多元统计和GIS制图在刻画地下水污染中的综合运用

多元统计分析（MSA）与地理信息系统（GIS）制图技术结合，已成功地运用于含水层潜在污染区的刻画中。刻画污染物特征对场地修复而言是非常重要的，但由于缺乏对水文地质条件的认识以及污染物观测的不确定性，使得刻画污染物特征的工作成果大打折扣。MSA利用其它水质参数为监测污染物提供了辅助信息，改进了对潜在污染的评价。GIS能够实现海量信息的可视化表达，在组织和管理水质信息方面发挥着重要作用。为显示美国加利福尼亚南部萨瓦纳河基地（SavannahRiverSite）地下水中的氚、挥发性有机污染物三氯乙烯（TCE）和四氯乙烯（PCE）的浓度，本文提出的方法首先确定合适的研究范围、GIS图层（coverage）和比例尺。利用主成分分析（PCA）将最能够指示潜在污染的变量进行分组。利用氚、Al、Mg、Na以及TDS可以最好地表征氚的潜在污染，而利用PCE和Cl可以预测PCE的潜在污染。利用1999年检测的污染物浓度验证采用1993～1995年的地球化学数据绘制的潜在污染图，结果令人满意。对水质数据进行聚类分析可将地球化学和污染物浓度分组。一、简介由于监测点数量少且位置分布不均，样品分析存在误差，复杂的水文地质条件使监测污染物在很短的距离内就发生很大的空间变化，因而编制地下水污染图通常是一件非常复杂困难的工作。目前一般用数值模型来刻画地下水污染羽，但由于对局部水文地质条件的认识不足，因此这一方法也受到一定限制。另外，多点、多次监测和多分析指标的出现也加大了管理和绘制大容量水质数据集的难度。除了数值模型外，另一种可供选择的方法就是对地下水水质数据进行统计分析，推断潜在污染区。主成分分析（PCA）是一种多元统计方法，它基于变量之间的相关性，对变量进行分类。PCA和其它因子分析方法的目的是用少数几个因子来描述大量观测变量之间的联系，以便于分析。地下水中存在的物理和化学作用，如电解、离子置换或者碳酸盐的平衡作用，使不同组分的浓度可能存在相关性。利用PCA对这些相关的变量分组，就能更容易地结合地下水中的物理化学作用去认识这些变量组。一个特定数据集的因子个数基于说明潜在作用的非随机变量的数量。提取的因子越多，对原始数据的累计方差贡献率就越大。主成分分析以前常用来根据监测井的水质特征，编制准确的监测井分组图（Suk和Lee，1999；Ceron等，2000；Güler等，2002）。为了识别含水层污染区，Suk和Lee（1999）利用多元统计分析和GIS建立污染物与地下水水质参数的相关性。他们用这种方法，从测量的几个含水层水质变量中提取出几个潜在因子。聚类分析是另一种能够实现数据降维的多元统计方法，可根据含水层的水质状况对监测井进行分组（Suk和Lee，1999）。该方法利用具有不同分枝的树形图结构将变量分层次地联系起来。分枝之间联系越紧密，表明变量之间或者变量群之间的相关性越强。Suk和Lee根据水岩相互作用和补给特征，对PCA得出的因子得分进行聚类分析，从而将监测井分组，然后利用GIS编制井的分组图，得到含水层分区。研究人员确定的这些区与传统水文地质技术确定的区吻合得相当好。Suk和Lee（1999）基于每个含水层分区都有自己特定的地下水水质信号（取决于沉积物的化学组成），对地球化学数据进行多元统计分析（Fetter，1994；Kehew，2001）。用这种方式定义的含水层分区中的水化学组成称为水化学相（Fetter，1994）。地下水能够溶解矿物质和其它地球化学组分。每一个含水层赋存的地下水所含的溶解矿物质和化学组分都不尽相同，于是形成了地下水的水质信号，有助于识别含水层的演化历史。在西班牙西北部，Vidal等人（2000）对14个水质指标进行了主成分分析，提取出2个与盐类和有机金属污染物相关的因子，然后绘制2个因子得分的散点图，根据空间位置（井或者泉取样点的位置）在图上标出每次观测。取样点落在图中不同的“类”中，说明该取样点与所落入的“类”具有相同的地下水水质信号。根据含水层对盐类和/或有机金属污染的脆弱性，利用取样点在图上的位置对它们所在的含水层归类。Abu-Jaber等人（1997）利用类似的多元统计分析方法研究地球化学数据，以识别已知含水层中存在的主要化学作用，并确定含水层对生活污水渗漏污染的敏感性。Meng和Maynard（2001）利用聚类分析和因子分析来处理地球化学数据，然后利用得出的地下水分类作为开发研究区地球化学概念模型的基础。Ochsenkühn等人（1997）对地下水地球化学数据进行聚类分析，以识别主要的地下水流动路径。其它一些研究也利用了类似的方法，建立了杀虫剂对地下水的污染与不同作物轮耕方式的相关关系，来推断地下水的流动方向（Grande等，1996；Zanini等，2000）。Güler等人（2002）比较了很多用于水化学数据分类的图示法和多元统计分析方法。分析数据来自美国加利福尼亚南部南拉洪坦湖（Lahontan）水系。他们利用11个水质指标建立了一个非常完善的水化学样品分类方案，同时指出综合利用图示法和统计分析方法可以得到更全面、更客观的分类结果。本文的研究目的是示范GIS利用水质数据的多元统计分析结果编制地下水污染图的方法。在决策支持系统中，GIS是一种重要的信息组织和管理工具。建立这一方法的目的是为了更有效地利用GIS对水质数据进行分析和解译。潜在污染图不是绘制监测污染物的分布，而是利用辅助水质数据编制的。利用主成分分析评价水质指标之间的相关关系，提取出水质因子，然后利用GIS绘制包含每种污染物的水质因子，来显示地下水可能污染的位置。增加的辅助水质数据提供了其它关于局部地下水条件的信息，降低了对单次污染物观测的依赖度。结合污染物和局部水质变化的相关关系，可以改进潜在污染图。这样做的目的并不是为了寻找水质变量和污染物之间的关系，而是为了利用所有观测数据最有效地进行污染预测。在这种情况下，组合变量产生一个更能表征场地潜在污染的因子。虽然使用了辅助的水质数据，但是这一方法的使用并不能减少或消除对水质监测的需求，而只是最大程度上地利用了现有的水质信息。利用获得的含水层水质成果图可以更深入地认识地下水污染的范围和历史。本文用萨瓦纳河基地（SRS）的水质数据示范这种方法的使用。SRS是美国能源部在加利福尼亚南部Aiken附近设立的一个基地，靠近乔治亚州和加利福尼亚南部的边界线。从上世纪50年代到90年代，生产核武器原料所产生的副产品——工业和放射性污染物的释放使该基地多个地方均出现地下水污染。大部分的地下水污染物由其附近的释放点控制。由于SRS附近的地下水是居民用水的主要来源（Arnett等，1995），因此必须认识SRS地下水污染的位置，以保证公共安全和降低风险认知。鉴于此，SRS调查人员已经安装了数千个监测井并保证每季度（每隔3个月）取样一次（Arnett等，1995；Bollinger，1999）。尽管已进行了大量的数据收集工作，但是如何处理监测数据，并将其融合到历史或现状污染图中，一直是一个大难题。而且，美国东南沿海平原下伏的含水层系统相当复杂，地下水流动的数值模拟模型也只能应用在SRS具备详细水文地质资料的一小部分地区。二、方法1、研究区 贿萨瓦纳河仿基地（捎SRS车）由美国跑能源部管卵辖，占地怜面积另790k痛m2捏，位于南帽卡罗来纳占州西南部览的大西洋哗沿海平原骗上，沿乔睛治亚州和旗南加利福分尼亚的州沟界分布。吐冷战时期授（蒜20经世纪乎50甜年代传~80醉年代），梯美国在倦SRS政生产国防泽用的核材逝料，包括讲氚和钚。网在妹SRS叔，零星分稀布着制造健业、垃圾奖处理厂和躺核反应设湾施，但是穴只占魂SRS幅整个面积营的一小部摆分。本次杆研究主要甘集中在如2销个地区：门管理和制彼造业区（惜A/M先区）与一轧般分散区少（饶GSA采）。研究酒了青3励种典型污听染物：从军A/M理区地下水凭中检测出俩的四氯乙敲烯（雪PCE费）和三氯欠乙烯（绢TCE聪）与在降GSA见发现的氚灵。颈SRS腾有生产和撤储存大部胃分放射性图废物和工是业废物的军历史，也趟存在着最等严重的地扣下水污染逼。珍在坟A/M烦区的地下蝴水中检测亚出挥发性郑有机物（缎VOCs连）宴——宰通常作为狼金属加工码过程中的其清洗剂（紧Boll斜inge读r温，红1999欢）。其中精，庙PCE图和轰TCE探这帜2旦种边VOC妄的浓度相绳当高，它呜们都是核龟燃料制造帝业和金属推加工业使易用的清洗球剂（冶Arne济tt秩等，寒1995援；皮Boll掉inge撕r俘，漏1999接）。从临1952能年开始，萌但直到上详世纪攀80物年代中期晓才开始利此用浅层无龙衬砌渗漏对池对这追2关种溶剂和捏其它挥发糊性有机化负合物以及篇重金属进蜻行处理。帝GSA翅位于铃SRS遥的中部，画由垃圾处区理场（包甲括高放射柔性的废物龄储存场和葱混合垃圾准填埋场）振和分离反庆应堆产生汽的特定放莲射性核物年质的设施岗构成。拥GSA鱼下部的地络下水已经胞受到了各悔种化学物添质和放射匆性核物质帅（尤其是相氚）的污笛染。狮如果水文押地质均质丘且得到充爪分认识，卖那么就可概以模拟地职下水中非炮水相液体拾（包括爽TCE贿和递PCE支）的复杂批行为（榨Kehe挂w缎，色2001达）。但不朱幸的是，钩SRS忙下伏的含纠水层和隔据水单元非国常复杂，窄由此限制葛了含水层刘水力性质怎的准确计焰算，使地展下水水流震模型和污电染物运移勉模型预测爬具有很大丰的不确定演性（见Harr坝is小等，们1997写；地Mill虾er捧等，膜2000芒；气Kehe浅w橡，铲2001范）。绢SRS景位于大西党洋沿海平纹原的上部押，因而水摘文地质条拜件非常复稿杂。海岸朋线的周期薄性迁移和妻河道迁移组使得咳SRS后的沉积物半类型相当皇复杂，包忙括层积的长松散砂、雾粘质砂土漆、砂质粘倚土和钙质熄淤泥（呢Aadl覆and捆等，面1995伶）。可成花为流动优咸先路径的错一些古河宴道的存在栽也增加了胜研究的复处杂性。勿过去罪30恋年间所安减装的几千具个地下水嗽监测井（找Arne泽tt阁等，抛1995叛；局Boll究inge苍r但，耕1999饲）的滤管伶放置深度吐考虑了特顷定含水层竟或者隔水俭层的位置香。在著SRS坊的历史上北，监测井透组是作为奇某些小项攻目的一部哥分而进行搞安装的。际因此，从瓣SAS惊监测井收截集到的浓胆度数据是构成称“占簇络”醋出现的，萌主要在已邀知污染区遵的周围，蚀而其它地捞区则没有瓶水质数据昏。参一般每隔嚷6巷个月对积SRS忆的井进行卸一次大规得模的取样萍。为了管压理这些水黑质数据，示SRS准开发了一葬种地球化营学信息管柱理系统（推GIMS困）。握GIMS抗是一个筝Orac宜le罢数据库，霉由美国乔界治亚州雅星典市的一猾个私人合垄作组织进栽行维护。斯这个数据范库具有安晋全性，只及有得到授标权的子SRS遭人员才能率访问。爸2链、数据采朴集习尽管可以键获得疑SRS册运行初期路的水质数委据，但直彩到驰20奏世纪霞80微年代，许纪多分析指做标才得以叼测试，因糕此许多地尽下水组分邀的数据量羊较少。此汤外，监测阁井取样的欧时间间隔飞不同。位腿于关注度占很高地区率或者地下庸水修复工苏程所在地拖的井通常悲是每愧3久个月（沟Q1争表示踢1不月禁~3揭月收集的摊数据，疏Q2号表示她4散月撑~6储月收集的歼数据，依块此类推）冷取样一次购，甚至还狼要频繁取蓬样。而次狱要地区的恢监测井经叙常是每年铁只取样一柏次。开展今新项目时渐，会建造盛新的监测题井，而有船些监测井茫在项目结管束之后就懒废弃了。厚如果监测伴井的某一北个参数在亏整个季度昆内都未进抓行观测，扯那么随后畏的聚类分氏析就会排揉除这个井逃。这在整孔个脸A/M您区特别明旬显，因为蔬许多井从谈1993共年第一季阻度之后，流就不再对慰氚进行检们测了。因谢此在实际蠢研究中，个A/M团区就没有凉参与随后鹊几个季度蓬的主成分较分析。不校幸的是，炒观测数量云的这种改净变使我们额很难去比还较季度与谱季度间的锡参数变化哲，因为这罪样引入的宰变化易与新组分浓度桑的天然波练动混淆。貌用平均值管来代替缺份失值是一罚种处理观语测缺失的页方法，但纷是这种做去法可能会陵得出不正逆确的相关抓结构，因终而未加以鬼使用。热数据分析贞的对象主圈要是跪1993骨年到娘1995震年每季度畜一次的取中样数据，刚在这段时岂间内，对爱监测井进荷行了频繁蜻取样。千SRS雅地下水监刷测计划使阅许多地下乳水组分都祖得以检测稍，上世纪煎90艘年代初，恳这项计划员使打SRS覆得到了最坛全面的场挥地分析。逝1993千年第一季锹度是地下样水监测的根高峰期，膀在这期间歌，选择了己能够代表谢地下水水接质的分析迎指标，对笛1000响多个观测肝井进行了待取样分析储。搂选择地下墨水监测数口据中的一巾部分指标碧进行统计声分析，选询择标准是化：（腹1爷）具备可展用性；（侄2恼）测量的吃空间和时扯间频率很收高；（兄3雄）能代表嫁天然的化剖学条件，驰即提供清眉楚的含水研层水质信忙号。千为了获得蝶水质信号勇，选择了闸满足上述恨标准的曲13集种水质分窗析指标，鸽包括总溶桶解固体（赚TDS钳）、意pH答值、铝（埋Al琴）、钙（节Ca掏）、氯（落Cl捧）、铁（付Fe为）、钾（荷K赴）、镁（悼Mg夏）、钠（是Na榴）、硅（而Si洞）和硫酸哑根（道SO置4园）。此外喜，还选择袄了氚和四徒氯乙烯（企PCE萄），因为事这疾2哭个变量能孔够分别代叨表放射性月污染和地火下水的工笛业污染。兴13窜个分析指倒标中有趋11浊种是地下汁水的天然市组分，其软中有葛6俊种（决Na载，杜Ca钟，柄K挑，棵Mg椒，颠SO宵4敌和寸Cl性）是主要爸离子，慌3抓种是次要锯离子或微棒量组分（封Fe焰，只Al躬和押Si禽），剩下墨2例种（恭TDS规和兵pH赔值）是常觉规检测项塘目。栗表额1耽囊括了塘A/M拉区和荷GSA佛从径1993火年到信1995炼年收集到嘱的上述矮13偏种地下水题分析指标布的所有浓狐度数据。馋该表列出论了各项指妹标共辛3914贩次观测的鞋最小浓度祸、最大浓文度、按百擦分位数排桶列的浓度迟以及平均洞浓度。这桥个表是非墓常有用的拨，因为从偷表中可以军看出已观拔测的水质际条件发生插了重大变外化烤—应—滑某些变量拿至少发生胆了柏4擦个数量级凶的变化。射主成分分愁析根据水到质参数的匀这种变化拦来帮助编处制污染图究。从最大锋观测值、惹按百分位嫌数排列的犹浓度以及软平均值与暴中位数（融第蓬50鸟个百分点口对应的浓给度值）的嘱比值可以饶看出整个与数据集呈剑强烈的右贿偏分布。陈取水质变地量（除符pH锹值外，已哪经作过对更数处理）丑的对数值犹，可以消坊除这种偏汉态分布。芦表警11症993~忙1995月年共度3914粒次观测收歼集到的地僻下水分析禾指标的浓核度数据加分析鼠指标乱单位胆平均值垦最小值课百分位数姐最大值梯第戏10浅个不第岛25蝶个邮第晚50们个庸第搜75磁个既第闭100许个占pH孕值款

隔4.6川3业4.4昼4.9典5.5折6.5蕉8迁12.8兼TDS尖mg/L浮126.崖6岗23融23债33薄60池128吵265沾1785蝇Al尝mg/L吨2.6蚂0.00坚4锐0.02卫0.03泻0.09下0.38俭2.1撒155统Ca援mg/L亦13兽0.01虚0.62悔1.32肯3.83携13.6裤34思482乞Cl式mg/L彼3.3撤0.25爆1.62原2.03祥2.55践3.47式5.5抛44.6瓣Fe迟mg/L跃0.5良0.00朱4超0.00鸭5虑0.01兽0.04枣0.17锈0.7撒48.1浪K辆mg/L恭2.1胃0.04漫9狭0.5肠0.5踪0.83倍1.55英3.3法145鼻Mg暮mg/L肾1.4究0.00碑2咳0.26贡0.4软0.66敌1.22筹2.7应40横Na你mg/L末14.4挪0.49艺5立1.82腥2.57宿4.66加12.8皇34.2剧360幻Si砖mg/L验13.3尺0.15刮2孕6.06乒7.37前9.38伤13.6紧26.2宰158朝SO意4否mg/L赛5.6昨0.09痒4皮1送1蹦1.67异5.47以10.6货440惕PCE盟2抹g/L茶26.9劝0.03企1扑1碌1均2.5谨5摸1970利0腰氚蝇pCi/兴mL降1800论0.00饥2央0.7盒1.63掩11.4泛263知3600惑2860判00钓数据的空炸间范围随六着每个季景度取样井膨的变化而可变化。本广次研究包贩含了扶1993错年第一季向度坡744床个取样井镰所有倍13锦个水质指帆标的检测盾数据。这秒些井位于摊GSA中（摧400鞭次观测）层和膝A/M围区（洗275殿次观测）怒。在剩下烟几个季度根中，主要芬在述GSA梢进行了氚欺的检测，凝在冲A/M导区没有检害测氚；本台次研究选内择的所有年观测，大洁约典90%跑都位于绪GSA劲附近。因致此，斩A/M梯区的分析啄和绘图主舒要依赖于生1993油年第一季态度的数据尘和总数据胖集。洪利用赤SRS鲜每季度取刘样的地下剪水监测计他划所收集含的大量数留据，建立硬了分析指贪标浓度的袄绘图方法砖。在足ArcV全iew坐GIS砖中建立脚酱本（讲scri垮pts野）和幻shap及e宜文件，编椅制典SRS1证999今年的氚和乔TCE息的浓度图齐。这些图丝显示倘SRS制大部分的俭污染物都喷位于生产双设施附近书，而在远挡离污染源至的那些地尺方，地下求水中几乎蓬不含氚和甘TCE递。塞这些基础岗图件显示翁了暑SRS晓不同地区既的污染物蕉水平、规倚模和空间炼范围，很遇好地传达尺出有关污李染物的信桂息。这些伞图件将作隐为显示其惨它时期分番析指标浓按度的底图湿，随后还足将用来显夏示含水层饶水质分析袜的结果。除3霉、主成分鼠分析燥（狐PC痕A布）巡六个季度喊的观测产端生了大量栋数据，足赵以用来建贸立水质指亮标之间的氧相关矩阵怖以进行主滩成分分析隶。数据采若集时间从脂1993悲年初到映1995粘年初，每渡种分析指猫标的观测回次数在箭343~牢744钢次之间。宗将观测的指水质参数尸（队pH骡值除外）登进行对数论变换，获剂得相关矩蚂阵。不使妇用有任何摸数据缺失次的纪录。网作为时间矛平均化的材含水层水局质条件的弃一个概括倾，对所有勉监测井观怠测数据的借总集合（组包含所关茂注的框13缴种分析指热标的测量葛值）也进施行了一次费主成分分绩析。从思1992同年第四季舌度到宵1999档年第四季民度的总数秤据集中确斑定出拒3914软次可用的格观测，来拜进行主成上分分析。堤所有水质板数据均经育过了对数挨变换（止pH猎值除外）臂。蒸利用渡SPSS尿因子分析偏模块（乱SPSS渡公司，侵2005锻）处理每桃个季度的柜数据，选舅择方差最眯大法进行惹因子旋转波。方差最嘴大法旋转搅是因子识淋别常用的偿方法。经胜过几次试殃验后发现嗓，在所分纷析的哈7轿个数据集割中有太6睬个数据集都，提取挂4谋个因子就宗足以说明干原数据至利少形2/3垮的变化。挣因此最终拣从所有每确个季度的张数据集中棒提取出膜4泄个因子，嚷利用合适烘的因子得黄分系数乘右以原始的渔观测值，划得到惠4悬个对应的炕因子得分春组。聋将每个季昌度的圆4鼓个因子得革分作为兼4评个变量，丝用于随后煮的聚类分午析和丙ArcV急iew众的插值。叶做出显示皮每个变量费和因子之练间相关强历度的因子尝载荷表。冠检验了几介个季度的桂PCA删结果，发砖现具有较前高因子载控荷的是相向同的一些甩变量。但杏是，由于做旋转和方余差贡献率坏的不同，坐这些变量烛组的主成马分的位置则在每个季蒙度中是不扎同的。伯为了更清借楚地刻画间不同季度恰的类型，赵基于鸟3星个季度有比相似的圣PCA免结果，将璃每个编码拆的主成分且（侍1-4辞）分别用累字母手A-D槽来表示。矮在这三个榜季度中，塘将第一主弱成分中因医子载荷绝度对值大于蜓0.4发的变量归趣到劳A迈组，将第谋二主成分虽中因子载演荷绝对值牛大于纲0.4殊的变量归湖到岭B谜组，依此难类推。使屑用这种命骆名法确定长出分析指郊标的子集煤。保存包伞含污染物辈分析指标是（即氚和孔PCE早）的子集维，进行随逃后的编图丛。绩4坦、聚类分初析够为了根据授地球化学返分区（即件在一个季蚀度中分析召指标有相法似的变化猛）将监测啊井分组，未对前面保毛存的主成谁分做聚类脆分析。选艇择第SPSS纵中普的缎“兔hier造arch每ical苗clu假ster体ana懂lysi四s汪（层次聚松类分析巩）虑”给选项，处泼理已保存候的每个数求据集的低4弱个因子得疏分变量。谋PCA训识别出的疾每个主成进分都对应友有一个因移子得分变杆量。利用抖井名标注增因子得分浮，选择计做算欧氏距悉离平方雁的瓶“闯War悉d家’涉sme臂thod畅（离差平加方和法慕）臭”寇进行聚类称分析。裹在多数情备况下，先警用欧氏距便离（定义侄为方差总飘和的平方贼根）确定城观测间的瞎距离，然洋后再用锹Ward何方法进行困聚类。虑Ward援方法是一受种回归方胖法，它使躺每个层次凝中任意匪2驶个类的离肥差平方和袜最小（公Stat倦soft纽公司，什2002衬）。尖3牙个聚类构伞成了一个不树形图，膏这是一种朝非常有用尝的图示工薯具，可用伞于确定足颤够用来描伸述潜在作栋用的类数删量，识别为性质相同地的组。保漏存每次观禾测税的没“猜clus猎ter束memb乱ersh感ip锋（类成员嘱）抗”架，然后绘灭图来显示基这些同性允质的组的胁空间变化抬。保存每阅个井的类棋成员构成芬。不可能旧对所有季赶度中这么慨多数量的哭观测进行午聚类分析蹦，因为每短个井都包捉含多次观杂测。愉确定一系斥列类（块3~10梅）的类成辜员。为了五确定区别挎不同含水央层分区所汇必需的类庭数量，将巧每个数据权集导入睡SAS侍统计包（脱美国兰SAS夹软件研究咱所，太2005环）中得到驱树形图。你保存的一捆系列类的拢类成员为妨分辨巩GIS驼图中监测搁井之间含寨水层水质君行为的差位别，在随扁后识别应乌用限制中拿给予了灵腹活性。关5资、猾GI希S医插值和制兰图仙表淡2坝说明了穗GIS遵制图的步久骤。反距洽离权重（催IDW吓）是一种服空间插值蝶方法。在弟ArcV台iew株3.2卖中进行反臂距离权重驶插值。反增距离权重拨法中的每拼一个估值甲都是其周硬围取样点青的加权平转均值。利坦用观测点绣与被估点初的距离的案倒数来计豆算权重（寺Burr嘴ough弊和享McDo裳nnel服l争，恢1998洒）。可以拼将反距离遭加幂（如贷线性、平烫方和立方颈）以模拟业不同的几驰何形状（届如线、面品积和体积瓜）（造Guan雨等，油1999范）。搞Burr那ough渐和蚁McDo嗽nnel谋l疫（怪1998貌）比较了比几种不同语的确定性群插值方法牵，发现使伙用距离平蛇方的桌IDW绢方法能够霉产生与原茄始值最一割致的结果辛。泛表昂2旗含水层水遗质信号绘禽图的步骤胆步骤物活动宝1僚SRS叨监测井计工划提供地畏下水样品胞和随后的根实验室分疼析凤2拴检测值保猫存在地球令化学管理昂系统（印GIMS案）数据库闯中臂3梦利用析ArcV出iew蜓界面查询孟GIMS据，创建单孩个分析指扁标的丹dBas肺e养文件厘4鉴基于可用伶性和表达赔天然含水骗层水质的落可能性来庙选择分析狼指标文件严（浙11蜓个）。选姥择污染物扇（翅2蔬个）助5距编写份ArcV樱iew槐脚本，计禽算每季度栋（闹3颈个月）检货测值的平谢均值，分樱别创建胳13彩种分析指句标的新文毒件凯6轿将文件导税入皇Micr挺osof勇tAc室cess籍表中，根烈据共同的立井位置和砍分析指标狗将检测值袖链接起来渐7损将链接好俱的检测值添导入啦Micr肤osof晨tEx穗cel拾中，对其堵进行分类判，剔除单足变量离群染数据普8职选出具有览足够观测状次数（硬n>10衡0匆）的季度皂中的数据宝9合将每个文姻件导入持SPSS烟中，计算揭欧氏距离喇得分，剔泽除多变量关离群数据池10扶执行最大感方差法旋己转主成分棒分析，保比存因子得荐分恰11靠对因子得雕分进行聚下类分析，各确定水质盆行为相似闯的井烦12齿在抬ArcV辟iew枣中，对包块含污染物流变量的莲2挑个痕PCA绸的因子得逆分进行插属值和绘图渴13疯将聚类分赤析得出的屿不同颜色垦标注的井暑叠加到因撇子得分的钟污染图上店利用反距愁离权重插吐值法对与辱污染物变饰量、氚和益PCE每相关的因副子得分进栽行插值。厌根据每个茂井周围最患近的灿12朽个井的因斩子得分，器利用径向校插值方法僵在该井周记围铸500m黑的范围内湖创建一个说连续面。务井周围修500m辱之外的地丹方不进行挽插值。插薄值面反映绳了井的影蒜响范围；头图中污染喉可能性很景大的地区播经常会突讨然终止。墨在栅格图想层中，将魄插值过的矩因子得分飞用渐变色毒划分为宰9暴级。用渐叠变的橘色阳代表炊PCE坦的污染，卵渐变的红设色代表氚悉的污染。搂颜色越浅他，污染可贸能性就越奥低，反之蛋亦然，颜纺色居中表裁示污染的薄可能性为黄50%飞。从汪50%摔的污染可课能性到最像高的污染览可能性，该因子得分炭跨入正值纷的范围。旨正的因子途得分表明包它们各自决的污染组环成呈正相惑关。争氚的网格停用浅粉到独深红筑9记种颜色填绳充。网格首中的因子坐得分低，趴就表示被丈氚污染的腐可能性小骆，用粉红壳色填充，叮而因子得覆分高则表漠示被污染终的可能性侨大，用深油红色来填坊充。条PCE换的表示方共法类似，港用橘色系集来填充。该将聚类分踩析结果和歼1999泽年原始的浮污染物浓面度叠加，挡就得到上连述概2旅种污染物午的潜在污喂染图。是在前文讨挣论的衰shap誓e午文件中，新根据监测发井所属的占类，也用秆颜色来标般注。根据闸聚类图的法结果，选者择了丈5纷个层次来尽描绘地球崇化学分区早，并相应刘地对井进栏行标注。脉该图层放绣在每个季站度氚和骆PCE介潜在污染滨图的上部类。为了便钟于比较，疤将含1999渐年的总污蒸染物浓度洲叠加到其老它潜在污代染图的上惹面。挤GIS目插值方法禁可详见恢Math伯es茂（摄2002烤）。体三、阀结透背稍果汽1健、主成分盯分析丛从每个季折度相关矩注阵中提取浩的职4储个因子的贡累计方差穿贡献率至哥少是袄2/3匆。以孔1993兴年第四季晨度为例，俗从观测数陵据中提取闹出的前失4知个因子的散累计方差词贡献率在慕70%乐以上，因晶子载荷图毯显示：巩Al潜，剩Mg培，窃Na淋，流pH串值，景TDS忠和氚与第炎一个因子丢强烈相关构，勺Ca胀，辨K贪，语pH押值，洽Si玩，乱SO尽4倘和厨TDS猎与第二个铲因子强烈做相关，基Al震，荡Fe倦和统SO翼4票与第三个驰因子强烈导相关，与管第厌4酬个因子相狸关最好的例是括Cl源和式PCE要。值得注再意的是喝pH叼值的因子牵载荷是负吧值，在更牧碱性的条做件下，才咐会出现正蜓值；舒SO各4小与第二个积因子和第能三个因子铃都相关。颗表马3欢总结了每叨个季度中胳每个因子志的相对方望差贡献率待。表中的压主成分用花字母来表短示，对应市于根据每污个季度和额总数据集幻的因子载挎荷得到的迁变量组。柔表字3氧六个季度流和总数据塞集的主成骂分组的排熔名灾主成分索分析指标辉总数据筒1993盲Q1毁1993封Q2罢1993喜Q3社1993授Q4珍1994声Q1橡1995绿Q1盯A劫Al,浇Mg,栗Na,永氚眼,TDS舅,pH勒1暗2接1蚀1货1乌1狂1铲B鹿Ca,每K,p昆H,S城i,SO绳4鼓,TD舱S增2杯1垒2此2风2荣2今2坊C济Al,术Fe,共SO触4冤4嫁3谢3升4颂3蹈3扑3慈D朽Cl,榨PCE稠3狮4朋4范3心4恳4粪4娃这种变量庆分组的类找型在对其碧它季度和衔总数据集赌（即表移3碍中的所有骡季度）进智行主成分奔分析时反齿复出现。顷通过对所救有主成分业分析中因扯子得分的嘱绝对值大苏于煮0.4律的主成分吩组成的总祖结，发现持反复出现纽的主成分鼻变量组呈笛现出明显越的季度性遗。这些主广成分分析栋表明对来蝶自于不同拆水文地质典的监测井姻样品而言户，氚的浓贵度与阳离萝子捎Al址、丝Mg阻和板Na师的浓度以御及嗓TDS胀的变化相伟似。经PCE屿的浓度与轿阴离子尖Cl瞎的变化相收似。逢利用每个角井杏13煎个原始指附标的检测透值计算因蹦子得分。伶每个主成务分分析会刃产生翻4躺组因子得央分，与同PCA贸的吗4衡个主成分巾相对应。弄保存这些固因子得分刻用于随后胃的聚类分积析。将避A垄和蛙D叹这致2命个包含氚班和柱PCE挎的主成分课变量组的非因子得分恶保存在培GIS嚷中，用于照随后的插如值和制图浆。嫁2友、聚类分脸析岭利用初步得的聚类分钉析产生的逃树形图可兆以非常好知地将监测自井分成偏5如大类。聚发类分析基层于含水层其水质检测剧，将监测谦井划分为画这些不同惕的类别。革区分这重5尝类的欧氏啊距离大于寺100残。此外，挎对确定出挖的睁SRS彻含水层分贯区与聚类负结构中的登不同层次慈（农3~10姐）试探性那地进行了葛相关分析盗。观测发识现含水层着分区和包栋含暮5葱个类的聚转类系统之妹间有最佳董的相关性触。蠢3奴、池GI景S哈图冈对孔1999豪年与最可的靠的检测是指标、氚堪和近TCE侮相关的渗2孔个因子的该地下水浓怪度水平进鼠行绘图，宰所绘图件慨显示了下SRS运污染在平益面上的近坚似范围。钓这些图的巷绘制使用斧的不是原判始的污染锁物数据，症而是因子兰得分的插袋值，因此设实际上，收它们是将句污染物浓扔度与相关亿的水质变亚量所提供副的辅助信业息结合了朽起来。为酬了粗略估它计利用腾1993踢~19辫95山年的数据该得出的污驱染可能性渠的准确程忍度，将纺1999茶年所有四树个季度的拉原始浓度研数据叠加收到绘制出鸟的潜在污贪染图上。嫩SAS患的冈TCE响和渔PCE绢经常在同膊一地点和埋时间排放跳，二者具谦有许多相亮同的化学岂特性，都记属于重质屿非水相液轰体（报DNAP暖Ls伯）。尽管脏有醋5鼻年到戚6转年的滞留川时间，但栗是受氚和铲PCE剩污染可能怪性很高的沈地区与随蒸后观测到粮的氚和园TCE笨浓度相对臭较高的地盈区非常吻毛合。与任专意污染物漆均不相关谅的主成分运的因子得痒分的插值希与亚1999购年氚和过TCE代浓度增高私的位置不局能吻合。视潜在污染板区的结构外和范围随吸季节发生村轻微的变按化。除了就分析指标底的天然变烛化外，监珠测井的数悄量也随时脚间而变化药。从幅1993葱年第一季炒度之后，粱监测井活灿动减少；敢A/M病区和餐GSA讨外围地区糊的井在每有个取样季罚度中没有符进行监测鞠，因此改乌变了插值脖的范围。艳整体而言怨，从泪1993菌年第一季践度之后，示监测井的沿数量减少莲了。在本辜次研究中丧，季节的始变化对也PCA吉的主成分皇结构没有客强烈的影怎响，数据候点的减少喜反映在图术中潜在污咽染区的位芹置和范围风的变化上部。中本研究也松绘制了监哪测井所在津位置的地扭下水水质若分区图。慕这些分区撞是通过对惜每个德PCA矿产生的因伶子得分进脂行聚类分冲析而得到蛾的。初步斗工作已经弱证实，对往因子得分吊进行聚类店分析可以挽帮助描绘昂具有不同匠含水层水方质信号的另地球化学参相（俘Suk贱和过Lee洽，习1999丽）。痰GSA乓和啄A/M裳区的聚类肝分析绘图亦共产生了揉5挪个类别。听这些类别告表明这辫2尾个地区有破5卷个不同的符地下水水到质区。在粱GSA房的部分地竹区，井组坑在随后几俱个季度中竟反复具有探相同的类脑成员。必从货1993夸年第一季宣度的笔GSA箩氚的潜在已污染图和迅A/M顽区庆PCE开的潜在污运染图中，猛可以观察位到不同的棕空间类型线。禾GSA墙的监测井志归到了枪5掩个类别中醋的积4姑个，称为兼井的地下锐水水质分床区。在拘GSA职没有出现慨的那类井误在斤A/M邀区相当普掌遍，而属湖于杀GSA当的一类井麻没有出现粥在融A/M奏区。这些泰差别说明裤A/M烂区和蜘GSM召的含水层扒具有不同妨的地球化绵学类型。期在随后的申季度中，宽仅使用了嘱GSA某的数据进例行绘图。察在冠GSA疗出现的所卵有威5源个类别中草，有婶3泳个主要类距别。在更撕小的尺度抵上，景2捕个地区中诵，滤管处驰在不同深众度上的相起邻的井往妄往属于不惠同的类别为。秆总之，插夫值图表明趁A/M幻区的部分振地区最可爸能受到银PCE阅的污染，旗而悼GSA外的部分地锯区被氚污腰染的可能榜性最大。段在更小的牵尺度上，体PCE犬和氚的插项值图表明叹渗漏池和呈其它垃圾加处理场附暮近的地区尝更可能受耽到污染。设四、虎讨鸡秋狂论将本文主成恰分分析的警结果表明隶，测量优数选出的较理少数量的冲地下水水歌质变量，纸也能深入预认识含水伶层的水质叛特性。毫淹无疑问，盼压缩地球束化学变量垄的数量，码可以应用疏更多井的喊资料，产驱生范围更感大、分辨半率更高的谣含水层信医号和潜在究污染的空写间图。跪尽管监测火活动存在学季节上的份空间差异索，但是不附同季度助PCA雹的变量组扶成结构非急常相似。争这种可比昏较的变量问的时间特顿性证实了必这样的假便设，即含专水层水质唇信号受某茎些基本过水程控制，和如水岩相践互作用，夹补给和排政泄的关系材等。朝1999凶年测量的捧污染物浓红度与绘制忠的很有可打能受到污能染的区域压呈现出很逐好的对应额关系，进淹一步证实解了上述假晨设。奶对因子得薄分进行插挎值时考虑睁了含水层涝作用，这膛种做法优前于对污染名物浓度原疼始资料的并简单解译握。利用因艇子得分消倘除了浓度裳的尖锐变央化，确定厅了未来可本能受到污设染的地区断。这种插珍值实现了茎潜在污染吗区的可视孩化，但是俘没有进行剪更远距离泳的插值，侦因为在远衰离底SRS堵的地方，锻监测井的约分布更加踪稀疏。离勾大的监测外井群越远室，所预测康的潜在污掏染的可信洁度就越低胳，因为对晋这些井所顶在的地区念进行插值沾所利用到结的因子得走分非常少惕。弊确定了谅4帆个水质因贪子，包括旗（弯1馆）仗TDS玩、北Al采、汗Na炕、抬Mg笨和氚；（轮2库）视TDS袜、乞Ca逗、洁K凉、岂Si奖、水SO莲4以和碱性条午件；（隐3沿）训Al护、仆Fe粒和线SO夺4驻；（冲4栋）略Cl透和四氯乙构烯。躲TDS早是对水中繁可溶性的束离子或者摆化学物质孔的量度，眨只要主要画阳离子或侵者阴离子视出现，都飞会增大哗TDS窄，因此同包属于前弟2集个因子。幻在食SRS羡，氚似乎胁与梨Na级、火Mg符、摘Al桶的存在相垃关。这可味能是由于扰这些化学因物的共同特释放或者薪它们存在亏于氚释放压地附近的主浅层含水末层中。第抬三个因子撞包含了微指量阳离子苗和悉SO水4脊，而没有泼TDS笨，这说明厨这些成分舌在整个水蛋化学组成雅中不占支袭配地位。厅第锄4邮个因子与警四氯乙烯是和防Cl饭有关，这魔可能是降奏解、共同恶释放或者乎释放点附纵近的地下喷水类型导城致的。蠢用统计方盟法确定出相独特的水终质信号有春助于追踪钢污染羽的蜂迁移，因阵为当野外饮和实验室覆误差造成画污染物自外身缺乏的坛时候，一谈组相关的钟水质指标灰的出现可骑以帮助描校绘潜在污婶染区。这帽种扩充后胖的水质变霉量集合的岩使用可以劳帮助提高庆污染羽预鸽测的准确屯度。姥GIS剂制图利用侦所有的水讨质数据，裤实现了对分观测污染孤物的图形绘表达。因统子载荷的博空间变化茫为目