下水徑流緩慢，水位埋藏較淺，斜交于河流向下游或海域排泄.境內(nèi)地下水主要存儲于第四系以及燕山期的侵入花崗巖中，其中淺層地下水系統(tǒng)受控于低序次支流及季節(jié)性流水沖溝的局部侵蝕基準(zhǔn)面，具就近補(bǔ)給、就近排泄的溝谷小流域短徑流特征，受降水影響較大，多為低礦化度水.研究區(qū)采樣分布圖見圖1.

1.2 社會經(jīng)濟(jì)概況

圖1 研究區(qū)采樣分布圖

晉江市屬于閩南廈漳泉經(jīng)濟(jì)區(qū)，近幾年由于發(fā)揮優(yōu)越其地理區(qū)位和僑鄉(xiāng)優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，工業(yè)較發(fā)達(dá).2012年地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)1200億，規(guī)模以上工業(yè)產(chǎn)值達(dá)2500億.據(jù)2010年的人口普查資料，晉江市目前常住人口為201.25萬，由于工業(yè)較發(fā)達(dá)，勞動密集型產(chǎn)業(yè)居多，人口密集度較大.但近幾年由于部分企業(yè)在生產(chǎn)中廢水隨意亂排使得該區(qū)淺層孔隙水和深層孔隙裂隙水受到不同程度的污染，而孔隙水和裂隙水是地下水主要的補(bǔ)給水源，給人體健康、農(nóng)業(yè)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來巨大影響.根據(jù)調(diào)查，目前晉江市地下水可以開采的量有3786.42×104m3，超采量達(dá)到1819.69×104m3，在一定程度導(dǎo)致地下水位下降，臨海地區(qū)造成海水倒灌，影響水質(zhì).目前該市人均水資源占有量為400 m3，相當(dāng)全國平均水平12%、福建省的8%，全市80%的農(nóng)灌、工業(yè)和生活用水靠外引水.按照國際標(biāo)準(zhǔn)則屬于絕對貧水區(qū).

2 采樣與測試

水樣采集主要以能夠基本了解和客觀反映該區(qū)的地下水水質(zhì)特征為原則，樣點(diǎn)的布設(shè)依據(jù)地下水污染地質(zhì)調(diào)查評價規(guī)范遍布整個研究區(qū)，并通過GPS定位空間分布(見圖1).本次共采集豐水期水樣點(diǎn)數(shù)60個，并在福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局泉州實(shí)驗(yàn)室測試，測試項目包含pH值、礦化度、總硬度、總堿度、電導(dǎo)率、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、SO42－、HCO3－、可溶性SiO2等，測試及質(zhì)控過程符合地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測試質(zhì)量管理(DZ0130-94)、地下水環(huán)境質(zhì)量要求和檢查辦法(DZG20.08-88)以及《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB5750)的要求.

3 淺層地下水化學(xué)基本特征

3.1 水化學(xué)類型

由于地下水處于流動狀態(tài)參與水文地球化學(xué)循環(huán).地下水系統(tǒng)中含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、SO42－、HCO3－等大組分離子含量多寡及組成可反映不同地下水水質(zhì)特征.地下水派帕(Piper)三線圖分類能把水質(zhì)分析點(diǎn)繪制于圖上，再根據(jù)分布情況劃分水質(zhì)類型及判斷水的混合用，可反映地下水大量組分離子的綜合信息［12］.據(jù)RockWare Aq.QA軟件繪制的Piper三線圖(見圖2)得出:Na++K+占陽離子總量的40% ～90%，Ca2+占20% ～60%，Cl－占陰離子總量的20% ～90%，HCO3－占20% ～90%;SO42－占20% ～40%，表明該區(qū)水化學(xué)類型較為復(fù)雜，有HCO3－－K++Na+、HCO3－－ Ca2+、Cl－·HCO3－－K++Na+·Ca2+、Cl－－ K++Na+·Ca2+、Cl－－ Na+、HCO3－·Cl－－Na+、等，主要以 Cl－·HCO3－－K++Na+·Ca2+型為主［13］.

3.2 水化學(xué)成分統(tǒng)計分析

對境內(nèi)水化學(xué)成分描述性統(tǒng)計特征值分析(見表1)，陽離子含量:Na++K+＞Ca2+＞Mg2+;主要以Na++K+和 Ca2+為主;陰離子含量:Cl－＞HCO－＞SO2－34＞SiO2，主要以 HCO3-和Cl－為主，陰陽離子含量隨著礦化度的增減而隨之增減.pH值、可溶性SiO2這幾項指標(biāo)變異系數(shù)相對較小，說明這些指標(biāo)在淺層地下水中的處于相對穩(wěn)定狀態(tài).從整體上來看淺層地下水礦化度、總硬度、總堿度、電導(dǎo)率、Na++K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、SO42－、HCO3－的變異系數(shù)較大，也就是淺層地下水的離子濃度在空間上變化較大，其中礦化度、Na++K+、Ca2+、Cl－、SO42－絕對含量較大，是隨環(huán)境因素變化的敏感因子.

圖2 研究區(qū)淺層地下水piper圖

3.3 水化學(xué)成分空間分布特征

借鑒GIS技術(shù)的數(shù)字地面模型(DTM)算法思想，利用GIS繪制出各水化學(xué)成分指標(biāo)的等值線圖，具體方法［14］:通過MapGIS系統(tǒng)的數(shù)字地形分析模塊，通過離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，以化學(xué)指標(biāo)作為Z值生成Grid網(wǎng)格模型(網(wǎng)格內(nèi)插方法采用距離冪函數(shù)反比加權(quán)網(wǎng)格化算法)，在Grid網(wǎng)格基礎(chǔ)上按照指標(biāo)范圍區(qū)間的(Max-Min)/10為等值間距繪制出相應(yīng)等值線圖.

依數(shù)理統(tǒng)計的描述性統(tǒng)計、部分《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［15］Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù))結(jié)合水化學(xué)成分等值線圖分析含量空間分布特征，特征大致分成三大類.受篇幅限制，論文只給出礦化度、pH值和SiO2三種水化學(xué)因子等值圖(見圖3—圖5)，其余通過文字描述，不逐一列出.

(1)根據(jù)礦化度、總硬度、電導(dǎo)率、Cl－、SO42-、Na++K+、Ca 2+、Mg2+這幾個指標(biāo)等值線圖，發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)空間分布特征相似.區(qū)內(nèi)礦化度含量范6.50-1729.00mg/L，均值362.44mg/L，小于Ⅲ類水質(zhì)占總的97%，整體上處于低礦化度水平.總硬度含量范圍 18.00-469.00mg/L，均值 125.22mg/L，小于Ⅲ類水質(zhì).電導(dǎo)率值的含量范圍為119.07-2383.80μm ho/cm，均值500.12μmho/cm.鈉鉀離子值的含量范圍為 9.22-435.00mg/L，均值 72.41mg/L.鈣離子值的含量范圍為 4.09-141.00mg/L，均值34.44mg/L.鎂離子值的含量范圍為 0.00-44.65mg/L，均值9.85mg/L.硫酸根離子值的含量范圍1.00-256.00mg/L 之間，均值 33.13mg/L.氯離子值的含量范圍為 9.67-651.00mg/L，均值 95.43mg/L.根據(jù)等值線分布規(guī)特征圖，這些指標(biāo)含量較大的主要區(qū)域位于磁灶鎮(zhèn)、陳埭鎮(zhèn)——池店鎮(zhèn)環(huán)泉州灣、安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)交界與南安市，其中安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)交界于南安市區(qū)域變化幅度大，其余區(qū)域變化幅度不明顯.

圖3 研究區(qū)TDS值等值線圖

圖4 研究區(qū)pH值等值線圖

圖5 研究區(qū)可溶性SiO2值等值線圖

(2)根據(jù)pH值、HCO3－等值線特征圖，空間分布特征相似:區(qū)內(nèi)pH值的范圍為4.05-7.46，均值為6.55.全區(qū)大部分區(qū)域pH值范圍均在6.0以上，整體變化幅度不明顯;碳酸氫根離子值的含量范圍為3.11～286.00mg/L，均值94.01mg/L.根據(jù)特征圖，含量較大主要分布于磁灶鎮(zhèn)、內(nèi)坑鎮(zhèn)交界;安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)鄰近南安市;永和鎮(zhèn)與龍湖鎮(zhèn)交界;陳埭鎮(zhèn)——池店鎮(zhèn)環(huán)泉州灣一帶.

表1 研究區(qū)離子含量特征統(tǒng)計表

(3)可溶性SiO2:區(qū)內(nèi)水中可溶性SiO2值的含量范圍為6.00-56.00mg/L，均值26.91mg/L.根據(jù)可溶性SiO2等值線分布特征圖，區(qū)內(nèi)可溶性SiO2含量較大主要分布于安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)鄰近南安市沿著圍頭灣連接到英林鎮(zhèn)、金井鎮(zhèn)至圍頭半島環(huán)圍頭灣;龍湖鎮(zhèn)的龍湖湖泊一帶以及靠近深滬灣一帶;磁灶鎮(zhèn)、內(nèi)坑鎮(zhèn)交界;陳埭鎮(zhèn)——池店鎮(zhèn)環(huán)泉州灣一帶，整體變化幅度較大.

3.4 水化學(xué)成分相關(guān)性關(guān)系

相關(guān)性分析是研究變量間是否存在依存關(guān)系、性質(zhì)、程度的一種統(tǒng)計手法，用于揭示各指標(biāo)間的相似相異性及來源的一致性和差異性，指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系顯著，說明具有相同的來源方式或者相似的形成機(jī)制.由表2 可知，礦化度與總硬度、總堿度、電導(dǎo)率、Na++K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－、SO42－在 0.01 水平下均顯示出極顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)均通過顯著性雙尾檢驗(yàn))，而與pH值、可溶性SiO2不存在相關(guān)關(guān)系，其中礦化度與電導(dǎo)率的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.97;礦化度與總堿度的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.58;礦化度與陽離子相關(guān)系數(shù)大小依次為:Na++K+(0.95)＞Mg2+(0.81)＞Ca2+(0.76);礦化度與陰離子相關(guān)系數(shù)大小依次為:Cl－(0.92)＞SO42－(0.89)＞ HCO3－(0.58)，說明礦化度與這些離子均存在高度顯著性相關(guān)，從元素含量等值線空間分布特征圖也可反映出了礦化度與電導(dǎo)率Cl－、SO42－、HCO3－、Na++K+、Ca2+、Mg2+的變化規(guī)律相似.此外Na++K+與Cl－到0.95的極顯著相關(guān);SO42－與Cl－達(dá)到0.84的極顯著相關(guān)，根據(jù)描述性統(tǒng)計，Cl－SO42－變異系數(shù)均較大，而大氣降水是區(qū)內(nèi)淺層地下水的主要補(bǔ)給來源之一，區(qū)內(nèi)酸雨類型主要為硫酸型的，降雨中SO42-濃度大于其他離子;總硬度與Ca2+達(dá)到0.92的極顯著相關(guān)，與Mg2+達(dá)到0.79的極顯著相關(guān)，而硬度通常是以Ca2+和Mg2+的綜合來測定的;總堿度與HCO3－達(dá)到0.96的極顯著相關(guān)，在大多數(shù)情況下，pH值處于6～8時，總堿度量是由HCO3－貢獻(xiàn)的.表明應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的相關(guān)性分析水化學(xué)之間的來源方式和相似的形成機(jī)制是一種有效的手段.

4 淺層地下水化學(xué)成因分析

文獻(xiàn)［16］從地球化學(xué)角度認(rèn)為影響地下水化學(xué)成因的因素主要為:與原子、分子、離子等化學(xué)內(nèi)部性質(zhì)表現(xiàn)有關(guān)的因素以及與外部介質(zhì)影響有關(guān)的因素.另一方面從水文地質(zhì)角度認(rèn)為按作用性質(zhì)劃分地下水成分形成因素的方法較合理.根據(jù)以上學(xué)者的觀點(diǎn)，影響地下水化學(xué)成分形成的基本因素可分為:自然地理因素(地形、水系、氣候、風(fēng)化、土壤覆蓋層性質(zhì)、植被等);地質(zhì)因素(構(gòu)造、地貌等);水文地質(zhì)因素;物理化學(xué)因素;物理因素(溫度、壓力等);生物因素(微生物等);人為因素(地表污水排放、地下水開采等).由于水文地球化學(xué)本身就是一個復(fù)雜的綜合體，各種因素相互作用，不是受單一因素就可影響左右的.但是這些因素在不同的地域環(huán)境的影響有主次，直接或間接影響.

表2 研究區(qū)淺層地下水元素相關(guān)系數(shù)(n=60)

4.1 自然影響因素

巖石中某些組分進(jìn)入水中的過程被稱為溶濾作用，研究區(qū)地層巖性為火成巖——侵入巖，成分為二長花崗巖(主要由斜長石、鈉長(NaAlSi3O8)、鉀長石(KAlSi3O8)、石英和少量角閃石、黑云母、鐵鈦氧化物等組成).區(qū)內(nèi)大氣降水為偏酸性雨，土壤為酸性土壤，大氣降水進(jìn)入土壤系統(tǒng)中可以溶解NaCl、CaSO4等易溶解物質(zhì)，還可溶解較難溶解CaSO4物質(zhì).據(jù)測試結(jié)果該區(qū)淺層地下水陽離子含量主要為Na++K+，說明該區(qū)地下水存在溶濾作用.

由于火成巖自身無吸附綜合體，但其風(fēng)化產(chǎn)物可以產(chǎn)生足夠數(shù)量的交替陽離子，這與自然地理條件和巖石風(fēng)化的階段有關(guān)，其性質(zhì)首先決定于母巖中的斜長石成分，當(dāng)斜長石中的鈉長石成分占主體，其風(fēng)化產(chǎn)物含交替的鈉.當(dāng)斜長石中的鈣長石成分占主體，其風(fēng)化產(chǎn)物含交替的鈣.說明侵入巖地下水存在陽離子交替吸附作用.

根據(jù)水中離子濃度以及該區(qū)巖土土樣分析，在溶濾、陽離子交替吸附作用下列出該區(qū)離子可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程如下:

由于不同成因或條件下形成的地下水其某些比例系數(shù)在數(shù)值上有較明顯差異，因此可用水中化學(xué)組分間含量比例也可研究某些水文地球化學(xué)問題.根據(jù)研究［5］如果地下水中的Na+和Cl－來源于巖鹽的溶解，則γNa+/γCl-(meq/L)的比值接近1，若偏離1則說明Na+同時來源于偏鋁硅酸鹽的風(fēng)化和溶解，存在陽離子交替吸附作用，從圖6可以看出，境內(nèi)γNa+/γCl－大部分處于1∶1平衡線下方，說明淺層地下水的Na+主要來源于巖鹽和硅酸鹽的風(fēng)化溶解［17，18］.淺層地下水γNa+/γCl－比值偏離1∶1平衡線主要分布于境內(nèi)金圍頭灣三角地帶，深滬鎮(zhèn)、龍湖鎮(zhèn)環(huán)深滬灣、池店鎮(zhèn)——陳埭鎮(zhèn)環(huán)泉州灣一帶，這些區(qū)域含水層巖性主要為第四系的海積層，由于海積層主要為粘土、淤泥、粉砂、細(xì)砂、淤泥質(zhì)砂、夾泥炭、含海生貝殼，存在海水入侵現(xiàn)象，故Cl－含量高于Na+，并且海積層存在交替的Na+.吳吉春等通過大量實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了海水入侵過程中陽離子交替作用的存在，從中說明該區(qū)地下水存在陽離子交替吸附作用.若地下水系統(tǒng)中的主要反應(yīng)是來自花崗巖、碳酸鹽巖等的溶解，則水中的Ca2++Mg2+/(meq/L)的散點(diǎn)應(yīng)該在1∶1平衡線附近，若發(fā)生離子交換吸附會偏離平衡線，從圖7看出研究區(qū)的+Mg2+/HCO－3+的散點(diǎn)圖部分樣點(diǎn)在1∶1平衡線附近，說明地下水系統(tǒng)中的主要反應(yīng)是花崗巖、碳酸鹽巖的溶解，而部分地區(qū)偏離平衡線，存在離子交替反應(yīng)作用明顯.存在離子交替吸附的地區(qū)主要在境內(nèi)的永和鎮(zhèn)沿東至龍湖鎮(zhèn)、深滬鎮(zhèn)環(huán)深滬灣;磁灶鎮(zhèn)與內(nèi)坑鎮(zhèn)交界;安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)鄰近南安市.

圖6 Na+與Cl－關(guān)系圖

圖7 Ca2++Mg2+與HCO3－+SO42－關(guān)系圖

4.2 人為影響因素

根據(jù)相關(guān)資料顯示，晉江市地下水出現(xiàn)超采現(xiàn)象，超采程度約為173%地下水過渡開采導(dǎo)致地下水水位下降，造成海水入侵.此外地表農(nóng)業(yè)灌溉，工業(yè)生產(chǎn)污水、生活污水的排放，由于境內(nèi)大部分地區(qū)處于第四系地層，由砂粘土、粗砂、細(xì)砂、礫卵石等組成，土層較松散，土壤孔隙度較大，因此地表水容易滲透進(jìn)入淺層地下水中.

4.3 主成分分析淺層地下水化學(xué)成因

主成分分析可將大量可能存在相互關(guān)系的變量用少數(shù)幾個變量來描述，并反映出大部分原始信息的一種多元統(tǒng)計方法［19］.在進(jìn)行水化學(xué)成分和成因分析時，可將多因子變量基礎(chǔ)上綜合成少數(shù)幾個主因子，分析指標(biāo)間的相互關(guān)系和意義，并解釋這些變量含義，賦予其水文地質(zhì)意義，再從本質(zhì)上抓住影響地下水水化學(xué)成分特征形成的主要作用與因素，研究其水文地球化學(xué)和水文地質(zhì)含義.

淺層地下水中的離子及pH值、礦化度等的分布特征是在各種水化學(xué)成分共同作用下的結(jié)果，地下水中的礦化度與 Na++K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－、SO42－、可溶性SiO2等成分在各種作用下可形成差異較大的水化學(xué)成分特征.不同的水化學(xué)作用往往會形成差異性較大的水化學(xué)分布特征，通過主成分分析可以有效的識別出影響水化學(xué)形成的主因子，其中因子方差貢獻(xiàn)率的大小可定量反映不同影響因素對各含水層水化學(xué)特征的影響程度［20］.利用SPSS軟件計算出的因子貢獻(xiàn)率、方差極大旋轉(zhuǎn)因子載荷(見表3).提取特征值大于1的因子作為主因子，荷載值大于85%以上的作為因子荷載變量，根據(jù)規(guī)則提取前3個主因子(累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)88.036%).

第一主因子Y1的方差貢獻(xiàn)率57.599%，主要由礦化度、總硬度、電導(dǎo)率、Cl－、SO42－、Na++K+、Ca2+、Mg2+組成(因子載荷大于0.7以上)，占整個水化學(xué)成因的主體，反映了火成巖——鋁硅酸鹽等巖鹽成分被溶解、陽離子交替吸附和大氣降水對水化學(xué)形成過程中的影響.其中礦化度主要包含地下水中大組分陽離子和陰離子的含量，故與此間存在關(guān)聯(lián);Ca2+、Mg2+主要來源為火成巖——鋁硅酸鹽中母巖中的斜長石成分中鈣長石巖鹽的溶解，水中Na+與Ca2+、Mg2+的交替吸附作用越大，水體的總硬度越大，Na++K+主要來源為火成巖——鋁硅酸鹽中母巖中的斜長石成分中鈉長石、鉀長石巖鹽的溶解，硅酸鹽(花崗巖)的溶解，陽離子交替吸附作用及部分海水入侵賦存與沉積巖中，火成巖——鋁硅酸鹽的風(fēng)化產(chǎn)物以及部分海水入侵(海水中Na+占陽離子總量的84%);Cl－主要來源為海水入侵后賦存于第四系松散類空隙中的海鹽水;SO42－來源為硫酸鹽礦物的沉積巖溶解、大氣降水或工業(yè)、生活污水的排放下滲.第二主因子Y2的方差貢獻(xiàn)率是21.931%，主要由pH值和HCO3－組成(因子載荷大于0.8以上)，體現(xiàn)了水質(zhì)與酸堿度之間的關(guān)系.表明了碳酸鹽礦物溶解、多種沉積巖中碳酸鹽膠結(jié)物溶解溶濾和現(xiàn)代火成巖風(fēng)化產(chǎn)物對水化學(xué)成分的影響.水中pH值與HCO3－存在相互影響是由于CO2、HCO3－、CO32－三者之間在水體中存在平衡關(guān)系，pH值決定其誰占主導(dǎo)，根據(jù)O.A.阿列金的水中pH值與碳酸衍生物各種存在形式間的比例的關(guān)系表，在弱酸性、中性和堿性水中，HCO3－離子占主導(dǎo)地位，并且HCO3－離子在低礦化度和中礦化度水中占主導(dǎo)地位.因此區(qū)內(nèi)部分地方地下水水化學(xué)類型以含有HCO3－類型為主.故Y2越大，淺層地下水的酸堿度對水質(zhì)的影響越大.

第三主因子Y3方差貢獻(xiàn)率是8.506%(因子載荷大于0.9以上)，主要由可溶性SiO2組成，可溶性SiO2主要來源于鋁硅酸鹽礦物的溶解，表明了鋁硅酸鹽礦物及高嶺土溶解對淺層地下水水化學(xué)成分的影響.硅元素作為地殼中分布最廣的元素，硅酸作為水的固定組分之一，雖然該區(qū)的巖體類型為鋁硅酸鹽，但是由于酸鹽礦物的溶解度低，因此對該區(qū)淺層地下水組成和成因的貢獻(xiàn)率不大.

通過因子載荷矩陣還可以獲得3個主成分因子模型(以pH值為例，余下類同)和因子得分方程(以Y1為例，余下類同).

表3 研究區(qū)水化學(xué)成分的方差極大旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣

因子得分方程為:Y1=－0.220pH+0.960礦化度+0.888總硬度+0.375總堿度+0.975電導(dǎo)率+0.940(Na++K+)+0.780Ca2++0.804Mg2++0.364HCO3－+0.935SO42－+0.975Cl—0.062SiO2

綜上所述，影響該區(qū)淺層地下水水化學(xué)形成的最主要因子和歸結(jié)為:主要是各種巖鹽礦物溶解為主的溶濾作用以及陽離子交替吸附作用，過度開采地下水導(dǎo)致海水入侵，其中溶濾和陽離子交替吸附作用的貢獻(xiàn)率較大，占主導(dǎo)因素;其次為是受工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活污水排放等人類活動的影響.

5 結(jié)論

(1)根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計法的描述性統(tǒng)計，晉江市淺層地下水中陽離子:Na++K+＞Ca2+＞Mg2+;以Na++K+和Ca2+這三種離子為主.陰離子含量:Cl－＞HCO3－＞SO42－＞SiO2，以 HCO3－和 Cl－為主.礦化度、Na++K+、Ca2+、Cl－、SO42－是隨環(huán)境因素變化的敏感因子.(2)根據(jù)Piper三線圖，晉江市淺層地下水水化學(xué)類型較為復(fù)雜，主要以Cl－·HCO3－—K++Na+·Ca2+型為主.(3)礦化度與總硬度、總堿度、電導(dǎo)率、Na++K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、HCO3－、SO42－存在顯著正相關(guān).(4)利用GIS繪制淺層地下三大類水化學(xué)成分指標(biāo)等值線圖表達(dá)指標(biāo)的空間分布特征.得出第一類主要位于磁灶鎮(zhèn)、陳埭鎮(zhèn)——池店鎮(zhèn)環(huán)泉州灣、安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)交界與南安市，其中安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)交界于南安市;第二類主要分布于磁灶鎮(zhèn)、內(nèi)坑鎮(zhèn)交界;安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)鄰近南安市;永和鎮(zhèn)與龍湖鎮(zhèn)交界;陳埭鎮(zhèn)——池店鎮(zhèn)環(huán)泉州灣一帶;第三類主要分布于安海鎮(zhèn)——東石鎮(zhèn)鄰近南安市沿著圍頭灣連接到英林鎮(zhèn)、金井鎮(zhèn)至圍頭半島環(huán)圍頭灣;龍湖鎮(zhèn)的龍湖湖泊一帶以及靠近深滬灣一帶;磁灶鎮(zhèn)、內(nèi)坑鎮(zhèn)交界;陳埭鎮(zhèn)——池店鎮(zhèn)環(huán)泉州灣一帶.(5)通過對淺層地下水的主成分分析，得出形成的3個主成分因子以及每個因子的主要影響水質(zhì)因子.分析得出該區(qū)淺層地下水水化學(xué)形成的主要影響因素是花崗巖中的斜長石、碳酸鹽、硅酸鹽等各種巖鹽礦物溶解為主的溶濾作用以及陽離子交替吸附作用，其中溶濾和陽離子交替吸附作用的貢獻(xiàn)率較大，過度開采地下水導(dǎo)致海水入侵;其次為是受工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活污水排放等人類活動的影響.

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