吉林市城區(qū)淺層地下水污染源識(shí)別及空間分布

劉 博，肖長(zhǎng)來*，梁秀娟，張 靜，盛紅勛

（1.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.吉林市水資源管理中心，吉林 長(zhǎng)春 132400）

吉林市城區(qū)淺層地下水污染源識(shí)別及空間分布

劉 博1，肖長(zhǎng)來1*，梁秀娟1，張 靜2，盛紅勛2

（1.吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130021；2.吉林市水資源管理中心，吉林 長(zhǎng)春 132400）

為實(shí)現(xiàn)對(duì)吉林市城區(qū)淺層地下水污染源識(shí)別與管理，共收集吉林市城區(qū)2009年50個(gè)監(jiān)測(cè)井的17項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)資料，通過因子分析法（FA）進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，提取5個(gè)公因子（F1～F5）作為影響淺層地下水水質(zhì)的主要污染因子，然后找尋其對(duì)應(yīng)污染源，同時(shí)利用因子得分繪制各污染源在吉林市城區(qū)地下水造成的污染程度及空間分布.結(jié)果表明：所選5個(gè)公因子分別代表：遷移-富集作用、含磷污染質(zhì)排放、“三氮”污染因子、有機(jī)污染因子、原生地質(zhì)環(huán)境因子，其中F1和F5又可稱為環(huán)境影響因子，F(xiàn)2～F4為人類活動(dòng)影響因子；城區(qū)內(nèi)地下水污染源為生活污水、工業(yè)廢水排放、工業(yè)廢渣堆放及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥農(nóng)藥使用；各污染因子主要分布在江北區(qū)和中心區(qū)，且污染較為嚴(yán)重，而江南區(qū)污染分布最少，且污染最輕；計(jì)算城區(qū)內(nèi)50個(gè)監(jiān)測(cè)井地下水綜合污染得分并作圖，將吉林市城區(qū)淺層地下水的綜合污染狀況及分布可視化，其中江北區(qū)和中心區(qū)淺層地下水污染最嚴(yán)重，江南區(qū)地下水水質(zhì)最好；依據(jù)F得分分布將區(qū)內(nèi)地下水劃分為3個(gè)區(qū)：禁止開采區(qū)、非飲用水區(qū)和飲用水區(qū)，為今后相關(guān)部門開發(fā)利用淺層地下水提供參考和依據(jù).

吉林市城區(qū)；因子分析；地下水水質(zhì)；污染源識(shí)別；空間分布

近年來，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，城市人口不斷增多，再加上城區(qū)附近農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)影響的共同作用，出現(xiàn)了當(dāng)今城市淺層地下水復(fù)雜的水質(zhì)環(huán)境［1-3］.從成因上看，可簡(jiǎn)單概括為原生水質(zhì)問題和人類活動(dòng)導(dǎo)致的水質(zhì)問題.人為水質(zhì)惡化反過來會(huì)在人類用水過程中給人類健康造成威脅［4］.做好地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理，識(shí)別地下水的污染源及其分布，將地下水分區(qū)，做到分水質(zhì)、分地區(qū)供水，對(duì)應(yīng)急地下水水源地建設(shè)，乃至社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生活質(zhì)量的提高以及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義.

以往的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，如常規(guī)的單因子評(píng)價(jià)法、綜合評(píng)價(jià)法、灰色聚類法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)方法等［5-7］很難找出影響地下水水質(zhì)的主要因子，它們中大部分只能對(duì)當(dāng)前的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和分級(jí)，忽略了地下水污染的空間特性，而因子分析方法（FA），不但可以提取數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)特征，從宏觀上描述水質(zhì)因子，找到與其對(duì)應(yīng)的污染源，還可以利用其因子得分將研究區(qū)各污染因子及綜合污染情況的優(yōu)劣及分布在圖中清晰直觀地表達(dá)出來，便于研究.因此很多國內(nèi)外學(xué)者采用FA方法對(duì)水環(huán)境污染進(jìn)行空間分析及污染源解析［8-9］.曹陽等［10］利用因子分析法和系統(tǒng)聚類法對(duì)水質(zhì)影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，表明因子分析法的計(jì)算結(jié)果是切實(shí)可靠的.

本次研究區(qū)選在吉林市城區(qū)，共選取50個(gè)監(jiān)測(cè)井的17項(xiàng)指標(biāo)，第一次采用因子分析法挖掘吉林市城區(qū)淺層地下水水質(zhì)污染因子，查明區(qū)內(nèi)地下水污染源分布，為城區(qū)內(nèi)居民生產(chǎn)、生活用水提供保障，也為管理者合理開發(fā)利用地下水提供依據(jù).

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

吉林市城區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)126°25′～126°40′；北緯43°46′～44°00′，城區(qū)面積128km2.區(qū)內(nèi)多年平均降水量為688.97mm，多年平均蒸發(fā)量為1432mm.流經(jīng)區(qū)內(nèi)河流有第二松花江及其支流溫德河、牤牛河，具體位置如圖1所示［11］.

研究區(qū)位于第二松花江河谷平原，含水層主要巖性為全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)及下更新統(tǒng)強(qiáng)透水的砂礫、圓礫及礫卵石層.研究區(qū)周邊低山丘陵主要由燕山期花崗巖）、上三疊系大醬缸組（T3d）的安山巖、上二疊系楊家溝組（P2y）等基巖裂隙含水層為主，因其補(bǔ)給、儲(chǔ)存條件差，富水性貧乏不作為主要供水水源.本次研究的目的含水層為位于河谷平原的松散巖類孔隙潛水，監(jiān)測(cè)井井深為5.0～25.0m，單井涌水量為100～3000m3/d.區(qū)內(nèi)潛水主要由大氣降水入滲補(bǔ)給、周邊基巖裂隙水側(cè)向補(bǔ)給和灌溉入滲補(bǔ)給為主，排泄主要由向河谷側(cè)向徑流、人工開采和潛水蒸發(fā)等組成.

圖1 研究區(qū)位置部分監(jiān)測(cè)井分布Fig.1 the location of the study area and part of monitoring wells

1.2 數(shù)據(jù)來源

表1 水化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)Table 1 The statistics of hydrochemical components

吉林市建成區(qū)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)始建于1980年，地下水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)層位在第四系孔隙潛水，每年在枯水期取樣1次（4月下旬～5月上旬）.取樣后由吉林省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心吉林分中心完成，水質(zhì)外檢分析及部分揮發(fā)性有機(jī)物由吉林大學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè)，檢驗(yàn)結(jié)果切實(shí)可靠.本文選取其中2009年吉林市城區(qū)內(nèi)50個(gè)地下水監(jiān)測(cè)井的17個(gè)指標(biāo)（Na+、Ca2+、Mg2+、總鐵（Fe）、總錳總磷（TP）、總硬度（TH）、CODMn、pH值及電導(dǎo)率，表1）進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，表征研究區(qū)的整體水質(zhì)狀況.

1.3 污染源識(shí)別

因子分析（FA）通過對(duì)變量之間關(guān)系的研究，找出能綜合原始變量的少數(shù)幾個(gè)因子，排除干擾信息，從而找出影響地下水質(zhì)的主要因子及其對(duì)應(yīng)的污染源.

1.3.1 數(shù)學(xué)模型 設(shè)原始變量的p個(gè)變量為x1，x2， …， xp，要尋找的k個(gè)因子（k＜p）為f1， f2， …， fk，因子fi和原始變量xi的關(guān)系可表示為：

式中：系數(shù)aij為第i個(gè)變量xi與第j個(gè)因子fj之間的線性相關(guān)系數(shù)，反映xi與fj之間的相關(guān)程度，也稱為載荷.由于因子fi出現(xiàn)在每個(gè)原始變量與因子的線性組合中，因此也稱為公因子.εi稱為特殊因子，代表公因子以外的因素影響，它相當(dāng)于多元線性回歸模型中的誤差項(xiàng)，實(shí)際分析時(shí)可忽略不計(jì).

1.3.2 具體步驟 1） 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化.采用公式（2）將所選取的各項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化.

式中：設(shè)x為水質(zhì)檢測(cè)值，xi是第i個(gè)監(jiān)測(cè)井x的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果，i是監(jiān)測(cè)井編號(hào)，xm是xi的平均值，σ是其標(biāo)準(zhǔn)差.

2） 數(shù)據(jù)檢驗(yàn).其目的在于檢驗(yàn)變量之間是否足夠相關(guān).Kaiser-Meyer-Olkin （KMO） 檢驗(yàn)和Bartlett球形檢驗(yàn)作為本次研究數(shù)據(jù)檢驗(yàn)的方法.其中KMO檢驗(yàn)計(jì)算公式如下：

式中：rij是變量xi與其他變量xj之間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)；pij是變量xi與其他變量xj之間在控制了剩余變量條件下的偏相關(guān)系數(shù).

本文數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如表2所示，其中KMO測(cè)度為0.632，接近0.7，適合作因子分析，同時(shí)Bartlett球度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為1547.7，檢驗(yàn)的P值接近于0.表明17個(gè)變量之間有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系.

3） 因子提取.是根據(jù)原始變量提取出少數(shù)幾個(gè)因子，使得少數(shù)幾個(gè)因子能夠反映原始變量的絕大部分信息，從而達(dá)到變量降維的目的.

表2 KMO和Bartlett檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of KMO and Bartlett's tests

4） 因子命名與解釋.它是通過考察因子載荷矩陣并結(jié)合實(shí)際問題完成的，這也是因子分析重要的一步.

5） 計(jì)算因子得分.因子得分就是每個(gè)因子在每個(gè)樣本上的具體取值.每個(gè)因子得分由下列因子得分函數(shù)給出：

由式（4）可以看出，因子得分是各變量的線性組合.

6） 計(jì)算綜合得分.利用式（5）求出綜合因子F得分：

式中：F為綜合因子得分，F(xiàn)i為第i個(gè)公因子的因子得分，m為提取公因子的個(gè)數(shù)；Wi為權(quán)重，其中，Wi可由式（2）得出［12］，

式中：λi為第i個(gè)公因子所對(duì)應(yīng)的特征根.

2 結(jié)果與討論

2.1 識(shí)別結(jié)果

表3 總方差解釋Table 3 Total variance explaination

表4 旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣Table 4 Rotated factor loading matrix

依據(jù)特征值大于1的原則，本次研究共提取了5個(gè)公因子，具體如表3所示.累積方差貢獻(xiàn)率為75.01%，表明5個(gè)因子集中反映了影響總因素75.01%的信息量，為使各公因子的典型代表變量更加突出，利于解釋，將因子荷載矩陣進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后載荷向1或0兩極化轉(zhuǎn)換，旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣見表4.與各公因子相關(guān)性最強(qiáng)的主要離子在表4中體現(xiàn)，各主要相關(guān)離子載荷已經(jīng)被加粗表示.

2.2 污染源解析

由表4可見，F(xiàn)1作為影響區(qū)內(nèi)地下水的首要因素，主要以TH、EC、Na+、Ca2+為主要代表變量，最高值為總硬度，其方差貢獻(xiàn)率達(dá)到36.14%.這些離子主要來源于原生地質(zhì)環(huán)境.區(qū)內(nèi)地下水作為一種載體，攜帶著溶解鹽類、化學(xué)元素從低山丘陵區(qū)向河谷平原區(qū)遷移.低山丘陵區(qū)山高坡陡、地形切割強(qiáng)烈，易溶組分K+、Na+、Ca2+、及微量組分F-、I-、 As5+、Cd2+、Cr6+等多被滲入水淋溶帶走，元素含量普遍較低.水化學(xué)特征為重碳酸鈣型，礦化度＜300mg/L，總硬度＜150mg/L.地下水徑流至“二松”及其支流河谷平原時(shí)，隨著地下水埋藏條件的變化，水力坡度的變緩、水交替作用的減弱，水文地球化學(xué)作用逐步由淋溶-遷移向遷移-富集轉(zhuǎn)化.表現(xiàn)為水中常量離子含量增多，礦化度增至500mg/L或500mg/L以上，總硬度＞300mg/L，水化學(xué)類型變?yōu)镠CO3-Na，HCO3-Na、Ca，HCO3SO4-Na、Ca型.

因此，F(xiàn)1可以命名為地下水遷移-富集作用，近年來，在人類活動(dòng)的不斷干擾下，在一些地區(qū)F1所代表元素含量均值已經(jīng)高于地下水化學(xué)背景值的上限［13］，表明調(diào)查區(qū)主要污染源附近地下水在天然離子富集的基礎(chǔ)上，又疊加了由生活、農(nóng)業(yè)及工業(yè)污染產(chǎn)生的離子組分和各種污染物，改變了地下水的天然化學(xué)組成.

F2貢獻(xiàn)率為12.88%，TP與其正相關(guān)性最高.地下水中磷元素的富集主要是由人類活動(dòng)造成的.據(jù)吉林市環(huán)境保護(hù)局資料［14］，城區(qū)生活污水排污線共有51條，每年因管線泄露或事故造成生活廢水直接排放到地下水含水層中的約有上百噸，在這些生活污水中夾雜著大量溶解性總磷，正磷酸鹽和溶解性正磷酸鹽等含磷物質(zhì)；同樣在一些工廠企業(yè)在生產(chǎn)過程中也會(huì)排放大量含磷廢水，尤其是橡塑企業(yè)，在橡膠制品生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含磷廢水［15］，這些工業(yè)廢水或是因直接排放地下或泄漏于地下，造成地下水體污染，亦或是排放于河流，間接造成地下水污染；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中含磷化肥的使用，會(huì)隨雨水滲入淺層地下水中，造成區(qū)域地下水中大面積磷元素增加.因此F2可以代表的污染源為生活及工業(yè)中含磷廢水排放的點(diǎn)源污染和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷肥及農(nóng)藥的使用的面源污染，具體污染源類型要由當(dāng)?shù)氐耐恋厥褂妙愋蜎Q定.

F3貢獻(xiàn)率為11.30%，以、和離子為主要荷載變量.其中硝酸鹽與亞硝酸鹽污染較重的地段分布在生活垃圾場(chǎng)下游及老菜田耕作區(qū).氨氮檢出含量范圍為0.00～21.02mg/L，含量高的區(qū)域分布在市區(qū)工業(yè)與生活污水排污線附近、垃圾堆埋區(qū)、粉煤灰堆放場(chǎng)下游等地.由此分析可知，本區(qū)地下水“三氮”污染主要來源于農(nóng)藥、化肥的長(zhǎng)期施用、生活和工業(yè)廢水排污線的滲漏和垃圾、廢渣等堆放場(chǎng)的淋濾滲透作用.特別是在市郊的水田及菜地、農(nóng)場(chǎng)區(qū)農(nóng)藥和含氮肥料的長(zhǎng)期使用和流失是促成吉林城區(qū)地下水中氮污染的主要原因［16-17］，在有氧條件下，肥料中主要成分，通過硝化作用易被氧化成，具體過程如下式：從反應(yīng)過程中可以看出轉(zhuǎn)化為的過程中，會(huì)伴有H+出現(xiàn)，即富集會(huì)伴有H+增加，表4中，F(xiàn)3與“三氮”成正相關(guān)的同時(shí)卻與pH值成負(fù)相關(guān)同樣驗(yàn)證了這一現(xiàn)象.

F4貢獻(xiàn)率相比前3個(gè)相對(duì)較低，僅為7.92%，與CODMn有著最高的正相關(guān)性.CODMn反映了水中近似有機(jī)物的總量.城區(qū)內(nèi)淺層地下水含量區(qū)間為0.90～3.20mg/L，均值1.76mg/L.區(qū)內(nèi)地下水中有機(jī)污染源主要為生活污水和工業(yè)廢水隨意排放和地下排污管線的滲漏，以及工業(yè)垃圾堆放場(chǎng)的滲濾液.尤其在現(xiàn)代工業(yè)中，氯代溶劑已經(jīng)廣泛應(yīng)用于脫脂、干洗等工藝，它工作后的產(chǎn)物已經(jīng)普遍出現(xiàn)在當(dāng)今一些城市的地下水中，對(duì)地下水水質(zhì)的威脅很大.同樣在江北，作為吉林市重要的化學(xué)工業(yè)區(qū)，分布眾多化工企業(yè)，尤其在涉及石油等加工過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢水造成地下水污染，并且難以治理.

F5貢獻(xiàn)率與F4接近，為6.76%，主要荷載變量為Mn.區(qū)內(nèi)錳含量高的地下水分布廣泛.錳含量的區(qū)間為0.00～10.10mg/L，均值0.59mg/L.據(jù)了解，含水介質(zhì)及其上覆巖土性質(zhì)是控制地下水中錳元素遷移富集的基本因素，也是其主要的內(nèi)在因素.吉林地區(qū)的平原區(qū)，含水層一般具有二元結(jié)構(gòu).由于含水層中含有錳和有機(jī)質(zhì)，尤其是上覆土層的錳含量相對(duì)較高.因此在還原環(huán)境下有機(jī)質(zhì)分解，產(chǎn)生大量的CO2和H2S等還原物質(zhì)，使Eh值降低，從而使介質(zhì)中較穩(wěn)定的高價(jià)錳氧化物還原為低價(jià)的易溶鹽并分離出大量的錳離子，使區(qū)內(nèi)地下水中錳含量增加［18］.因此F5可作為原生地質(zhì)環(huán)境因子.

2.3 污染源分布特征及原因分析

通過SPSS在因子分析過程中計(jì)算出50個(gè)監(jiān)測(cè)井公因子的因子得分，結(jié)合監(jiān)測(cè)井所在位置，得出各污染源在城區(qū)內(nèi)的分布特征及對(duì)下水造成的污染程度，因子得分越高，監(jiān)測(cè)井所在位置污染越嚴(yán)重.

圖2a可見，F(xiàn)1污染區(qū)域主要發(fā)生在江北大部地區(qū)，中心城區(qū)部分地區(qū)和哈達(dá)灣區(qū)大部分區(qū)域，而九站片區(qū)僅在G536監(jiān)測(cè)井周圍存在一定污染.結(jié)合吉林市污染源調(diào)查狀況可知，F(xiàn)1值偏高的區(qū)域土地使用類型主要為纖維廠，化工廠等企業(yè)用地，農(nóng)田耕地，人口密集的商業(yè)中心等區(qū)段.并且污染物隨地下水流逐漸向第二松花江擴(kuò)散.F1所代表的遷移-富集作用在自然條件下的分布本應(yīng)是相對(duì)平緩，并且在會(huì)在地下水徑流末端及第二松花江及其支流附近值較高，但由于人類活動(dòng)的影響，人為改變了地下水的天然組成，同時(shí)也在一定程度上改變了其徑流方式，日積月累的情況下，最終形成了F1值分布規(guī)律.

F2在本區(qū)出現(xiàn)高值及污染的區(qū)域較多.其中江北區(qū)和中心區(qū)污染較為嚴(yán)重（F2＞1.2），面積較大；哈達(dá)灣區(qū)僅有一處，面積較小；而船營區(qū)污染范圍雖然大，但污染程度并不高（0＜F2＜1）；江南片區(qū)和九站片區(qū)磷污染程度相對(duì)較低，圖中基本以淺藍(lán)色為主（F＜0）.哈達(dá)灣片區(qū)大部分土地被農(nóng)田所占據(jù)，在附近偶見一些從事有色金屬鑄造的工廠；江北片區(qū)污染最嚴(yán)重，這是因?yàn)榻眳^(qū)為吉林市化工區(qū)，該區(qū)不僅有大量的化工企業(yè)還有其相應(yīng)的煤灰、廢料堆放場(chǎng).由于灰場(chǎng)下部揭穿了潛水含水層，即使做了相應(yīng)防滲工作，灰渣中含磷等污染物也會(huì)隨雨水滲入含水層中，造成水體污染.中心片區(qū)重污染區(qū)主要集中在熱鬧的商業(yè)中心，其中賓館、酒店、浴池等店鋪?zhàn)鳛樵搮^(qū)的主要污染源在區(qū)內(nèi)林立；船營區(qū)在作為居民生活區(qū)的同時(shí)，其附近還有大量的陶瓷加工廠，在洗磚的過程中會(huì)產(chǎn)生含磷廢水，廢水處理不當(dāng)可能會(huì)滲入地下，造成該區(qū)F2偏高.

圖2 各公因子與綜合污染因子空間差值分布Fig.2 The spatial distribution of scores for five factors and a comprehensive factor

F3得分高低代表該區(qū)地下水中“三氮”含量的多少.吉林城區(qū)F3正值中心主要有2個(gè)，分別坐落于江北和中心片區(qū).江北片區(qū)作為重要的化工區(qū)，區(qū)內(nèi)化工廠等企業(yè)林立，地下水中“三氮”污染屬于正?，F(xiàn)象.而中心片區(qū)污染主要在天津街的鬧市區(qū)內(nèi)，該區(qū)域?qū)儆诩质械睦铣菂^(qū)，由于過去滲井、深坑及下水管道老舊以及當(dāng)初生活垃圾的堆放，使得該區(qū)內(nèi)地下水以較差水為主，主要污染物有硝酸鹽、亞硝酸鹽及總硬度，但隨著近年來城市建設(shè)的發(fā)展，人民居住條件的改善，該區(qū)內(nèi)地下水遭受生活污染的程度正逐漸降低.

圖2d可知，區(qū)內(nèi)F4即有機(jī)污染分布范圍雖然不大，但因子得分F4＞1，說明受污染區(qū)域有機(jī)污染程度較高.區(qū)內(nèi)有機(jī)污染主要發(fā)生在九站片區(qū)、船營片區(qū)、江北片區(qū)和江南區(qū)一小部分區(qū)域.九站區(qū)污染主要集中在區(qū)域南部.該區(qū)有機(jī)污染嚴(yán)重主要原因?yàn)榫耪疚鬯髑瓰樘烊缓拥?，河床巖性為砂礫石，無任何防滲措施.污水渠已運(yùn)行多年，1992年以前主要排放糖廠和化纖廠工業(yè)廢水，1992年后，污水渠主要排放酒精廠工業(yè)廢水、制糖廠生活污水、化纖廠工業(yè)廢水和生活污水，這些污水都通過渠滲漏流入地下水，造成該區(qū)內(nèi)地下水有機(jī)污染十分嚴(yán)重.哈達(dá)灣區(qū)污染源主要為金屬鑄造廠、水泥廠等工廠企業(yè)；江北區(qū)上部沿江地段大部分屬于橙紅色區(qū)域，表明該區(qū)作為吉林市化工區(qū)地下水已經(jīng)受到了嚴(yán)重的有機(jī)污染，并且污染范圍基本與F1～F3的相同，該區(qū)域的污染源同樣源于位于江北化工區(qū)的石化企業(yè)及工廠；江南區(qū)橙紅色范圍很小，僅在一些鋼廠、鋼窗廠及印刷廠周邊，該處F4值偏高很可能與這些工廠有關(guān).

F5分布即代表區(qū)內(nèi)地下水中錳元素的分布，Mn的分布除與地下水含水介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)外，還與當(dāng)?shù)氐牡叵滤畯搅鳁l件有著密切關(guān)系.因此圖2e的F5得分分布（顏色分布）即為上訴2種原因共同導(dǎo)致的結(jié)果.

2.4 地下水綜合污染特征

吉林城區(qū)地下水綜合污染得分通過式（5）計(jì)算，其中Wi=｛0.482， 0.172， 0.151， 0.106， 0.090｝，F(xiàn)=0.482F1+0.172F2+0.151F3+0.106F4+0.09F5，將50個(gè)監(jiān)測(cè)井各因子得分帶入上式，得出綜合污染得分F，具體分布如圖2f所示，由圖2f可知，江北區(qū)和中心區(qū)地下水污染最為嚴(yán)重，江南區(qū)地下水水質(zhì)最好，從地下水水質(zhì)狀況的分布進(jìn)一步證明地下水環(huán)境好壞與人類活動(dòng)（土地使用，地下水排污管線、化肥農(nóng)藥使用等）有直接關(guān)系.

為更好地實(shí)現(xiàn)吉林市城區(qū)地下水開發(fā)利用，將吉林市城區(qū)地下水按污染程度劃分為3個(gè)區(qū)段（圖2f）：第一區(qū)為禁止開采區(qū)，即F值大于0.5的范圍（橙色-紅色），該區(qū)域地下水不允許使用；第二區(qū)為非飲用水區(qū)，即F值在0.0～0.5之間的范圍（黃色-橙色），該區(qū)域地下水雖不可作為飲用水，但可經(jīng)處理作為景觀用水、清掃用水等；第三區(qū)為F值小于0.0的區(qū)域（藍(lán)色），這些區(qū)域可以作為飲用水區(qū)（實(shí)線圈定的區(qū)域?yàn)榻归_采區(qū)，虛線圈定的區(qū)域?yàn)榉秋嬘盟畢^(qū)）.

3 結(jié)論

3.1 影響吉林市城區(qū)地下水水質(zhì)的首要因素為遷移-富集作用，它決定了吉林市城區(qū)淺層地下水的化學(xué)類型，F(xiàn)1主要以TH、EC、Na+、Ca2+為主要代表變量，其方差貢獻(xiàn)率達(dá)到36.14%.其次污染因子為“磷”因子、“三氮”因子，二者貢獻(xiàn)率接近，分別為12.88%和11.30%，并且因子得分高的區(qū)域與實(shí)際污染源調(diào)查時(shí)工廠、生活污水排放區(qū)及農(nóng)田分布相對(duì)一致，表明人類活動(dòng)對(duì)地下水水質(zhì)有著巨大而直接的影響.

3.2 吉林市城區(qū)的淺層地下水污染源主要為生活污水中含氮、含磷及含有機(jī)質(zhì)污水的直接排放或是在排放過程中的管線滲漏；石油化工企業(yè)中工業(yè)廢水不當(dāng)排放，工業(yè)廢渣、生活垃圾的長(zhǎng)期儲(chǔ)存、堆放產(chǎn)生的滲濾液；以及城市周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的不當(dāng)或過量使用.

3.3 F1～F5各污染因子得分在城區(qū)淺層地下水中分布各不相同，主要原因?yàn)楦魑廴疽蜃訉?duì)應(yīng)的污染源不同，不同的污染源又有不同的空間分布.

3.4 吉林市城區(qū)地下水污染最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)榻眳^(qū)和中心區(qū)，受到污染最輕微的是江南區(qū)；將吉林城區(qū)地下水按污染程度可分為禁止開采區(qū)、非飲用水區(qū)、飲用水區(qū)3部分，該區(qū)域的劃分可以為今后吉林市城區(qū)開發(fā)利用地下水提供參考.

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Identification of shallow groundwater pollution factors and spatial distribution in the urban areas of Jilin City.

LIU Bo1， XIAO Chang-lai1*， LIANG Xiu-juan1， ZHANG Jing2， SHENG Hong-xun2
（1.College of Environment and Resources，Jilin University， Changchun 130021， China；2.Water Management Institute of Jilin City， Jilin 132000， China）.

China Environmental Science， 2015，35（2）：457～464

For groundwater contamination management and contamination source identification， we collected 50groundwater samples in 2009 at Jilin City and 17parameters were tested for each sample. The Factor Analysis （FA）method was then employed to assess the degree of groundwater contamination in the shallow aquifer and identify the contamination source. Five factors （F1～F5） were extracted to represent transmission and enrichment， phosphorus emission，ammonia-nitrite-nitrates pollution， organic pollution and natural geologic environment， respectively. In addition， F1and F5represented environmental influence factors， F2～F4represented human influence factors. As a result， the groundwater pollution was mainly induced by domestic and industrial wastewater discharge， industrial waste residue， fertilizers and pesticides used in agriculture. Moreover， according to the spatial distribution of five factors， we found that the groundwater pollution was more serious in the central and northern part of the city and becomes better in the south. Based on the resulting pollution distribution， three areas of the ban exploiting， no drinking water， drinking water were divided to support the exploration of groundwater resources in the shallow aquifers.

Jilin City；factor analysis；groundwater quality；pollution factor identification；spatial distribution

X523

A

1000-6923（2015）02-0457-08

劉 博（1987-），男，吉林長(zhǎng)春人，吉林大學(xué)博士研究生，

2014-05-28

吉林省科技廳重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目（20100452），吉林省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （20140101164JC）

* 責(zé)任作者， 教授， xcl2822@126.com

主要從事水資源與環(huán)境評(píng)價(jià)模擬研究.發(fā)表論文4篇.